基于糖副产品培养的硫酸盐还原菌对铅污染环境的治理机制

发布时间：2020-05-23 12:28

【摘要】：随着工业化、城市化进程的深入,因人类活动导致局部地区环境重金属污染严重,为此我国《重金属污染综合防治“十二五”规划》中明确要求控制铅、汞、镉、铬和类金属砷五种重点污染物。硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing Bacterium,SRB)作为一种高效去除重金属的菌种被广泛应用,但SRB代谢过程需外加碳源,故低成本碳源的筛选备受关注。广西作为我国蔗糖主产区,糖蜜、滤泥等甘蔗制糖副产品的产量巨大,糖副产品的资源化利用对广西环境的可持续发展有着重大现实意义。本研究旨在以低成本糖副产品培养硫酸盐还原菌,将甘蔗制糖副产品结合SRB运用于铅污染环境的治理中,研究其治理效果和作用机制,取得了以下主要研究结果:(1)混料试验设计结果表明,滤泥和糖蜜酒精废液以1:1～3:1比例混合能取得最佳的硫酸盐还原菌培养效果。单因素实验结果表明,糖副产品培养的SRB的最佳生长初始pH为7.0,培养温度为35℃,受糖副产品中复杂碳源的影响,SRB进入对数期的时间会比化合物培养滞后5-10小时。因此,低成本的滤泥和糖蜜酒精废液混料可作为SRB的培养基代替化合物培养基,为滤泥、糖蜜酒精废液的资源化利用提供新的途径。(2)糖副产品培养的SRB对10～100 mg/L的铅溶液去除率可达96.97%以上,受糖副产品有机物质、滤泥多孔物质等因素影响,SRB对高浓度铅溶液表现出更高的耐受性。SRB提取的EPS具有明显的Pb2+吸附效果,FT-IR分析表明EPS中的羟基、羧基和多糖C-O-C等基因是Pb2+结合的主要基团,热力学和动力学平衡实验表明该吸附过程能用Langmuir等温吸附模型及准二级动力学方程较好拟合。扫描电镜结合能谱仪和X射线衍射分析表明SRB主要是通过氧化还原作用使Pb2+形成PbS沉淀而得以去除。结果表明,糖副产品培养的SRB去除溶液中铅离子首先是与细胞壁的活性部位结合,随后在SRB作用下进一步形成PbS沉淀。同时,Plackett-Burman实验结果表明,糖副产品培养的SRB对溶液中铅、铜、锌、镉及铁多种重金属均具有较高的去除率,镉的最大去除率为99.05%,其次为铜96.74%,锌96.32%,铅96.17%,铁95.96%。(3)在厌氧静态培养下,SRB作用使土壤中66.23%～88.63%的铅以可还原态形式存在,形成了铅-土壳核颗粒物,FT-IR分析表明SRB等细菌表面的-CH2、-OH官能团对核壳颗粒物形成起到关键作用。相关分析表明在SRB作用下土壤有机质、铵氮、硝酸盐氮、速效钾含量对土壤中铅形态转化起着关键的作用。同时,高通量测序发现土壤中优势菌门依次为Firmicute、Actinobacteria、Proteobacteria、Acidobacteria、Chloroflexi、Gemmatimonadetes,其中以Desulfurellaceae、Desulfitobacterium为主的SRB菌群对土壤中铅形态转化起着关键作用,而Bacteroides、Anaerolinea、Clostridium、Veillonella等菌群通过有机物矿化、发酵等作用为SRB菌群提供碳源和能源,从而对铅形态转化产生影响。冗余分析结果表明SRB接种至铅污染土壤后主要通过改变土壤中有机质、总磷、总钾、速效钾、铅的可氧化态进而影响细菌群落结构。土壤中铅形态的转化使不同污染程度的铅对土壤中微生物菌群结构和功能的影响减弱,表现为土壤中LEfSe物种差异和细菌群落功能差异较小,在SRB作用的铅污染土壤中添加一定量糖副产品,土壤中铅形态的转化效果不受影响且能显著改善土壤理化特性及增加细菌群落多样性。
【图文】：

Ｆｉｇ．２－１邋Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｇｒａｍ邋ｓｔａｉｎｉｎｇ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＳＲＢ逡逑比浊法通常用于对微生物生长曲线的测定，测量波长通常懫用６００邋ｎｍｔ８７］ＲＢ生长曲线见图２－２。在２０小时之前ＳＲＢ处于生长延滞期，２０？２５小时生长期，５５？７０小时ＯＤ６00达到峰值，并在７２小时后开始进入衰亡期。续实验的可比性，在接种培养后５５小时左右的菌液进行后续实验。逡逑０．９邋逦邋１００逡逑Ａ邋＾邋ｏｄ６０0逡逑０８邋＿逦ｔ逦ｆ逦－Ａ－邋ＯＲＰ邋－邋５０逡逑ｉＵ邋－邋－邋－２00逡逑０．１邋逦１逦？逦１逦１逦１逦？逦＊逦邋－２５０逡逑

－逦★邋ｌ逡逑图２－１邋ＳＲＢ培养液及革兰氏染色图逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｇｒａｍ邋ｓｔａｉｎｉｎｇ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＳＲＢ逡逑光电比浊法通常用于对微生物生长曲线的测定，测量波长通常懫用６００邋ｎｍｔ８７］，本逡逑研究中ＳＲＢ生长曲线见图２－２。在２０小时之前ＳＲＢ处于生长延滞期，２０？２５小时菌株逡逑进入对数生长期，５５？７０小时ＯＤ６00达到峰值，并在７２小时后开始进入衰亡期。因此逡逑为保证后续实验的可比性，在接种培养后５５小时左右的菌液进行后续实验。逡逑０．９邋逦邋１００逡逑Ａ邋＾邋ｏｄ６０0逡逑０８邋＿逦ｔ逦ｆ逦－Ａ－邋ＯＲＰ邋－邋５０逡逑ｉＵ邋－邋－邋－２00逡逑０．１邋逦１逦？逦１逦１逦１逦？逦＊逦邋－２５０逡逑０逦２０逦４０逦６０逦８０逦丨００逦１２０逦１４０逡逑Ｔｉｍｅ邋（ｈ）逡逑图２－２邋ＳＲＢ的生长曲线逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｇｒｏｗｔｈ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ＳＲＢ邋ａｓ邋ａ邋ｆｕｎｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｉｍｅ逡逑２．２．２环境因子对硫酸盐还原菌生长的影响逡逑２．２．２．丨初始ｐＨ对菌种的影响逡逑初始ｐＨ对ＳＲＢ生长的影响见图２－３。可见，ＳＲＢ在培养基初始ｐＨ为３．０时其ＯＤ６00逡逑与空白样相差不大，，当ｐＨ为４．０时，其ＯＤｅｏｏ略有增加，但不明显；当ｐＨ为５．０时逡逑候，0Ｄ６00增加明显，并随着ｐＨ增加ＯＤ６00而增加。因此，ＳＲＢ在ｐＨ５．０￣７．０条件下逡逑均能生长
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X505;TS249

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本文编号：2677358