復(fù)合硫桿菌與MT基因工程菌對(duì)污泥重金屬的聯(lián)合生物淋濾.pdf

1、污泥是由污水處理過(guò)程或水體運(yùn)動(dòng)過(guò)程所產(chǎn)生的固體沉淀物質(zhì)。本課題的污泥主要是指污水處理廠的濃縮污泥。此類污泥是重要的環(huán)境污染物，其性質(zhì)復(fù)雜、體積大、毒害性持久，污泥中的重金屬處理更是環(huán)境污染控制領(lǐng)域的重要課題。尤其對(duì)于我國(guó)環(huán)境安全問(wèn)題日益嚴(yán)重的今天，污泥重金屬處理技術(shù)的研究是有生命力的課題。
　　 污泥農(nóng)用是污泥資源化利用的重要方向，但污泥重金屬的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)是制約污泥農(nóng)用的瓶頸。傳統(tǒng)的污泥消化、濃縮、脫水工藝不能有效去除其中的重金屬

2、。近年來(lái)新開發(fā)的針對(duì)重金屬去除的技術(shù)存在著成本較高、操作困難、去除率有限、伴生二次毒性物、存在安全隱患等問(wèn)題。生物法一直是備受環(huán)境工程領(lǐng)域關(guān)注的優(yōu)選方法。用于污泥重金屬處理的生物法包括生物淋濾以及植物提取等技術(shù)方法。其中的生物淋濾法具有適用面廣、去除率較高、操作條件簡(jiǎn)單、添加基質(zhì)廉價(jià)易得、反應(yīng)溫和、耗酸量少等優(yōu)點(diǎn)。更主要的是，生物淋濾工藝可與污水廠原有的污泥消化工藝同步實(shí)施，并可以替代一部分污泥消化的功能，可利用污水廠原有構(gòu)筑物，基建費(fèi)

3、小，因此是很有發(fā)展?jié)摿Φ姆椒?。近年?lái)，對(duì)污泥生物淋濾技術(shù)的研究雖然較多，但對(duì)有些重金屬元素的去除率并不理想，而且淋濾耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，啟動(dòng)速率受反應(yīng)體系的初始pH值以及水溶性有機(jī)物(DOM)等因素制約，這導(dǎo)致淋濾效率較低，運(yùn)行成本過(guò)大。從機(jī)理研究角度而言，對(duì)污泥生物淋濾機(jī)理的研究成果較少尤其是對(duì)Cd、Ni、Cr、Pb淋濾機(jī)理的研究很少。從微生物種類而言，研究者對(duì)淋濾的研究大多集中于單獨(dú)接種某一種硫桿菌上，而對(duì)多種化能自養(yǎng)菌復(fù)合淋濾的研究不多，對(duì)

4、異養(yǎng)菌與化能自養(yǎng)菌
　　 本文在研究復(fù)合硫桿菌對(duì)污泥生物淋濾的基礎(chǔ)上，采取異養(yǎng)菌與化能自養(yǎng)菌聯(lián)合淋濾的思路，借助耐酸型金屬硫蛋白基因工程菌(簡(jiǎn)稱為MT基因工程菌)，對(duì)氧化硫硫桿菌(T.t)與氧化亞鐵硫桿菌(T.f)的生物淋濾發(fā)揮促進(jìn)作用，提高污泥生物淋濾的效率。另一方面，對(duì)重金屬負(fù)荷率對(duì)淋濾的影響、MT基因工程菌聯(lián)合淋濾中重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化的機(jī)理進(jìn)行了深入研究，對(duì)深化污泥生物淋濾機(jī)理作出了有益的探索。主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)論包括：

5、>　　 (1)分別采用氧化硫硫桿菌(T.t)、氧化亞鐵硫桿菌(T.f)、MT基因工程菌為主體菌種對(duì)污泥進(jìn)行了單獨(dú)菌種接種生物淋濾試驗(yàn)。結(jié)果顯示，氧化硫硫桿菌(T.t)與氧化亞鐵硫桿菌(T.f)均對(duì)污泥重金屬表現(xiàn)出了較好的淋濾效果，但兩種菌液在污泥重金屬生物淋濾中具有較明顯的差異。T.f比T.t淋濾效果好的元素是：Ni、Cd、Cr、Pb。其余元素采用T.t比T.f的淋濾效果好。這與不同重金屬元素在原始污泥中的化學(xué)形態(tài)有關(guān)，也與各種重金屬

6、的淋濾機(jī)理不同有關(guān)；菌種的接種量主要是影響到污泥淋濾體系的酸化速率、酸化程度以及ORP的變化趨勢(shì)。MT基因工程菌單獨(dú)接種淋濾試驗(yàn)結(jié)果表明，MT基因工程菌對(duì)重金屬具有少量去除能力。MT基因工程菌對(duì)6種重金屬的親和力順序?yàn)镃d>Zn>Cr>Cu>Pb>Ni。
　　 (2)通過(guò)對(duì)復(fù)合硫桿菌對(duì)污泥重金屬的去除效果進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在底物充足的前提下，T.t與T.f菌實(shí)現(xiàn)了相互促進(jìn)，表現(xiàn)出了比分別單獨(dú)接種時(shí)相對(duì)較好的淋濾效果。具體而言，復(fù)合硫

