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硫酸盐还原菌包覆矿石控制酸性废水排放及碳源的优选研究

戴祥昕  
【摘要】:铜是江西具有突出竞争优势的产业,铜矿产量在全国名列前茅。矿山开采规模与产量越来越大,相应地有越来越多的低品位矿石(俗称废石)被集中丢弃到废石山堆积存放。堆积的废弃矿石长期暴露在空气中,因自然氧化和雨水的淋溶作用,产生了大量酸性矿山废水。酸性矿山废水pH低,含有大量的硫酸根离子和重金属离子,对周边环境和地下水造成严重污染。按照现在的研究进展,处理酸性矿山废水污染的主要方法有:传统的物理法(如吸附法等)化学法(如酸碱中和法等),还有一些特殊的处理方法(如人工湿地法等)。但是,这些方法由于受到矿石堆积场地、成本和适用范围等的限制,都难以进行大规模的工程应用。利用硫酸盐还原菌的微生物处理法是目前最具潜力的含硫矿石污染控制方法。因此,本硕士学位论文拟围绕利用硫酸盐还原菌控制酸性矿山废水排放的新技术开展研究,通过提高经优选的硫酸盐还原菌在微生物菌群中的优势、探究硫酸盐还原菌的最适生长条件,如温度、pH值,以及不同初始硫酸盐浓度、不同碳源对硫酸盐还原菌生长的影响;继而模拟研究了硫酸盐还原菌包覆矿石以控制酸性废水排放。主要研究内容包括:1.硫酸盐还原菌的富集提纯和鉴定处理为提高硫酸盐还原菌在菌群里的占比和优势性,首先对硫酸盐还原菌进行重复多次的富集,并采用稀释涂布-叠皿夹层法进行提纯,以得到处理后的实验菌群。对菌群进行样品提取,先通过扫描电镜观察,再通过16S rRNA基因序列97%相似度水平归类OTU统计菌群群落。实验结果表明,菌群中硫酸盐还原菌的含量从23%左右提高到了 60%,形成了以硫酸盐还原菌为优势菌种的微生物群落。2.对硫酸盐还原菌生理特性的研究对富集提纯后的菌群进行生理特性的研究,设置不同初始pH值、不同初始温度和不同初始硫酸盐浓度的条件,分析了硫酸盐还原菌的生长过程和培养基中的相关参数变化,如OD6000、pH值和硫酸盐去除率等。结果表明,处理后的硫酸盐还原菌群的生长符合微生物生长的S型曲线,最适宜菌群生长的pH为7.0,最适宜的温度为33℃,初始硫酸盐浓度为500mg/L-2000mg/L时,硫酸盐还原菌生长均不会受到硫酸盐浓度的抑制。在碳源充足的情况下,随着硫酸盐浓度的增加,硫酸盐的去除效率也增大。在乙醇、乳酸钠、麦芽糊精和污泥分别为碳源的条件下,硫酸盐还原菌群均可以利用这几种物质作为碳源。3.硫酸盐还原菌包覆矿石控制酸性废水排放及碳源的优选研究为探究硫酸盐还原菌生物法在实际情况中的应用,本部分实验模拟野外环境进行柱淋滤实验,分析在不同碳源作用下原位控制酸性矿山废水的效果。实验结果表明,接种SRB并在初期补充碳源能够有效控制含硫废石的硫酸盐释放和酸性矿山排水的产生,以乙醇、麦芽糊精、乳酸钠和城市生活污水处理厂的污泥为碳源对雨水淋溶时,硫酸盐的减排率分别为84.8%、76.2%、69.9%、54.0%。以麦芽糊精为碳源的实验柱中,由于麦芽糊精较强的成膜或涂抹性能,可以在矿石表面产生一层致密的生物膜,生物膜本身的物理结构可以抑制矿石在空气中的淋溶氧化,且更有利于硫酸盐还原菌群的留存和持续性作用。生物膜中优势菌群为Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes,能有效控制硫的氧化与酸性排水的产生。


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