嗜酸性硫杆菌的耐氟培养及其在重金属浸出中的应用研究

发布时间：2017-07-13 17:01

  本文关键词：嗜酸性硫杆菌的耐氟培养及其在重金属浸出中的应用研究

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【摘要】：在钢铁生产加工后会产生大量的酸洗污泥,酸洗污泥中含有重金属离子,若处理不当会对环境造成污染,所以实现酸洗污泥的无害化、资源化和减量化逐渐受到人们的关注。研究从微生物角度出发,探究了微生物在酸洗污泥中重金属浸出中的应用；因生物法对硫化矿物中重金属也有浸出作用,对微生物与金属硫化物的作用也进行了研究。对从南京市某污水处理厂二沉池的污泥中筛选出的菌株进行富集培养,培养后的菌株在2：2固体培养基中进行分离纯化,经16S rDNA和PCR扩增测序分析鉴定为嗜酸性氧化亚铁硫杆菌株(Acidithiobacillus ferrooxidans, A.f),命名为NJLGS18。氧化亚铁硫杆菌株在生物浸出应用中对重金属离子和酸根离子都有一定的耐受性,但少量氟离子的存在会对氧化亚铁硫杆菌株的活性产生影响,氟离子是抑制氧化亚铁硫杆菌生长的重要因素。为了提高氧化亚铁硫杆菌NJLGS18对氟离子的耐受性,获得能耐受一定氟离子浓度的氧化亚铁硫杆菌株,在不同初始pH下采用连续转接驯化方法对分离纯化得到的菌株NJLGS18进行了耐氟培养,在培养过程中会产生代谢产物,通过XRD、FTIR、SEM等方法对在不同氟离子浓度条件下培养时产生的代谢产物做了分析表征。结果表明：氟浓度小于5 mg/L时,菌株NJLGS18的生长发育良好；当其浓度大于5 mg/L时,菌株的生长活性受到的影响较大；菌株的耐氟能力可以通过培养提高,培养后菌株适应氟浓度能力可达40 mg/L;在不同氟离子条件下培养时产生的代谢产物主要是黄钾铁矾,黄钾铁矾的结构形态可能随条件的不同会有所差异。以酸洗污泥为研究对象,对污泥的基本成分进行了分析并探究了在不同初始亚铁量、不同能源物质条件和不同污泥投加量条件下菌株对污泥中重金属Cu和Mn的浸出效果。在不同初始亚铁量下,Cu和Mn的浸出效果不同,随着初始亚铁浓度的增加,Cu和Mn的浸出率也会随着增加,Cu和Mn的浸出率分别可达到50.2%和47.27%；以亚铁和硫为不同能源物质浸出时,由于菌株对亚铁和硫的利用方式不同,使得菌株对Cu和Mn的浸出效果有所差异；在不同污泥投加量下,一定条件下,随污泥投加量的增加,菌株对Cu和Mn的浸出率会随之下降。以硫化铜和硫化锌为研究对象,研究了在不同培养条件、不同初始pH和不同硫化物投加量条件下菌株与硫化物的相互作用效果。研究结果表明：在一定条件下,菌株与硫化物产生相互作用,对硫化物中金属Cu和Zn有一定的溶出效果；初始pH不同对菌株与硫化铜的作用稍有影响,而菌株与硫化锌的作用受初始pH的影响不大；一定条件下,在不同硫化铜和硫化锌投加量条件下,菌株与硫化物作用过程中对Cu和Zn的溶出效果随投加量的增加而降低。
【关键词】：嗜酸性硫杆菌 耐氟培养 酸洗污泥 金属硫化物 生物浸出
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X172
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 酸洗污泥概况11
• 1.2 酸洗污泥处置技术11-13
• 1.3 生物浸出重金属方法13-18
• 1.3.1 生物浸出法定义13
• 1.3.2 生物浸出的主要菌种及特性13-16
• 1.3.3 生物浸出机理16-17
• 1.3.4 生物浸出的应用研究情况17-18
• 1.4 微生物与硫化矿物的作用18-19
• 1.5 课题主要研究内容19-21
• 1.5.1 课题背景及意义19
• 1.5.2 研究内容19-21
• 2 嗜酸性硫杆菌的分离鉴定21-29
• 2.1 实验用品21-22
• 2.1.1 实验材料21
• 2.1.2 实验仪器与设备21-22
• 2.1.3 实验药品22
• 2.2 实验过程和方法22-26
