污泥是污水处理的重要产物,其中重金属污泥污染重、处理难度大、处置成本高,是污泥处理行业中的重要难题,解决这一难题对我国碳中和、可持续发展和生态文明建设具有重要意义。我国皮革生产量是全球第一,每年产生大量的制革污泥污染,而铬是有毒金属,是重金属污染防控的重要元素。因此,对制革污泥的处理是制革污水有效处理的关键步骤,将为制革行业污水处理提供重要保障,对重金属铬污染治理具有重要的指导和借鉴意义。近年来新兴的生物淋滤（Bioleaching）技术因其具备绿色低碳、可实现资源化循环利用等特点,解决了焚烧和填埋等传统污泥处置方法易造成土地污染、水污染和空气污染的问题,已成为重要的污泥处理方法,具有广阔应用前景。生物淋滤技术是利用嗜酸性硫杆菌的重金属浸出能力处置污泥,实现污泥的资源化利用。生物淋滤是一个嗜酸性硫杆菌发挥核心作用的多种混合菌群相互作用的过程,嗜酸性硫杆菌自养生长特点,很容易受到污泥性质影响,存在有机物抑制生长、浸出周期长等不足和难点,因此本研究围绕相关问题开展了以下几方面的研究:1.嗜酸性硫杆菌属新种的分离及基因组分析为了丰富污泥淋滤中嗜酸性硫杆菌的菌群,从烟台酸性矿坑水中开展了菌株分离工作,成功发现了新种。矿样经富集筛选后鉴定出26株嗜酸性硫杆菌,其中YTS05菌株的系统发育、形态学描述以及生理生化分析显示,该菌为嗜酸性硫杆菌属的新种,建议命名为Acidithiobacillusyanwangming。对菌株YTS05进行了基因组测序及分析。基因组大小为2,741,152 bp,G+C含量为58.71%,质粒大小为1,4321 bp,G+C含量为53.18%。将整合的基因组数据在KEGG、CAZy、COG等数据库进行了注释分析,分别注释到1932个、68个、2336个相关基因,并分析了菌株YTS05的硫氧化、双组分信号系统及分泌系统。2.嗜酸性硫杆菌混合菌群浸出制革污泥过程的研究利用筛选的菌株及实验室保藏的嗜酸性硫杆菌,构建了混合菌群（EMF）,研究了 EMF浸出制革污泥过程中pH值、COD和浸出液中Cr含量等生理生化指标。发现浸出过程pH值呈现先上升后快速下降的趋势,在2天时达到最高,在第8天污泥pH降到2以下;在COD的检测中,出现先下降后升高的现象,推测主要是因为异养菌大量消耗污泥中的有机质导致COD下降,随后菌体死亡产生大量的遗体残骸导致COD增加;在Cr的浸出率方面,pH越小,Cr浸出率越大,最终浸出率达到90%以上。相关数据显示嗜酸性硫杆菌代谢的环境适应性和代谢产酸能力在整个浸出过程中发挥核心作用,直接影响浸出效果和效率,提升嗜酸性硫杆菌在污泥有机质环境中的生长适应性对污泥浸出具有重要意义。3.污泥浸出体系中异养耐酸酵母选育及关键菌株基因组研究为了降低污泥有机质环境对嗜酸性硫杆菌的限制作用,更好地发挥嗜酸性硫杆菌在污泥淋滤中的作用,开展了污泥浸出体系中耐酸异养菌的筛选工作,以通过异养、自养菌群协同,实现对污泥有机质的降解,提供嗜酸性硫杆菌生长适宜环境。在酸性污泥成功筛选鉴定到5株热带假丝酵母、4株胶红酵母和1株热带棕榈酵母等耐酸性酵母,分别对热带酵母和胶红酵母进行适应性实验室进化（ALE）,选育出可耐受pH 1.7的极端耐酸性菌株。在筛选的耐酸酵母中发现一株热带假丝酵母CBW-2,具有较好的温度适应范围（30～40℃）,具有较好的应用价值,采用Illumina Hiseq+PacBio测序技术对该菌株进行了全基因组测序。菌株基因组大小为14.8 Mb,GC含量为33.25%,重点分析了该菌的有机质代谢过程,相关结果为进一步系统应用提供背景知识。4.耐酸酵母与嗜酸性硫杆菌小分子有机物代谢协同研究系统开展了耐酸酵母与嗜酸性硫杆菌在小分子有机物存在下协同生长研究,以提高嗜酸性硫杆菌的有机质环境适应性。首先研究了乙酸、甲酸、丁酸、甲醇、葡萄糖和柠檬酸等小分子有机物对嗜酸性硫杆菌生长的影响,结果表明,在一定浓度下,乙酸、甲酸、丁酸完全抑制嗜酸性硫杆菌的生长,而甲醇、葡萄糖和柠檬酸对其生长没有明显的影响。然后通过添加耐酸酵母,发现热带假丝酵母可以与自养菌协同生长,消耗其中的有机小分子酸,通过菌群的协同可以有效地解除部分小分子有机物对嗜酸菌的抑制作用。根据菌株基因组信息,系统分析了小分子有机物抑制自养菌的原因,为构建自养与异养菌群的协同生长理论提供了知识基础。