硫酸盐还原菌的选育及其应用于治理含镉酸性废水

论文摘要

由于矿井开采、金属冶炼及电镀等行业不加节制地排放具有高酸度、高Cd2+浓度和高SO42-浓度的含镉酸性废水,使我国水体、土壤酸化和重金属Cd污染问题日益严重。酸性及高硫酸盐废水会毒化水体和土壤,使生态系统遭到破坏,危害生物生存环境,而Cd具有长期潜伏性和高致癌性,危及生物及人类的健康。因含镉酸性废水的复杂性,传统的治理方法存在效率低、成本高和产生二次污染等问题,故寻找一种高效、低成本且环保的治理方法是当前亟需解决的问题。目前以硫酸盐还原菌为代表的生物法作为一项新的实用技术而备受关注,因其特殊的代谢途径,可将SO42-还原成H2S且产生OH-,溶解于水中的H2S与Cd2+形成CdS沉淀,实现了同步脱硫(SO42-)除镉(Cd2+)升pH值且无二次污染。本研究在当前研究的基础上,针对其中的不足,主要的研究内容与结果如下:（1）本研究从土壤和活性污泥中分离出一株耐酸硫酸盐还原菌SRB1,鉴定为脱硫弧菌属（Desulfovibrio）菌株,耐受pH值、Cd2+浓度、SO42-浓度及盐度分别为3.7、40 mg/L、1500 mg/L和1%,Cu2+、Mn2+、Co2+、Zn2+、Pb2+、Hg2+、Cr3+、Ni2+抑制浓度分别为10、30、2、20、25、5、30、15 mg/L,抑制作用大小顺序为Co2+>Hg2+>Cu2+>Zn2+>Ni2+>Pb2+>Mn2+>Cr3+。在最佳实验条件下,pH值可从6.0升至约7.5,ORP值、Cd2+和SO42-浓度分别从-110 mV、30 mg/L、1500 mg/L降至-330 mV、2.45 mg/L和550 mg/L,脱硫除镉率分别为63.3%和91.8%;（2）本研究对菌株SRB1进行固定化,在最佳实验条件下固定化小球对Cd2+吸附率为95.4%,吸附量为11.87 mg/g,符合拟二级动力学方程模型,Qe,cal为15.31 mg/g。等温吸附过程符合Langmuir方程,Qmax预测值为44.05 mg/g,吸附过程主要为化学吸附且影响因素较多,ΔG0恒为负表明吸附过程为自发过程;（3）吸附-固定化SRB1培养-SRB1二次培养间歇操作实验装置处理模拟含镉酸性废水,出水Cd2+浓度基本降为0。在pH值约为6.0、SO42-浓度为1500.2 mg/L、Cd2+浓度为39.6 mg/L,直接经过固定化SRB1培养后,脱硫除镉率分别为70.8%和95.2%,每35.5 mg的SO42-被还原就有1 mg的Cd2+沉淀去除;（4）微生物诱导结晶过程是以SRB1细胞为晶核逐步形成大颗粒沉淀并最终形成结晶,SEM显示SRB1细胞被包裹其中。溶液中的pH值及初始Cd2+浓度均会影响沉淀的形貌、大小及组成,沉淀中含有结晶度较好的CdS晶体。

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摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 含镉酸性废水

