硫酸盐还原菌协同褐煤修复酸性矿山废水研究

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针对硫酸盐还原菌(SRB)修复酸性矿山废水(AMD)时,低pH和重金属离子对SRB活性的抑制作用和微生物可利用碳源的经济性问题,基于褐煤具有吸附重金属、提升pH和可作为固相有机碳源的优点,以及寻找经济有效碳源对SRB修复AMD的重要意义。本课题首先以不同粒径褐煤为研究对象,系统深入地研究了不同粒径褐煤对Cu2+和Zn2+在单金属体系和二元金属体系下的吸附性能与吸附机理;其次,为提高SRB对褐煤固相有机碳源的利用性,从阜新市玉龙湖中富集、分离、纯化得到了一株溶煤菌(PSB1),对其进行分子生物学鉴定后,进行了生长特性、耐酸特性和耐金属特性研究;最后,通过SRB协同褐煤修复AMD实验,探究了褐煤作为SRB碳源的可行性和有效性,揭示了SRB协同褐煤处理AMD的机理。研究结果表明:(1)褐煤对Cu2+和Zn2+的吸附动力学拟合模型符合准一级动力学模型,等温吸附线类型均为典型的L型等温线中的L-2型曲线。褐煤吸附Cu2+的等温吸附线拟合模型符合Langmuir模型,吸附Zn2+的等温吸附线拟合符合Freundlich模型。在单金属体系,褐煤吸附Cu2+的过程涉及静电、配位和离子交换作用,Cu2+以Cu2+、Cu O、Cu SO4和Cu CO3化学态吸附在褐煤表面,且Cu2+与褐煤芳烃上的氧发生配位作用时能够导致褐煤晶体结构一定的崩塌;褐煤吸附Zn2+的过程涉及静电作用、配位作用和离子交换作用,Zn2+以Zn O、Zn SO4和Zn CO3化学态吸附在褐煤表面,且Zn2+与褐煤芳烃上的氧发生配位作用时对褐煤晶体结构不产生较大改变。在二元金属体系,褐煤吸附Cu2+机理同单金属体系褐煤吸附Cu2+机理,二元金属体系下Zn2+只通过配位作用吸附在褐煤表面。(2)溶煤菌PSB1液体培养物呈红色,菌落呈黄色,圆形,边缘整齐,光滑湿润,直径为1~2mm左右,革兰氏染色呈阴性,为假单胞菌属,与Rhodopseudomonas palustris(WP012495146)相似性为98.7%。按照1:10接种比例接种PSB1培养时,0~4h为延缓期,4~50h为对数生长期,50~60h为稳定期,60h进入衰亡期。PSB1在pH为4~10范围内均可生长,具有良好的耐酸性。Cu2+和Zn2+对溶煤菌PSB1的毒性大小为Cu2+>Zn2+。(3)褐煤预处理AMD,60min,Cu2+去除率100%,体系pH从4提升至7.12,24h时,Zn2+去除率100%,体系pH为7.94。SRB协同PSB1溶解后褐煤体系修复预处理后的AMD时,SRB活性最佳,SO42-的去除率最高,为58.87%。SRB协同PSB1溶解后褐煤体系修复AMD时,PSB1生长代谢消耗了褐煤中的无机碳(Fe CO3、Ca CO3),褐煤表面出现裸露的Fe2+和Ca2+。SRB还原SO42-产生的S2-与褐煤表面裸露的Fe2+生成Fe S沉淀,部分SO42-与褐煤表面裸露的Ca2+生成Ca SO4,吸附在褐煤表面。该论文有图44幅,表20个,参考文献96篇。
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