1工业生产中产生的酸性矿山废水（AMD）会带来严重的环境污染，如何处理AMD成为现在的热点问题。微生物技术中利用硫酸盐还原菌（SRB）处理酸性矿山废水具有成本低、无二次污染等优点，受到很多研究者的关注。本文筛选了新的菌群，研究了硫酸盐还原菌的生长周期，并研究了不同初始pH、不同种类的外加碳源和不同无水硫酸钠浓度对硫酸盐还原菌合成H2S的影响。研究发现，H2S产气量随着培养天数的增加逐渐升高，且大部分H2S溶解在菌液中，从第三天左右开始有气体形式的H2S逸出。通过实验明确提出低成本高效产硫化氢的培养条件为pH值为6.0、0.1 moL/L ZnSO4。最佳外加碳源为乳酸，其次是乙酸。本文的研究为酸性高浓度重金属废水的处理提供理论依据。
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引言
引言
随着工业的发展，人类在进行采矿、有色金属冶炼等生产过程中产生了低pH、含多种重金属离子的酸性矿山废水（acid mine drainage，AMD）。据统计，我国矿山每年因采矿、选矿而排放的废水量达 12～15 亿吨，占有色金属工业废水总量的30 %左右[1]。该酸性矿山废水进入自然环境后，会破坏自然界的硫循环平衡；导致水体矿化，对水生生物带来严重的危害；使耕地受到重金属污染，威胁人类的食品安全；还会使有价金属资源得以流失，因此相对酸性矿山废水的治理和资源化利用迫在眉睫。
针对酸性矿山废水酸性高、重金属难以去除的特点，人们展开了大量研究，其处理的方法主要有吸附法、化学沉淀法、离子交换法、膜分离法、电化学法和光催化法等。这些方法的处理效率高、工艺相对较成熟，但由于化学药品的大量使用，大多造成二次污染，且运行成本相对较高[2]。相较而言，微生物技术中利用硫酸盐还原菌（sulfate reduction bacteria，SRB）处理酸性矿山废水中的重金属具有经济成本低、避免二次污染、可回收多种金属离子等优势，受到很多研究者的关注。SRB生物法处理酸性矿山废水是在厌氧条件下，硫酸盐还原菌利用有机质作为碳源和能源，将硫酸盐还原为硫化物[ 3, 4 ] ，硫化物与重金属形成不溶性的沉淀，从而降低水环境中游离的重金属[ 5 ]，S2在处理过程中起着至关重要的作用。
硫酸盐还原菌是一类能把硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐、单硫还原为硫化物的微生物，这类微生 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ￥351916072￥ 
物可分为自养型和异养型二大类型。异养型硫酸盐还原菌通常是严格厌氧菌[6]。在厌氧环境，SRB以硫酸盐作为电子受体，分解废水中的有机污染物，从而获得自身所需要的能量。其代谢过程如图1所示，主要包括分解阶段、电子转移阶段和氧化3个阶段。①分解阶段。有机物在厌氧环境下被降解成CO2、H2O和乙酸，并通过基质水平磷酸化产生少量的Adenosine triphosphate（ATP），同时释放高能电子。②电子转移阶段。分解阶段产生的高能电子沿着SRB特有的电子传递链进行逐级的传递，与此同时产生大量ATP。③氧化阶段。电子被传递给氧化态的硫元素，并将其还原为S2，此时需要消耗大量的ATP，并产生H2S。这一代谢过程中，可以去除水中的硫酸根和含碳有机物，产生的H2S也能够抑制甲烷的生成，并且能够使污水中的重金属离子不断从体系中沉淀下来。硫酸盐作为电子受体被还原成硫化物的过程中，硫酸根会在胞内和胞外发生一系列变化，如图2所示[7]。
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图1 SRB分解代谢示意[7] 图2 SRB的分解过程[7]
由于SRB处理酸性矿山废水中的重金属具有成本低、无二次污染等优点，在酸性矿山废水处理过程中，SRB以有机物或者合成气（氢气、二氧化碳、一氧化碳等）为碳源和电子供体的研究得到人们的广泛关注，在研究过程中取得了可观的成果。根据有关文献报道，SRB生长最适pH一般在中性范围，当pH在6.48～7.43之间变化时硫酸盐还原效果较好，当温度在35℃时，其硫酸盐还原速率最大[8]。Zhao等[9]研究发现，乳酸为碳源时效果最好。肖丽萍等[10]利用生活污水、鸡粪和锯末质量比为80:7:3混合物的发酵液作为碳源，AMD中Fe2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+、SO42的最终去除率分别是93%、81%、65%、93%、89%，出水中的pH在中性边缘。方迪[11]等在CSTR反应器中利用SRB处理AMD，铜、锌、铬三种金属离子的去除率大于99%。用硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水是一种经济有效的方法，但是在特定的酸性矿山废水的处理中，废水的酸性较大，pH接近于零，远远低于SRB最优处理条件的pH，若进行直接处理，微生物很可能受到抑制，难以进行生长和进行硫酸盐还原，达不到最佳处理效果。
针对低pH值、含多种重金属离子的酸性矿山废水，本课题为微生物技术处理酸性矿山废水中重金属做准备，提出三种驯化处理方案：一，驯化实验室原有硫酸盐还原菌为嗜酸性菌，以直接接触方式用菌液直接去除酸性废水中重金属；二，通过优化培养条件，提高硫酸盐还原菌产气量，以间接接触方式用菌挥发出来的气体通入酸性废水去除重金属；三，筛选驯化新菌，寻找更高产硫化氢的菌种。提出以硫酸盐还原菌生化处理为核心的技术工艺路线，通过其产生的硫化氢气体对重金属进行还原沉淀。对于菌的培养条件，本实验确定了初始pH、碳源的种类和不同浓度的无水硫酸钠三个变量，通过单因素实验分别研究它们对H2S生成的影响，确立硫酸盐还原菌群在不同培养条件下的生长情况和产硫化氢气体量，深入掌握硫酸盐还原菌的产气规律；筛选培育高效生物产硫化氢的菌种，确定H2S高效生物合成的优化条件及运行参数，为酸性高浓度重金属废水的处理提供理论基础与应用支撑。
1 材料与方法
1．1 实验材料、仪器与试剂
1．1．1 实验材料
硫酸盐还原菌：本实验所用硫酸盐还原菌为实验室已筛选培育好的菌群。优势菌群由25% Desulfovbrio sp.、25% Clostridiaceae sp.、25% Proteiniphilum sp.、12.5% Geotoga sp.和12.5% Sphaerochaeta sp.组成。genebank号分别是MG696667MG696671。
硫酸盐还原菌培养基：CaCl2 0.1 g/L，NH4Cl 1 g/L，KH2PO4 0.5 g/L，MgSO4 0.5 g/L，Na2SO4 28.4 g/L（0.2 mol/L），酵母浸粉 0.5 g/L，乳酸 0.2 mol/L，pH 7.0。

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