1.1.1 含镉酸性废水的来源

1.1.2 含镉酸性废水的危害

1.2 含镉酸性废水处理技术

1.2.1 传统含镉酸性废水处理技术

1.2.2 新型含镉酸性废水处理技术

1.3 硫酸盐还原菌

1.3.1 SRB简介

1.3.2 SRB法处理含镉酸性废水

1.4 研究课题的意义和技术路线

1.4.1 研究课题的目的与意义

1.4.2 研究课题的主要内容及技术路线

1.4.3 研究课题的主要创新点

第二章高耐酸高效SRB菌株的选育及鉴定

2.1 实验材料与仪器

2.1.1 菌源及培养基

2.1.2 试剂及仪器

2.2 实验方法

2.2.1 高耐酸SRB菌株的富集、驯化、分离与保存

2.2.2 高耐酸高效SRB菌株的复筛与鉴定

2.2.3 菌株SRB1 的生长特性

2.3 结果与分析

2.3.1 高效高耐酸SRB菌株的分离与复筛

2.3.2 菌株SRB1 的系统发育树及生理化特性

2.3.3 菌株SRB1 的耐盐性和耐镉性

2.3.4 菌株SRB1 的生长过程变化

2.4 本章小结

第三章菌株SRB1 生长的影响因素及条件优化

3.1 实验材料与仪器

3.1.1 菌源及培养基

3.1.2 试剂及仪器

3.2 实验方法

3.2.1 影响SRB1 生长的环境因素

3.2.2 影响SRB1 生长的共存离子

3.2.3 接种量和反硝化细菌对SRB1 生长的影响

3.2.4 正交实验设计

3.3 结果与分析

3.3.1 环境因素对SRB1 生长的影响

3.3.2 共存离子对SRB1 脱硫除镉性能的影响

3.3.3 接种量和反硝化细菌投加量对SRB1 生长的影响

3.3.4 正交实验结果与分析

3.4 本章小结

2+吸附性能研究'>第四章菌株SRB1 及固定化对Cd²⁺吸附性能研究

4.1 实验材料与仪器

4.1.1 菌源及培养基

4.1.2 试剂及仪器

4.2 实验方法

2+的吸附性能'> 4.2.1 菌株SRB1对Cd²⁺的吸附性能

4.2.2 菌株SRB1 的固定化处理

2+的吸附及解吸'> 4.2.3 固定化SRB1对Cd²⁺的吸附及解吸

4.3 结果与分析

2+的吸附作用及吸附前后官能团变化'> 4.3.1 活菌体对Cd²⁺的吸附作用及吸附前后官能团变化

2+的吸附作用及吸附前后官能团变化'> 4.3.2 死菌体对Cd²⁺的吸附作用及吸附前后官能团变化

2+的吸附作用及吸附前后官能团变化'> 4.3.3 EPS对 Cd²⁺的吸附作用及吸附前后官能团变化

2+后形态及吸附过程机理'> 4.3.4 活菌体细胞在吸附Cd²⁺后形态及吸附过程机理

2+的影响'> 4.3.5 不同条件对挂膜吸附Cd²⁺的影响

2+的影响'> 4.3.6 不同条件对固定化小球吸附Cd²⁺的影响

4.3.7 固定化SRB1 的解吸及重复利用次数

4.4 本章小结

2+沉淀结晶过程'>第五章菌株SRB1 及固定化小球的应用研究及其诱导Cd²⁺沉淀结晶过程

5.1 实验材料与仪器

5.1.1 菌源、固定化小球及培养基

5.1.2 试剂及仪器

5.2 实验方法

5.2.1 厌氧间歇式生物反应器的设计及运行

2+沉淀结晶过程研究'> 5.2.2 菌株SRB1 诱导Cd²⁺沉淀结晶过程研究

5.2.3 菌株SRB1 治理水稻田及土壤镉污染的实验初探

5.3 结果与分析

5.3.1 厌氧间歇式生物反应器的运行结果

2+浓度对SRB1 沉淀结晶的影响'> 5.3.2 不同初始pH值及Cd²⁺浓度对SRB1 沉淀结晶的影响

5.3.3 SRB1 沉淀结晶过程机理

5.3.4 模拟水稻田及土壤镉污染治理结果

5.4 本章小结

第六章结论与存在问题

6.1 结论

6.2 存在的问题

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 肖挺

导师: 王继勇

关键词: 硫酸盐还原菌,含镉酸性废水,脱硫除镉,固定化,生物沉淀

来源: 武汉理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 武汉理工大学

分类号: X703;X172

DOI: 10.27381/d.cnki.gwlgu.2019.000502

总页数: 117

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