復合硫桿菌與MT基因工程菌對污泥重金屬的聯(lián)合生物淋濾.pdf

1、污泥是由污水處理過程或水體運動過程所產(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)境污染控制領域的重要課題。尤其對于我國環(huán)境安全問題日益嚴重的今天，污泥重金屬處理技術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)境風險是制約污泥農(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、。近年來新開發(fā)的針對重金屬去除的技術存在著成本較高、操作困難、去除率有限、伴生二次毒性物、存在安全隱患等問題。生物法一直是備受環(huán)境工程領域關注的優(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、操作條件簡單、添加基質(zhì)廉價易得、反應溫和、耗酸量少等優(yōu)點。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筑物，基建費

3、小，因此是很有發(fā)展?jié)摿Φ姆椒ā＝陙?，對污泥生物淋濾技術的研究雖然較多，但對有些重金屬元素的去除率并不理想，而且淋濾耗時過長，啟動速率受反應體系的初始pH值以及水溶性有機物(DOM)等因素制約，這導致淋濾效率較低，運行成本過大。從機理研究角度而言，對污泥生物淋濾機理的研究成果較少尤其是對Cd、Ni、Cr、Pb淋濾機理的研究很少。從微生物種類而言，研究者對淋濾的研究大多集中于單獨接種某一種硫桿菌上，而對多種化能自養(yǎng)菌復合淋濾的研究不多，對

4、異養(yǎng)菌與化能自養(yǎng)菌
　　 本文在研究復合硫桿菌對污泥生物淋濾的基礎上，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(簡稱為MT基因工程菌)，對氧化硫硫桿菌(T.t)與氧化亞鐵硫桿菌(T.f)的生物淋濾發(fā)揮促進作用，提高污泥生物淋濾的效率。另一方面，對重金屬負荷率對淋濾的影響、MT基因工程菌聯(lián)合淋濾中重金屬形態(tài)轉化的機理進行了深入研究，對深化污泥生物淋濾機理作出了有益的探索。主要的研究內(nèi)容和結論包括：

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污泥進行了單獨菌種接種生物淋濾試驗。結果顯示，氧化硫硫桿菌(T.t)與氧化亞鐵硫桿菌(T.f)均對污泥重金屬表現(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形態(tài)有關，也與各種重金屬

6、的淋濾機理不同有關；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。MT基因工程菌單獨接種淋濾試驗結果表明，MT基因工程菌對重金屬具有少量去除能力。MT基因工程菌對6種重金屬的親和力順序為Cd>Zn>Cr>Cu>Pb>Ni。
　　 (2)通過對復合硫桿菌對污泥重金屬的去除效果進行研究，發(fā)現(xiàn)在底物充足的前提下，T.t與T.f菌實現(xiàn)了相互促進，表現(xiàn)出了比分別單獨接種時相對較好的淋濾效果。具體而言，復合硫

7、桿菌比單獨接種T.t或T.f菌時的淋濾初期遲滯段縮短了，淋濾高效段提前到來，達到最高去除率所需的時間縮短了，總去除率提高有所提高。在不同的底物配比情況下，硫濃度越高，達到最低pH值時所消耗的時間也越短，但硫濃度超過4g/L后，對pH值下降速率的貢獻并未顯著提高。實驗證明Fe2+可以作為S的促進型底物，或者說Fe2+的增加可以彌補S底物的不足。硫與Fe2+這兩種底物對氧化硫硫桿菌(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作用，發(fā)揮出單獨使用任何底物難于實現(xiàn)的意義。不同底物配比條件對污泥淋濾體系的ORP值影響較大。
　　 (3)在復合硫桿菌采用固定體積比的前提下，對MT基因工程菌采用不同的添加比例進行淋濾試驗。試驗顯示可選取“復合硫桿菌+6mLMT菌”作為本試驗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-復合硫桿菌聯(lián)合淋濾對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菌的酸化效應又反過來促進了MT菌的活性及其對重金屬的絡合效果。
　　 (4)在MT基因工程菌參與淋濾的前提下，通過對不同底物單質(zhì)硫與FeSO4·7H2O的配比條件下各種重金屬的去除效果進行研究，發(fā)現(xiàn)硫與Fe2+配比適當時，能夠有效提高淋濾效果。有效促進了難淋濾重金屬的浸出，實現(xiàn)了硫底物的節(jié)約。通過底

10、物配比對SO42-的影響規(guī)律研究，發(fā)現(xiàn)當?shù)孜锱浔戎蠸0占優(yōu)勢時，可促進SO42-的生成，但MS轉化成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，對每種重金屬受MT菌接種量的影響情況進行了研究。發(fā)現(xiàn)MT菌對重金屬淋濾的促進作用主要體現(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。對于Zn、Cd，5％接種組較好。
　　 (5)本文提出以“重金屬負荷率”作為衡量單位質(zhì)量硫桿菌以及復合菌

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

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

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