楊 潔，周 磊，高 潔

(核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京 101149)

1試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)菌種

以青龍鈾礦尾礦壩的污泥為原料，通過(guò)富集培養(yǎng)得到試驗(yàn)所需的混合SRB菌種。

1.2 培養(yǎng)基

1.3 試驗(yàn)方法

1)靜態(tài)試驗(yàn)采用梯度馴化的方法。配制一定鈾濃度、硫酸根濃度和pH制的培養(yǎng)基，將培養(yǎng)至對(duì)數(shù)期的SRB混合細(xì)菌清液按10%的接種量接種至200 mL的上述培養(yǎng)基中，控制恒溫條件下靜置培養(yǎng)，定期對(duì)其生長(zhǎng)狀況進(jìn)行觀察，每個(gè)條件下，均做一組平行培養(yǎng)。當(dāng)培養(yǎng)基中析出少量黑色沉淀時(shí)，證明SRB混合細(xì)菌已適應(yīng)該條件。之后，梯度增高鈾離子濃度、硫酸根濃度和降低pH，重復(fù)操作上述過(guò)程，直至馴化至礦山應(yīng)用的相似環(huán)境參數(shù)。

2)動(dòng)態(tài)馴化試驗(yàn)利用自行設(shè)計(jì)的EGSB反應(yīng)器，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖1所示。以玉米芯(5～10 mm)為固定化載體，先泵入玉米芯和牛糞酸性混合發(fā)酵液(10∶1)作為混合SRB的碳源[5]，然后接種馴化到耐受溫度25 ℃、pH 4.5的混合SRB菌種。培養(yǎng)一周后，反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)黑色沉淀，玉米芯上附著大量的顆粒污泥，并伴有濃重的H2S氣味，表明反應(yīng)器進(jìn)入正常啟動(dòng)階段，可以進(jìn)行混合SRB的動(dòng)態(tài)馴化試驗(yàn)。

圖1 EGSB生物反應(yīng)器

3)混合SRB動(dòng)態(tài)馴化溫度試驗(yàn)以7 d為一個(gè)馴化周期。每7 d向生物反應(yīng)器中泵入新鮮的pH為4.5的模擬廢水，并測(cè)量每個(gè)周期的出水中的硫酸根濃度變化，通過(guò)硫酸根的去除效果來(lái)考察混合SRB的馴化情況。

4)混合SRB動(dòng)態(tài)馴化pH試驗(yàn)以20 d為一個(gè)馴化周期。每20 d向生物反應(yīng)器中泵入新鮮的pH為4.0的模擬廢水，并測(cè)量每個(gè)周期出水中的硫酸根濃度，通過(guò)硫酸根的去除效果來(lái)考察混合SRB對(duì)進(jìn)水pH為4.0的馴化情況。

2試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 靜態(tài)馴化試驗(yàn)

2.1.1鈾濃度耐受性馴化試驗(yàn)

配制鈾質(zhì)量濃度為2、3、4、5 mg/L培養(yǎng)基，編號(hào)依次為Sr1#、Sr2#、Sr3#、Sr4#，平行培養(yǎng)的編號(hào)依次為Sr1#’、Sr2#’、Sr3#’、Sr4#’。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 鈾濃度耐受性馴化試驗(yàn)結(jié)果

2.1.2硫酸根濃度耐受性馴化試驗(yàn)

表質(zhì)量濃度耐受性馴化試驗(yàn)結(jié)果

2.1.3溫度耐受性馴化試驗(yàn)

將馴化后的Sr8#轉(zhuǎn)接培養(yǎng)，新培養(yǎng)基編號(hào)為Sr9#，并設(shè)置平行樣Sr9#’。 Sr9#在25 ℃恒溫條件下培養(yǎng)后的編號(hào)為Sr10#，Sr10#在20 ℃恒溫條件下培養(yǎng)后的編號(hào)為Sr11#。Sr9#’在平行培養(yǎng)后的編號(hào)分別為Sr10#’、 Sr11#’。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 溫度耐受性馴化試驗(yàn)結(jié)果

2.1.4初始pH耐受性馴化試驗(yàn)

將馴化后的Sr11#轉(zhuǎn)接培養(yǎng)后的編號(hào)為Sr12#。配制pH為5.5、5.0、4.5、4.0的培養(yǎng)基編號(hào)依次為Sr13#、Sr14#、Sr15#和Sr16#。各條件做一組平行培養(yǎng)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。其中，iSr15#為Sr15#培養(yǎng)基在溫度調(diào)整前降低pH的結(jié)果，Sr15#’’為鞏固培養(yǎng)結(jié)果，提升馴化溫度后培養(yǎng)結(jié)果為zSr15#。

