鄭婉盈 張 色 吳明林 江旻峻 秦永麗 梁 英 林瑀鑫 王 鶴 蔣永榮

(桂林電子科技大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541004)

目前國(guó)內(nèi)外主要采用純培養(yǎng)的SRB開(kāi)展重金屬?gòu)U水處理和重金屬污染土壤修復(fù)[8]。但純培養(yǎng)的SRB易受環(huán)境因素的影響，如pH、溫度、碳源、基質(zhì)濃度等，難以滿足污染治理的需要[9-10]。佘臣杰等[11]利用分離鑒定的SRB(DesulfuromonasalkenivoransS-7)處理酸性重金屬?gòu)U水時(shí)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水基質(zhì)的波動(dòng)會(huì)明顯影響反應(yīng)器的穩(wěn)定性，造成重金屬去除效率下降。同時(shí)SRB去除重金屬是一個(gè)耗酸過(guò)程，易造成反應(yīng)體系pH變化，影響硫化物沉淀的穩(wěn)定性，因此需要其他微生物協(xié)同作用平衡反應(yīng)體系[12-14]。自然界中，SRB通常與其他微生物共存于污泥或土壤中，相互協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)硫酸鹽的還原和重金屬的固定[15-16]。因此馴化出可協(xié)同代謝的混合硫酸鹽還原活性污泥是重金屬?gòu)U水處理和污染土壤修復(fù)的關(guān)鍵[17-18]。

本研究分別以處理有機(jī)廢水的厭氧顆粒污泥和鉛鋅礦山周邊重金屬污染土壤為接種污泥，采用連續(xù)流方式培養(yǎng)，馴化耐鎘且具高效硫酸鹽還原活性的污泥，為利用SRB法處理含鎘廢水和修復(fù)鎘污染土壤提供有效的混合菌種，實(shí)現(xiàn)水體和土壤中重金屬的有效去除。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

反應(yīng)裝置為上流式厭氧反應(yīng)器，結(jié)構(gòu)如圖1所示。反應(yīng)器中放置無(wú)紡布為微生物附著生長(zhǎng)提供載體。反應(yīng)器頂端左側(cè)有一個(gè)出水口，反應(yīng)器旁放置進(jìn)水桶，進(jìn)水通過(guò)蠕動(dòng)泵泵入反應(yīng)器內(nèi)部。整個(gè)反應(yīng)器置于電磁攪拌器上，定期啟動(dòng)攪拌器，使反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)均勻地分散在反應(yīng)器中。采用智能溫控電伴熱帶將反應(yīng)器內(nèi)的溫度控制在(30±2) ℃，以保證SRB生活在適宜的環(huán)境中[19]。

1.2 接種污泥與實(shí)驗(yàn)用水

反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)，在1#和2#反應(yīng)器中分別接種厭氧顆粒污泥和鉛鋅尾礦砂污染土壤(鎘5.47 mg/kg)，接種污泥體積為反應(yīng)器有效容積的1/5。

圖1 上流式厭氧反應(yīng)器Fig.1 Schematic diagram of the upflow anaerobic reactor

反應(yīng)器進(jìn)水是含硫酸鹽的有機(jī)廢水(見(jiàn)表1)，以乳酸鈉為碳源，以NH4HCO3為氮源，以KH2PO4為磷源，COD∶N∶P=200∶5∶1，硫酸鹽主要來(lái)自Na2SO4、FeSO4·7H2O和MgSO4·7H2O混合物，添加一定量微量元素[20]。用CdSO4·7H2O配制Cd2+，用Na2CO3調(diào)節(jié)pH。

表1 反應(yīng)器進(jìn)水配方

1.3 馴化方式

1.4 分析項(xiàng)目與方法

2 結(jié)果與討論

2.1 COD和的變化

圖2 馴化過(guò)程中COD和的變化Fig.2 Changes of COD and during domestication

2.2 S2-和Cd2+的變化

圖3 馴化過(guò)程中S2-、Cd2+的變化Fig.3 Changes of S2- and Cd2+ during domestication

2.3 污泥的硫酸鹽還原活性和形貌特征分析

采用掃描電子顯微鏡觀察兩個(gè)階段末期污泥的形貌特征，結(jié)果見(jiàn)圖4。階段Ⅰ結(jié)束時(shí)，污泥表面有少量微生物個(gè)體；但在階段Ⅱ結(jié)束時(shí)，反應(yīng)器中污泥表面均出現(xiàn)大量細(xì)菌，以桿菌、球菌和弧菌為主，菌體較粗壯，與其他研究者觀察到的SRB形貌特征相似[28]。此外，在污泥表面均發(fā)現(xiàn)了呈片狀或不規(guī)則的晶體狀物質(zhì)。

2.4 污泥的微生物群落組成

圖4 反應(yīng)器中污泥的掃描電子顯微鏡像Fig.4 Scanning electron microscopy images of sludge in the reactors

3 結(jié) 論

(1) 在上流式厭氧反應(yīng)器中接種厭氧顆粒污泥和鉛鋅尾礦砂污染土壤，經(jīng)過(guò)108 d的馴化，均可成功馴化出耐鎘硫酸鹽還原活性污泥。

(3) 經(jīng)過(guò)108 d的馴化，1#和2#反應(yīng)器中的SRB菌屬種類(lèi)和豐度均有提升，污泥中的SRB主要包括硫還原菌屬、脫硫弧菌屬、桿狀脫硫菌屬、脫硫單胞菌屬和脫硫葉菌屬，它們?cè)?#反應(yīng)器污泥中的相對(duì)豐度總和(21.40%)大于2#反應(yīng)器(9.38%)。同時(shí)反應(yīng)體系內(nèi)還形成了豐度較高的有機(jī)物代謝菌(不動(dòng)桿菌屬和牦牛瘤胃菌屬)、中間產(chǎn)物硫還原菌(硫單胞菌屬和紫單胞菌屬)以及硫氧化菌(未定義鹽硫桿狀菌屬)，這些功能菌協(xié)同代謝，能促進(jìn)Cd2+的穩(wěn)定去除。