硫酸盐还原菌分离及其脱硫性能的研究

江耀华， 刘金辉， 刘亚洁

(东华理工大学，江西 抚州 344000)

我国砂岩型铀矿山大多采用酸法浸出工艺开采，利用酸法地浸技术有很多优点，如生产成本低、建设周期短、资源回收率高、保护地表生态环境等(杜志明等，2012)。但是，采区退役后，地下水中的SO42－，U(VI)，H+，Fe3+和重金属离子等组分严重超标(邓胜水等，2012)。酸性采铀废水若不经处理让其任意排放，就会造成大面积酸污染和重金属污染。因此，对酸法地浸采铀地下水污染的治理已迫在眉睫。近十几年来，国内外学者也纷纷提出了许多治理的方法，如沉淀法、离子交换法、湿地法、电渗析、电泳、反渗透、土壤渗滤和浮选等(饶俊等，2005;高延耀等，1994)。其中，利用硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水是一种很有前景的方法，此法处理废水成本低，实用性强，无二次污染，还可以回收重要的物质单质硫(陈凤梅等，2007)。本次试验目的是通过富集分离所得到的硫酸盐还原菌处理酸性地浸尾液，从而初步确定该类废水的生物处理方法。

1 材料与方法

1.1 样品采集

从江西抚州市某污水处理厂活性污泥池中采取的污泥进行富集培养、分离纯化。

1.2 培养基组成

KH2PO40.5 g;NH4Cl 1.0 g;CaCl2·2H2O 0.1 g;MgSO4·7H2O 2.0 g;FeSO4·7H2O 0.5 g;NaCl 1.0 g;抗坏血酸 0.5 g;L-Cys 半胱氨酸 0.5 g;Na2SO4·5H2O 5.0 g;乳酸钠溶液 6.5 g;蒸馏水1 000 ml。调节 pH 值为 6.5 ～7.0(崔心水等，2009)。

富集和分离硫酸盐还原菌的培养基配方有不少，但多数液体培养基中都以硫酸锌作为指示剂，硫酸盐还原菌的代谢产物硫化氢与锌离子形成的黑色沉淀，可以作为富集得到有硫酸盐还原菌菌群的标志(澹爱丽，2007)。

1.3 富集和纯化方法

在配制好液体培养基以后，装入150 mL小口径锥形瓶内，将其高压灭菌，冷却后加入一定量的活性污泥，用灭好菌的液体石蜡加入到小口径锥形瓶内，形成一定厚度的液体石蜡层以隔绝空气，旋紧塞子(以上操作均在紫外灭菌操作台中完成)。然后，将其放置于恒温培养箱中30℃条件下进行培养，待富集液的颜色变成黑色，同时瓶口散发出硫化氢臭鸡蛋味，即表示富集成功。初次富集时间可稍微长一些，随后于新的培养基中转接2～3次。

在配制好SRB平板以后，将转接2次富集成功的富集液进行涂布(涂布量不超过120 μl)，待涂布平板长好即进行挑菌划线培养。所有涂布划线好的平板均使用厌氧袋保存，并放置在恒温培养箱中30℃条件下进行培养。培养过程中如平板表面变黑即表示分离成功。然后于新的平板中重新挑菌划线1～2次，可得到更纯菌种。

1.4 菌种鉴定方法

试验富集分离获得的SRB菌种采用16SrRNA基因扩增法进行鉴定(马文丽，2011)。

1.5 脱硫试验方法

采用富集的SRB菌处理含高浓度SO42－酸性废水。本实验分为八组，用NaOH和HCl调节培养基，使其初始 pH 分别为 3，4，5，6，7，构成五组实验;另外pH=7的三组实验是培养基中分别加入铀浓度为0.5，10，15 mg/L 的含铀尾液。

实验采用150 mL小口径锥形瓶，按照培养基:含SO42－废水:SRB 菌液 =13∶1∶1的比例，将配制好的培养基和含SO42－废水灭菌后装入小口径锥形瓶内，迅速加入SRB菌液，然后用灭菌的液体石蜡加入到小口径锥形瓶内，形成一定厚度的液体石蜡层以隔绝空气，旋紧塞子，在30℃恒温培养箱中进行培养。定期检测各组实验的SO42－浓度(孙香荣，1983)。

2 试验结果与讨论

2.1 试验结果

分别在第0，2，4，6，8，10 天对各组试验体系中的SO42－浓度进行取样测定，测定结果如表1所示。

表1 时间及铀浓度对SO42－浓度的影响(g/L)Table1 The influence of time and Uranium metals to the reduce sulfate

2.2 不同初始pH值对SRB还原SO42－的影响

pH值是影响SRB活性的主要因素，图1反映了不同初始pH值下，SO42－浓度随反应时间的变化规律。由图1可知，在初始pH=3、4时，SO42－浓度变化幅度不明显，其值分别稳定在4.53～4.59之间和4.36～4.42之间，表明SRB在实验环境中难以生长，过低pH值会抑制SRB的活性。当pH=5、6、7 时，溶液中 SO42－浓度随反应时间的增加而减少，即说明SRB在实验环境中可生长，并将部分SO42－降解。由于SRB的耐酸性在pH=5～7之间。由图1可知，pH值越高，SRB进入对数生长期的时间越短，SO42－浓度下降越快。随着pH值的增大，SRB活性增强。(可见，该还原菌在较高pH条件下具有硫还原能力，pH＜5则未见硫还原。说明所分离富集的还原菌适宜在pH≧5条件下具有硫还原能力)

2.3 不同初始pH值与脱硫率的关系

由图2得知，溶液pH值为3、4时，脱硫率极低，仅为 1.3%;在 pH 值为 5、6、7 时，SRB 有活性，并随着pH值的增大，其活性增强，脱硫率也增高。在第21天，测得其脱硫率分别为38.34%、48.14%和60.26%。由此可知，当pH值在6～7之间时，SO42－的还原效果最好。

2.4 不同初始铀浓度对SRB还原SO42－的影响

不同初始铀浓度条件下，SRB还原SO42－的量随时间变化关系如图3所示。

图1 不同初始pH值对SRB还原SO42－的影响Fig.1 The influence of different initial pH to the SRB reduce sulfate

图2 不同初始pH值对脱硫率的影响Fig.2 The influence of different initial pH to the desulfurization-rate

由图3可知，在pH值=7时，含铀浓度越高的菌液，去除硫酸根的量越低。当铀浓度分别为0，5，10和15 mg/L时，其硫酸根去除率分别为60.3%，55.1%，51.2%，48.0%，表明金属铀的在会抑制SRB菌的生长，铀度越高，抑制作用越严重。

3 结论

通过对硫酸盐还原菌分离培养及脱硫性能研究，可以得到以下认识:

图3 不同初始U浓度对SRB还原SO42－的影响Fig.3 The influence of different Uranium metals to the SRB reduce sulfate

(1)SRB菌群对含SO42－废水具有较好的除硫作用，当菌液pH=6～7时，对SO42－的还原具有良好效果，其 SO42－的去除率分别达到 48.1%，60.3%。

(2)试验表明，获得的SRB菌群可生长的pH值范围为5～7，且pH值越高，活性越好。在偏弱酸-中性条件下，利用SRB菌群去除中性废水中的硫酸根在技术上有望可行。

(3)金属铀的存在会抑制SRB菌的生长，从而影响其脱硫效果，金属铀浓度越高，抑制作用越强。当铀浓度分别为0，5，10和15 mg/L时，SRB对硫酸根的去除率分别为 60.3%，55.1%，51.2%，48.0%。

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