7、桿菌比單獨(dú)接種T.t或T.f菌時(shí)的淋濾初期遲滯段縮短了，淋濾高效段提前到來(lái)，達(dá)到最高去除率所需的時(shí)間縮短了，總?cè)コ侍岣哂兴岣?。在不同的底物配比情況下，硫濃度越高，達(dá)到最低pH值時(shí)所消耗的時(shí)間也越短，但硫濃度超過(guò)4g/L后，對(duì)pH值下降速率的貢獻(xiàn)并未顯著提高。實(shí)驗(yàn)證明Fe2+可以作為S的促進(jìn)型底物，或者說(shuō)Fe2+的增加可以彌補(bǔ)S底物的不足。硫與Fe2+這兩種底物對(duì)氧化硫硫桿菌(T.t)與氧化亞鐵硫桿菌(T.f)的意義是有差異的，但這兩

8、種底物的配合使用能起到相互促進(jìn)作用，發(fā)揮出單獨(dú)使用任何底物難于實(shí)現(xiàn)的意義。不同底物配比條件對(duì)污泥淋濾體系的ORP值影響較大。
　　 (3)在復(fù)合硫桿菌采用固定體積比的前提下，對(duì)MT基因工程菌采用不同的添加比例進(jìn)行淋濾試驗(yàn)。試驗(yàn)顯示可選取“復(fù)合硫桿菌+6mLMT菌”作為本試驗(yàn)條件下的最佳接種量。在最佳底物、最佳接種量的前提下，MT菌-復(fù)合硫桿菌聯(lián)合淋濾對(duì)不同的重金屬元素生物淋濾的提高是有差異的?？傮w而言，大多數(shù)元素的淋濾去除率有提

9、高，淋濾后期更加平穩(wěn)，波動(dòng)現(xiàn)象減弱，表明在MT菌的參與下，T.t菌與T.f菌更加穩(wěn)定地發(fā)揮出了其淋濾功能。另一方面，T.t菌與T.f菌的酸化效應(yīng)又反過(guò)來(lái)促進(jìn)了MT菌的活性及其對(duì)重金屬的絡(luò)合效果。
　　 (4)在MT基因工程菌參與淋濾的前提下，通過(guò)對(duì)不同底物單質(zhì)硫與FeSO4·7H2O的配比條件下各種重金屬的去除效果進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)硫與Fe2+配比適當(dāng)時(shí)，能夠有效提高淋濾效果。有效促進(jìn)了難淋濾重金屬的浸出，實(shí)現(xiàn)了硫底物的節(jié)約。通過(guò)底

10、物配比對(duì)SO42-的影響規(guī)律研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)孜锱浔戎蠸0占優(yōu)勢(shì)時(shí)，可促進(jìn)SO42-的生成，但MS轉(zhuǎn)化成SO42-的速率受限制。在T.t和T.f混合菌液采用固定體積比的前提下，對(duì)每種重金屬受MT菌接種量的影響情況進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)MT菌對(duì)重金屬淋濾的促進(jìn)作用主要體現(xiàn)在淋濾的初期與中期，尤其是Cu、Ni、Cr、Pb在初期提高效果明顯。對(duì)于Zn、Cd，5％接種組較好。
　　 (5)本文提出以“重金屬負(fù)荷率”作為衡量單位質(zhì)量硫桿菌以及復(fù)合菌

11、、聯(lián)合菌所承受的重金屬離子負(fù)荷情況的新指標(biāo)。試驗(yàn)表明，適宜的負(fù)荷率條件下生物淋濾不會(huì)受影響，試驗(yàn)所獲得的去除率比未接種MT菌時(shí)同等負(fù)荷率時(shí)的去除率有顯著提高。若以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)，而且淋濾時(shí)間不超過(guò)4d為衡量依據(jù)，Cu、Ni、Zn、Cd、Cr、Pb滿足要求的重金屬負(fù)荷率最大為：0.221、0.051、0.407、0.010、0.128、0.127mg/mg。負(fù)荷率過(guò)高，淋濾會(huì)受抑制，主要表現(xiàn)為遲滯期變長(zhǎng)。
　　 (6)通過(guò)對(duì)MT基因工程

12、菌形成的大分子EPS(MT)與Fe3+結(jié)合成的EPS-Fe3+絡(luò)合體對(duì)生物淋濾的促進(jìn)作用進(jìn)行研究。結(jié)果表明，大分子EPS(MT)與Fe3+結(jié)合能力較強(qiáng)。添加EPS(MT)-Fe3+絡(luò)合體后，F(xiàn)e3+發(fā)揮出了促進(jìn)氧化的能力，Cr、Pb的去除率分別提高了1.48、1.25倍。而且這種促進(jìn)作用是持久的，可以長(zhǎng)時(shí)間促進(jìn)Fe3+維持可溶狀態(tài)。
　　 (7)通過(guò)對(duì)Cu、Ni、Zn、Cd在EPS及細(xì)胞內(nèi)外的分布特征進(jìn)行研究，提出了針對(duì)重金屬離

13、子在細(xì)胞內(nèi)外分布特征的簡(jiǎn)易判定標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)MT基因工程菌代謝水溶性有機(jī)碳(DOC)的研究，表明MT菌可以利用污泥中原有的營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行增殖，降解DOC，消除了部分硫桿菌生長(zhǎng)的抑制因素。
　　 (8)通過(guò)對(duì)MT基因工程菌聯(lián)合淋濾中重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化的機(jī)理進(jìn)行研究。提出了依據(jù)污泥化學(xué)形態(tài)對(duì)原始污泥的分類方法。對(duì)Cu、Cd、Ni、Zn、Cr、Pb六種重金屬元素的生物淋濾機(jī)制進(jìn)行了區(qū)別歸類。研究表明Cu、Ni、Cd的生物淋濾過(guò)程是以直接機(jī)制為主的