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重金属离子对低ph下硫还原菌生长和硫还原特性的影响(附件)

2021-07-03 23:37编辑: www.51jrft.com51今日论文网
酸性重金属废水因其低pH和含多种重金属离子的特性而成为环境上难处理问题之一。生物硫还原沉淀法因其低成本高效率的特点而被普遍认为是处理重金属废水的一种有效方法,其原理是利用硫酸盐还原微生物或硫单质还原微生物还原产生的S2-与重金属离子形成硫化物沉淀,从而达到去除重金属的目的。本文以分离纯化所得的硫还原菌株NAU-16作为接种菌种,探讨了Cu2+,Pb2+,Zn2+,Ni2+四种典型重金属离子对硫单质还原菌NAU-16的生长性和还原特性的影响。结果表明,菌株NAU-16对重金属有一定的耐受性,在分别添加21.49 mg/LCu2+ 、1.6 mg/LPb2+ 、12.81 mg/LNi2+和14.10 mg/L Zn2+后仍能保持其生长性和还原特性。菌株NAU-16对Cu2+的耐受性较高,对Zn2+和Ni2+的耐受性一般,对Pb2+的耐受性较差。在分别添加32.23 mg/LCu2+、2.71 mg/LPb2+、32.04 mg/LNi2+和58.74 mg/LZn2+的情况下,硫单质还原菌NAU-16的生长被抑制,没有发挥其还原特性。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 4
1.1 接种菌液 4
1.2 实验材料 4
1.3 硫还原菌的生长性质与硫还原特性探究试验 4
1.4 测定方法 4
2 结果与分析 5
2.1 重金属对硫单质生物还原过程中pH值的影响 5
2.2 重金属对硫单质生物还原过程中硫化物浓度的影响 7
2.3 重金属对硫单质生物还原过程中体系TOC含量的影响 8
2.4 硫单质生物还原过程中重金属浓度变化 9
3 结论 10
致谢 11
参考文献 11
重金属离子对低pH下硫还原菌生长和硫还原特性的影响
引言
引言
酸性重金属废水常常来自有色金属冶炼、加工、电镀以及矿山开采等行业,具有低pH值(2.04.0),含多种溶解性重金属和高浓度的硫酸根离子等特 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: #351916072
征[1,2,3],易对环境造成持续性破坏,并通过食物链富集作用给动植物及人类健康带来极大危害。例如,酸度过高会导致离子交换失常从而影响水生生物的生理功能。重金属则能通过水生生物的呼吸作用和摄食等途径在其体内富集[4],进而通过生物链对整个生态系统的安全造成影响[5,6,7]。若酸性重金属废水处理不当,将严重影响工业的发展和环境污染的控制。
近年来,国内外对酸性重金属废水污染的研究较多,对酸性重金属废水的处理技术也得到了新的发展。
酸性重金属废水的处理原则是根据其性质制定合适的治理方案。从处理本质上讲,重金属废水的处理方法主要有两大类:一类是改变重金属的物理化学形态,如还原和沉淀等;另一类是改变重金属的位置,如膜分离和吸附等。无论是从环境污染防治的角度,还是从重金属回收利用的角度来看,酸性重金属废水最佳的处理原则应是废水pH得到提升,重金属得到合理回收的同时水质达标排放。按照处理原则的不同,大致可分为物理法、化学法和生物法[8,9,10,11]。
常见的物理处理方法有离子交换法、吸附法和膜分离法。离子交换法去除效率高、设备简单、易于操作,但缺点在于成本高,因而该方法在大规模的水处理中较少使用。吸附法中使用的天然沸石、黏土、壳聚糖等自然吸附材料具来源广,后期加工方便且成本低等优势,但存在吸附重金属后较难回收利用的问题。膜分离技术,如电渗析和反渗透技术等,已于近年来大规模用于镀锌、铬、镍漂洗水及混合重金属废水的处理,具有占地面积小,技术可靠,不产生废渣等优点,但管理和维护技术要求高,运行费用大。常见的化学处理方法包括中和沉淀法、氧化还原法和硫化物化学沉淀法。其中,沉淀法会产生大量污泥,为避免造成二次污染需要进行再处理,因而成本较高。氧化还原法操作简单,但在处理中极易产生废渣,亦有造成二次污染的风险。硫化物化学沉淀法具有水力停留时间短,出水重金属浓度低等优势,但硫化剂成本较高且有毒,若添加过量,容易形成H2S,也会造成二次污染。
考虑到物理法、化学法的处理成本和易造成二次污染的风险问题,近年来,国内外的研究者对生物法处理酸性重金属废水进行了大量的研究,在降低处理成本和提高处理效率方面取得了很大成果。
生物处理法主要包括植物修复技术和微生物处理技术。典型的植物修复技术是打造人工湿地,由人工基质和生长在其上的水生植物构成一种独特的土壤植物微生物生态系统。废水中的重金属得到有效去除的主要机理是共沉淀、植物吸附和化学吸附等[12]。该方法具有建造及运行费用低,维护方便和负荷变化适应能力强等优点。微生物处理技术包括生物吸附法和生物沉淀法。生物吸附是指利用细菌、霉菌、藻类、酵母等作为生物吸附剂,经一系列生物化学作用,吸附重金属离子的过程。微生物吸附重金属处理效果好,运行费用低,不易造成二次污染。然而,该方法仅适用于重金属离子浓度较低的废水处理。生物沉淀法是一种利用微生物处理酸性重金属废水的新方法,其原理是微生物在生长过程中会释放出大量代谢产物,这些代谢产物能与重金属离子反应生成沉淀,从而固定重金属。
硫酸盐还原法和硫单质还原法即属于生物沉淀法的范畴。在厌氧条件下,硫酸盐还原菌能够将SO42还原为S2,或硫单质还原菌将S0还原为S2,S2与废水中的Cu2+、Zn2+、Ni2+等重金属离子形成溶解度极小的硫化物沉淀。然而,硫酸盐还原菌存在碳源添加量高和适应pH范围较窄等弊端,限制了该方法在实际工程上的应用。上世纪90年代,许多学者发现自然界中广泛存在能将单质硫还原为硫离子的硫还原菌,其具有pH范围更广、碳源投加量少和增殖较快的优势。
2CH2O + SO42 → H2S + 2HCO3 (1)
一些研究者发现,利用硫单质还原菌处理酸性重金属废水较硫酸盐还原菌相比,能够节约75%的有机碳源。2015年荷兰研究者Florentino等人[13]分离到的Desulfurella sp. Strain TR1,能够以乙酸为碳源将单质硫还原为硫化物,并且对Cu、Zn、Ni和Pb等重金属有很高的耐受程度。这在酸性重金属废水处理中具有很大的应用价值。
S0 + 2H+ +2e → H2S (2)
SO42 + 8e + 10H+ → H2S + 4H2O (3)

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