耐酸性酵母菌R30加速污泥生物瀝浸進(jìn)程機(jī)理研究.pdf

1、污泥是污水處理過程中產(chǎn)生的沉淀物,污泥中除含重金屬外,還含有豐富的有機(jī)質(zhì),氮、磷等其他養(yǎng)分,不合理的處置方式,既污染環(huán)境,又浪費(fèi)資源,污泥處理應(yīng)遵循無害化、資源化的原則。本實(shí)驗(yàn)室利用從污泥中分離出的兩株硫桿菌--嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(Acidithiobacillus.ferrooxidans)LX5、嗜酸性氧化硫硫桿菌(Acidithiobacillus thiooxidans)TS6,對污泥進(jìn)行生物瀝浸(Bioleaching)處理

2、,研究內(nèi)容集中在污泥生物瀝浸條件優(yōu)化方面,但瀝浸周期較長,如實(shí)施工程化應(yīng)用,成本較高。污泥生物瀝浸周期長的主要原因是在瀝浸中起主要作用的自養(yǎng)硫桿菌生長緩慢,尤其污泥中的溶解性有機(jī)物((dissolved organic matter,DOM)對硫桿菌有毒害作用。為了消除這一障礙因子,嘗試從污泥中分離出以污泥DOM為碳源和能源的耐酸性異養(yǎng)菌,研究其與自養(yǎng)菌復(fù)合進(jìn)行污泥生物瀝浸,并對其加速污泥瀝浸進(jìn)程機(jī)理進(jìn)行深入研究。論文主要結(jié)果如下：

3、 從制革污泥中分離出一株異養(yǎng)菌R30,經(jīng)鑒定屬于紅酵母菌屬(Rhodotorula sp.),酵母菌R30在污泥DOM中培養(yǎng)96 h,水溶性有機(jī)碳(DOC)從1485mg/L降至345mg/L,菌數(shù)達(dá)4.8×107個/mL,結(jié)果表明酵母菌R30可消耗污泥中大部分的DOM,減弱DOM對硫桿菌的毒害作用。為驗(yàn)證酵母菌R30對制革污泥瀝浸的促進(jìn)作用,在瀝浸的起始階段添加一定量的酵母菌R30,結(jié)果表明添加酵母菌處理和對照相比,污泥瀝浸時間

4、減少了4d,瀝浸周期顯著縮短,在7d的瀝浸時間內(nèi),重金屬Cr的溶出率提高39％。 研究在瀝浸中起主要作用的菌株A.ferrooxidans LX5、A.thiooxidans TS6和Rhodotorula sp.R30對重金屬鉻(Cr3+)的耐受性。結(jié)果表明700mg/L的Cr3+對A.fLX5、A.tTS6的生長和氧化活性影響不大,但Cr3+濃度大于500mg/L時明顯抑制酵母菌R30的生長。 研究純種A.fLX

5、5和A.tTS6與酵母菌R30復(fù)合能明顯加速污泥瀝浸的進(jìn)程,最佳的復(fù)合比例為硫桿菌LX5和TS6接種量10％,酵母菌R30接種量2.0％。研究含酵母菌R30的酸化污泥作接種物的可行性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)生物瀝浸過程中pH值下降的速度與對照比沒有明顯差異,而在瀝浸起始時添加2.0％的酵母菌R30,則瀝浸反應(yīng)提前36 h結(jié)束。因此在其它條件相同的污泥瀝浸中,污泥中所含耐酸性酵母菌的數(shù)量很重要,在瀝浸起始時添加酵母菌R30,使污泥中酵母菌的數(shù)量達(dá)到10

6、6個/mL是加快瀝浸速度的關(guān)鍵。 A.fLX5和A.tTS6是嚴(yán)格化能自養(yǎng)菌,生長緩慢,在固體平板上,形成菌落需要2～3周時間,且平板的檢出率較低,為此,作者發(fā)明了雙層平板法(指用2％的水瓊脂作底層平板,上面涂布(酵母菌R30)菌液,再倒入分離硫桿菌的固體培養(yǎng)基作上層平板,涂布一定稀釋度的含硫桿菌的菌懸液)來提高硫桿菌分離效率。結(jié)果顯示,A.tTS6菌落在雙層平板上檢出的時間比單層平板法(指僅在硫桿菌的固體培養(yǎng)基上涂布硫桿菌的

7、菌懸液)提早5d,檢出率提高3.6倍,A.fLX5菌落在雙層平板上檢出率提高2.1倍。進(jìn)一步說明雙層平板中間的異養(yǎng)菌因能消耗上層的水溶性有機(jī)物,從而可大幅度提高硫桿菌的檢出效率。同時也證明了介質(zhì)中水溶性有機(jī)物對硫桿菌的毒性及異養(yǎng)菌R30的解毒機(jī)理之一便是消耗水溶性有機(jī)物為其碳源和能源,從而促進(jìn)了硫桿菌的生長。為進(jìn)一步闡明酵母菌與自養(yǎng)硫桿菌復(fù)合進(jìn)行污泥生物瀝浸可明顯加速污泥重金屬瀝浸進(jìn)程的其他可能機(jī)理,本研究在全自動生物反應(yīng)器中進(jìn)行污泥生

8、物瀝浸,利用生物反應(yīng)器上的可檢測懸液中CO2的電極、pH電極、溶氧(DO)電極等探頭在線檢測污泥中CO2,pH,DO的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn),添加酵母菌R30的處理,污泥瀝浸周期比對照縮短36hr,污泥中CO2含量的比對照提高3倍,DO變化兩者差別不大。為驗(yàn)證反應(yīng)體系中CO2含量變化對污泥瀝浸過程中主要微生物A.tTS6生長和活性的影響,在自動發(fā)酵罐中培養(yǎng)A.tTS6,通入CO2氣體,結(jié)果證實(shí),A.tTS6的生長明顯加快,發(fā)酵周期縮短34hr,

9、A.tTS6菌體數(shù)量增加一倍。這揭示了酵母菌R30促進(jìn)污泥瀝浸進(jìn)程的另-機(jī)制即是酵母菌R30生長在消耗污泥中的DOM的同時代謝產(chǎn)生了較多CO2,從而促進(jìn)了以CO2為唯一碳源的自養(yǎng)硫桿菌的生長,從而加速了污泥瀝浸進(jìn)程。 酵母菌R30分泌豐富的胞外多聚物(Extracellular Polymeric Substances EPS),絡(luò)合試驗(yàn)及Fe3+和EPS-Fe3+氧化能力評價試驗(yàn)證明,EPS能絡(luò)合介質(zhì)中由A.fLX5氧化Fe

10、2+而生成的Fe3+,形成EPS-Fe3+絡(luò)合物(7.2mg Fe3+/mgTOC),從而維持Fe3+在介質(zhì)中一定濃度而不致于因在酸性條件和硫酸鹽豐富的環(huán)境中游離的Fe3+大量形成羥基硫酸高鐵礦物而沉淀掉。研究發(fā)現(xiàn),即使Fe3+與EPS形成EPS-Fe3+絡(luò)合物,該物質(zhì)仍具有一定氧化活性,盡管其氧化能力比等量的游離Fe3+氧化活性低。一般地,介質(zhì)中具有化學(xué)氧化性的Fe3+越多,生物瀝浸效果越好。這也說明,在添加酵母菌R30的污泥生物瀝浸