碳基材料强化微生物异化铁还原合成蓝铁石的磷回收研究

【摘要】：由于磷的不可再生性和单向流动性,造成了磷矿石资源危机和水体富营养化,而从污水污泥中合成蓝铁石的结晶法磷回收,有望成为同时解决这两个问题的有效途径。蓝铁石合成的核心机制是铁的异化还原,因此促进异化铁还原作用是强化蓝铁石合成的关键驱动力,而如何获得高产率的结晶产物,对于蓝铁石结晶法磷回收技术的广泛应用具有至关重要的作用。本研究选用具有良好导电性的碳基材料石墨作为添加材料,考察石墨对微生物异化铁还原合成蓝铁石过程的影响。本论文以石墨作为外源导电碳基材料,混菌微生物或纯菌微生物作为接种源,柠檬酸铁或三氧化二铁作为电子受体,构建厌氧铁磷复合体系,研究在不同接种微生物及不同铁形态条件下,石墨对微生物异化铁还原合成蓝铁石过程的影响。结果表明:在接种混菌的柠檬酸铁体系中,当石墨投加量为1 g/L、粒径为10?m时,Fe(Ⅱ)含量在第10天比对照组高12%,对蓝铁石合成的强化作用最为明显;在接种纯菌的柠檬酸铁体系中,石墨组的Fe(Ⅱ)含量在36 h时比对照组高16%,且石墨组异化还原Fe~(3+)的速率以及磷回收率和蓝铁石回收率均高于对照组。在接种混菌的三氧化二铁体系中,石墨组Fe(Ⅱ)含量在第15天时比对照组高22%,通过对微生物群落结构变化的分析,发现石墨的促进作用源于其对Geobacter的强化富集;在接种纯菌的三氧化二铁体系中,石墨组Fe(Ⅱ)含量在第30天时比对照组高70%。综上,石墨对于固态三价铁的异化还原强化作用要明显高于对离子态三价铁的还原。不论电子受体是固态三价铁还是离子态三价铁,外源添加石墨对纯菌体系的铁还原强化作用都要高于接种污水的混菌体系。