• 2.2.1 菌株的富集培养22-23
• 2.2.2 分离纯化23
• 2.2.3 菌株16S rDNA的鉴定分析23-25
• 2.2.4 PCR扩增25
• 2.2.5 测序25-26
• 2.3 实验结果与讨论26-28
• 2.3.1 菌株的富集培养26
• 2.3.2 菌株的分析鉴定26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 3 嗜酸性硫杆菌的耐氟培养29-45
• 3.1 实验菌种29
• 3.2 实验设备与仪器29-30
• 3.3 实验药品30
• 3.4 实验方法30-31
• 3.4.1 菌对氟离子的耐受性30-31
• 3.4.2 不同初始pH条件下氧化亚铁硫杆菌耐氟培养31
• 3.4.3 氧化亚铁硫杆菌耐氟培养过程中代谢产物的表征31
• 3.5 菌对氟离子的耐受性实验结果分析31-34
• 3.6 不同初始pH条件下氧化亚铁硫杆菌的耐氟培养情况分析34-41
• 3.6.1 耐10 mg/L F~-浓度的氧化亚铁硫杆菌的培养34-36
• 3.6.2 耐20 mg/L F~-浓度的氧化亚铁硫杆菌的培养36-37
• 3.6.3 耐30 mg/L F~-浓度的氧化亚铁硫杆菌的培养37-39
• 3.6.4 耐40 mg/L F~-浓度的氧化亚铁硫杆菌的培养39-41
• 3.7 氧化亚铁硫杆菌耐氟培养过程中代谢产物的表征分析41-43
• 3.7.1 SEM分析41
• 3.7.2 XRD分析41-42
• 3.7.3 FTIR分析42-43
• 3.8 本章小结43-45
• 4 嗜酸性硫杆菌对酸洗污泥中重金属浸出的研究45-55
• 4.1 实验材料与设备45-46
• 4.1.1 实验材料45
• 4.1.2 实验设备与仪器45
• 4.1.3 实验药品45-46
• 4.2 酸洗污泥理化性质测定方法46
• 4.2.1 酸洗污泥的pH值和含水率测定46
• 4.2.2 污泥重金属的测定46
• 4.3 嗜酸性硫杆菌对酸洗污泥中重金属浸出的实验方法46-47
• 4.3.1 不同初始亚铁量时菌株对污泥重金属的浸出46-47
• 4.3.2 不同能源物质条件时菌株对污泥重金属的浸出47
• 4.3.3 不同污泥投加量时菌株对污泥重金属的浸出47
• 4.4 实验结果讨论与分析47-54
• 4.4.1 污泥的pH值和含水率47
• 4.4.2 污泥中重金属含量分析47-48
• 4.4.3 不同初始亚铁量时菌株对污泥重金属的浸出效果48-50
• 4.4.4 不同能源物质条件下菌株对污泥重金属的浸出效果50-52
• 4.4.5 不同污泥投加量时菌株对污泥重金属的浸出效果52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 5 嗜酸性硫杆菌与金属硫化物的相互作用研究55-62
• 5.1 实验材料与设备55-56
• 5.1.1 实验材料55
• 5.1.2 实验试剂55
• 5.1.3 实验设备与测试仪器55-56
• 5.2 实验方法56-57
• 5.2.1 不同培养条件下菌株与硫化物的作用实验方法56
• 5.2.2 不同初始pH条件下菌株与硫化物的作用实验方法56-57
• 5.2.3 不同硫化物投加量条件下菌株与硫化物作用实验方法57
• 5.3 实验结果与讨论57-61
• 5.3.1 不同培养条件下菌株与硫化物的作用效果57
• 5.3.2 不同初始pH条件下菌株与硫化物的作用效果57-59
• 5.3.3 不同硫化物投加量条件下菌株与硫化物作用效果59-61
• 5.4 本章小结61-62
• 6 结论和建议62-64
• 6.1 主要结论62-63
• 6.2 建议与展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-71
• 附录Ⅰ71-72
• 附录Ⅱ72

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本文编号：537652