表4 初始pH耐受性馴化試驗(yàn)結(jié)果

由表4可以看出，在20 ℃條件下初始pH為5.0時(shí)的混合SRB馴化周期與pH為6.0相比明顯增加，由3 d延長(zhǎng)至18 d；降低初始pH至4.5，SRB混合細(xì)菌生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制。這表明在20 ℃條件下，SRB混合細(xì)菌的馴化周期受pH影響較大，隨pH降低而增加。當(dāng)初始pH低于5.0時(shí)，其生長(zhǎng)基本處于停滯狀態(tài)。根據(jù)以上情況調(diào)整馴化溫度至25 ℃，SRB混合細(xì)菌可在pH 4.5條件下進(jìn)行生長(zhǎng)，其馴化周期為30 d左右；經(jīng)鞏固培養(yǎng)，其馴化周期明顯縮短至20 d。提高馴化溫度至35 ℃，SRB混合細(xì)菌在pH 4.5條件下馴化周期縮短至11 d。當(dāng)初始pH降低至4.0時(shí)，SRB混合細(xì)菌在35～25 ℃均不能生長(zhǎng)。

上述情況表明，SRB混合細(xì)菌的馴化周期受生長(zhǎng)溫度與初始pH的雙重影響。隨溫度降低，其耐受初始pH的能力逐漸減小，馴化周期增長(zhǎng)；隨溫度升高，其耐受初始pH的能力逐漸擴(kuò)大，馴化周期縮短。在可生長(zhǎng)范圍內(nèi)，SRB混合細(xì)菌可通過(guò)鞏固培養(yǎng)縮短馴化周期。當(dāng)pH過(guò)低時(shí)，SRB混合細(xì)菌生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制，提高培養(yǎng)溫度仍無(wú)法使其恢復(fù)生長(zhǎng)[6]。

2.2 混合SRB的動(dòng)態(tài)馴化

2.2.1溫度耐受性馴化

由于靜態(tài)馴化時(shí)，混合SRB的數(shù)量和濃度都相對(duì)較低，這導(dǎo)致混合SRB的馴化周期和效率較低。靜態(tài)馴化時(shí)，混合SRB能夠在溫度25 ℃、pH 4.5條件下進(jìn)行生長(zhǎng)代謝。為了達(dá)到使混合SRB在溫度20 ℃、pH 4.0條件下進(jìn)行生長(zhǎng)代謝的研究目標(biāo)，利用EGSB生物反應(yīng)器對(duì)混合SRB進(jìn)行了動(dòng)態(tài)馴化試驗(yàn)研究。馴化結(jié)果如圖2所示。

圖2 混合SRB在20 ℃條件下的馴化結(jié)果

由圖2可見(jiàn)：經(jīng)過(guò)8個(gè)周期的動(dòng)態(tài)馴化，混合SRB已經(jīng)能夠在溫度20 ℃條件下進(jìn)行生長(zhǎng)代謝，對(duì)硫酸根的代謝效率達(dá)到42%左右。在最后3個(gè)馴化周期內(nèi)，混合SRB的代謝活性沒(méi)有得到進(jìn)一步的提高，這表明在該溫度條件下，混合SRB的活性無(wú)法通過(guò)馴化來(lái)提高了。

2.2.2pH耐受性馴化

在馴化混合SRB在20 ℃條件下能夠生長(zhǎng)代謝的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了混合SRB耐pH的馴化試驗(yàn)。馴化結(jié)果如圖3所示。

圖3 混合SRB在pH 4.0條件下的馴化結(jié)果

由圖3可見(jiàn)：經(jīng)過(guò)9個(gè)周期的動(dòng)態(tài)馴化，混合SRB已經(jīng)能夠在溫度20 ℃、pH 4.0條件下進(jìn)行生長(zhǎng)代謝，對(duì)硫酸根的代謝效率達(dá)到40%左右。

3結(jié)論

1)隨著馴化條件越來(lái)越苛刻，混合SRB的生長(zhǎng)延滯期延長(zhǎng)，生長(zhǎng)速度變得緩慢，每種條件下的馴化次數(shù)也在不斷增加。

2)經(jīng)過(guò)不斷動(dòng)態(tài)馴化，混合SRB可以在鈾質(zhì)量濃度5 mg/L、硫酸根質(zhì)量濃度6 g/L、溫度25 ℃、pH 4.5條件下得以生長(zhǎng)。

3)與靜態(tài)馴化相比，動(dòng)態(tài)馴化時(shí)由于混合SRB的大量繁殖，其菌種突變適應(yīng)溫度20 ℃、pH 4.0條件的概率大大提高，使得馴化的效率也得到相應(yīng)的提升。

4)通過(guò)動(dòng)態(tài)馴化，混合SRB已經(jīng)初步能夠在溫度20 ℃、pH 4.0條件下進(jìn)行生長(zhǎng)代謝，在20 d的生長(zhǎng)周期內(nèi)，其硫酸鹽的代謝率達(dá)到40%左右。研究結(jié)果為SRB應(yīng)用于酸性地浸采鈾地下水的修復(fù)提供了基礎(chǔ)。