用于酸法地浸采铀地下水修复的混合SRB驯化试验研究

杨 洁，周 磊，高 洁

(核工业北京化工冶金研究院，北京 101149)

1试验材料和方法

1.1 试验菌种

以青龙铀矿尾矿坝的污泥为原料，通过富集培养得到试验所需的混合SRB菌种。

1.2 培养基

1.3 试验方法

1)静态试验采用梯度驯化的方法。配制一定铀浓度、硫酸根浓度和pH制的培养基，将培养至对数期的SRB混合细菌清液按10%的接种量接种至200 mL的上述培养基中，控制恒温条件下静置培养，定期对其生长状况进行观察，每个条件下，均做一组平行培养。当培养基中析出少量黑色沉淀时，证明SRB混合细菌已适应该条件。之后，梯度增高铀离子浓度、硫酸根浓度和降低pH，重复操作上述过程，直至驯化至矿山应用的相似环境参数。

2)动态驯化试验利用自行设计的EGSB反应器，反应器结构如图1所示。以玉米芯(5～10 mm)为固定化载体，先泵入玉米芯和牛粪酸性混合发酵液(10∶1)作为混合SRB的碳源[5]，然后接种驯化到耐受温度25 ℃、pH 4.5的混合SRB菌种。培养一周后，反应器内出现黑色沉淀，玉米芯上附着大量的颗粒污泥，并伴有浓重的H2S气味，表明反应器进入正常启动阶段，可以进行混合SRB的动态驯化试验。

图1 EGSB生物反应器

3)混合SRB动态驯化温度试验以7 d为一个驯化周期。每7 d向生物反应器中泵入新鲜的pH为4.5的模拟废水，并测量每个周期的出水中的硫酸根浓度变化，通过硫酸根的去除效果来考察混合SRB的驯化情况。

4)混合SRB动态驯化pH试验以20 d为一个驯化周期。每20 d向生物反应器中泵入新鲜的pH为4.0的模拟废水，并测量每个周期出水中的硫酸根浓度，通过硫酸根的去除效果来考察混合SRB对进水pH为4.0的驯化情况。

2试验结果与讨论

2.1 静态驯化试验

2.1.1铀浓度耐受性驯化试验

配制铀质量浓度为2、3、4、5 mg/L培养基，编号依次为Sr1#、Sr2#、Sr3#、Sr4#，平行培养的编号依次为Sr1#’、Sr2#’、Sr3#’、Sr4#’。试验结果如表1所示。

表1 铀浓度耐受性驯化试验结果

2.1.2硫酸根浓度耐受性驯化试验

表质量浓度耐受性驯化试验结果

2.1.3温度耐受性驯化试验

将驯化后的Sr8#转接培养，新培养基编号为Sr9#，并设置平行样Sr9#’。 Sr9#在25 ℃恒温条件下培养后的编号为Sr10#，Sr10#在20 ℃恒温条件下培养后的编号为Sr11#。Sr9#’在平行培养后的编号分别为Sr10#’、 Sr11#’。试验结果如表3所示。

表3 温度耐受性驯化试验结果

2.1.4初始pH耐受性驯化试验

将驯化后的Sr11#转接培养后的编号为Sr12#。配制pH为5.5、5.0、4.5、4.0的培养基编号依次为Sr13#、Sr14#、Sr15#和Sr16#。各条件做一组平行培养，试验结果如表4所示。其中，iSr15#为Sr15#培养基在温度调整前降低pH的结果，Sr15#’’为巩固培养结果，提升驯化温度后培养结果为zSr15#。

表4 初始pH耐受性驯化试验结果

由表4可以看出，在20 ℃条件下初始pH为5.0时的混合SRB驯化周期与pH为6.0相比明显增加，由3 d延长至18 d；降低初始pH至4.5，SRB混合细菌生长受到严重抑制。这表明在20 ℃条件下，SRB混合细菌的驯化周期受pH影响较大，随pH降低而增加。当初始pH低于5.0时，其生长基本处于停滞状态。根据以上情况调整驯化温度至25 ℃，SRB混合细菌可在pH 4.5条件下进行生长，其驯化周期为30 d左右；经巩固培养，其驯化周期明显缩短至20 d。提高驯化温度至35 ℃，SRB混合细菌在pH 4.5条件下驯化周期缩短至11 d。当初始pH降低至4.0时，SRB混合细菌在35～25 ℃均不能生长。

上述情况表明，SRB混合细菌的驯化周期受生长温度与初始pH的双重影响。随温度降低，其耐受初始pH的能力逐渐减小，驯化周期增长；随温度升高，其耐受初始pH的能力逐渐扩大，驯化周期缩短。在可生长范围内，SRB混合细菌可通过巩固培养缩短驯化周期。当pH过低时，SRB混合细菌生长受到严重抑制，提高培养温度仍无法使其恢复生长[6]。

2.2 混合SRB的动态驯化

2.2.1温度耐受性驯化

由于静态驯化时，混合SRB的数量和浓度都相对较低，这导致混合SRB的驯化周期和效率较低。静态驯化时，混合SRB能够在温度25 ℃、pH 4.5条件下进行生长代谢。为了达到使混合SRB在温度20 ℃、pH 4.0条件下进行生长代谢的研究目标，利用EGSB生物反应器对混合SRB进行了动态驯化试验研究。驯化结果如图2所示。

图2 混合SRB在20 ℃条件下的驯化结果

由图2可见：经过8个周期的动态驯化，混合SRB已经能够在温度20 ℃条件下进行生长代谢，对硫酸根的代谢效率达到42%左右。在最后3个驯化周期内，混合SRB的代谢活性没有得到进一步的提高，这表明在该温度条件下，混合SRB的活性无法通过驯化来提高了。

2.2.2pH耐受性驯化

在驯化混合SRB在20 ℃条件下能够生长代谢的基础上，又进行了混合SRB耐pH的驯化试验。驯化结果如图3所示。

图3 混合SRB在pH 4.0条件下的驯化结果

由图3可见：经过9个周期的动态驯化，混合SRB已经能够在温度20 ℃、pH 4.0条件下进行生长代谢，对硫酸根的代谢效率达到40%左右。

3结论

1)随着驯化条件越来越苛刻，混合SRB的生长延滞期延长，生长速度变得缓慢，每种条件下的驯化次数也在不断增加。

2)经过不断动态驯化，混合SRB可以在铀质量浓度5 mg/L、硫酸根质量浓度6 g/L、温度25 ℃、pH 4.5条件下得以生长。

3)与静态驯化相比，动态驯化时由于混合SRB的大量繁殖，其菌种突变适应温度20 ℃、pH 4.0条件的概率大大提高，使得驯化的效率也得到相应的提升。

4)通过动态驯化，混合SRB已经初步能够在温度20 ℃、pH 4.0条件下进行生长代谢，在20 d的生长周期内，其硫酸盐的代谢率达到40%左右。研究结果为SRB应用于酸性地浸采铀地下水的修复提供了基础。