硫酸鹽還原菌在環(huán)境中的應(yīng)用

硫酸鹽還原菌在環(huán)境中的應(yīng)用第1頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)容硫酸鹽還原菌簡(jiǎn)介硫酸鹽還原菌還原SO42-過(guò)程硫酸鹽還原菌的應(yīng)用第2頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硫酸鹽還原菌硫酸鹽還原菌(Sulfate-ReducingBacteria,簡(jiǎn)稱SRB)是一類形態(tài)各異、營(yíng)養(yǎng)類型多樣、能利用硫酸鹽或者其他氧化態(tài)硫化物作為電子受體來(lái)異化有機(jī)物質(zhì)的厭氧微生物，常見(jiàn)屬有脫硫弧菌屬(Desulfovibrio)、脫硫腸狀菌屬(Desulfotomaculum)。因其參與自然界中的多種反應(yīng)，所以愈來(lái)愈多地得到人們的關(guān)注。第3頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月自然界中最常見(jiàn)的SRB是嗜溫的革蘭氏陰性、不產(chǎn)芽孢的類型。在淡水及其他含鹽量較低的環(huán)境中,易分離到革蘭氏陽(yáng)性、產(chǎn)芽孢的菌株。

此外,在自然界中存在的還有革蘭氏陰性嗜熱真細(xì)菌、革蘭氏陰性古細(xì)菌。SRB分布廣泛，

可以存在于土壤、水稻田、海水、鹽水、自來(lái)水、溫泉水、地?zé)岬貐^(qū)、油井和天然氣井、含硫沉積物、河底污泥、污水、

綿羊瘤胃、動(dòng)物腸道等，還可以從一些受污染的環(huán)境中檢測(cè)到它的存在，如厭氧的污水處理廠廢物,被污染的食品中。第4頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本生長(zhǎng)條件溫度：SRB可以在-5~75℃條件下生存，并能很快適應(yīng)新的溫度環(huán)境，

某些種可以在-5℃以下生長(zhǎng)，具有芽孢的種可以耐受80℃

的高溫。PH：可在pH為5~9.5的范圍內(nèi)生存，

最適pH值為7.0~7.8。鹽分：在一些高鹽的生態(tài)環(huán)境中，也能檢測(cè)到它們的存在，

如鹽湖、死海等。

在實(shí)驗(yàn)室中分離到的嗜鹽菌多數(shù)是輕度嗜鹽菌(適宜鹽度范圍為1%~4%)，分離到中度嗜鹽菌的報(bào)道不多。Eh:

其生長(zhǎng)要求Eh低于-150mV第5頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月碳源、氮源：SRB的不同菌屬生長(zhǎng)所利用的碳源是不同的，最普的是利用C3、C4脂肪酸，如乳酸鹽、丙酮酸、蘋果酸；此外還可以利用一些揮發(fā)性脂肪酸，

如乙酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽；

醇類，如乙醇、丙醇等。銨鹽是大多SRB生長(zhǎng)所需的氮源。一些報(bào)道中，某些SRB還能夠固氮，

一些菌種能夠利用氨基酸中的氮作為氮源,少數(shù)菌種能通過(guò)異化還原硝酸鹽和亞硝酸鹽提供氮。

第6頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硫酸鹽還原菌在硫循環(huán)中的地位自然界中的硫循環(huán)是一個(gè)重要的地球化學(xué)循環(huán)，其中各個(gè)環(huán)節(jié)都有微生物參與，SRB在這個(gè)體系中起著不可缺少的作用。在此體系中，厭氧條件下，SRB同化有機(jī)物時(shí)可以以硫酸鹽或其它含硫化合物作為電子受體，將其還原為H2S。在此反應(yīng)中，產(chǎn)物H2S和CO2

量的比例為1:2。C6H12O2+3H2SO4→6CO2+6H2O+3H2S第7頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硫酸鹽還原菌還原SO42-機(jī)理

SRB還原SO42-的機(jī)理,具體分為三個(gè)階段：①分解階段：在厭氧狀態(tài)下,有機(jī)物通過(guò)基質(zhì)水平磷酸化產(chǎn)生ATP和高能電子；②電子轉(zhuǎn)移階段：在①階段產(chǎn)生的高能電子通過(guò)SRB特有的電子傳遞鏈(如黃素蛋白、細(xì)胞色素C等)逐級(jí)傳遞，同時(shí)產(chǎn)生大量的ATP；③氧化階段：此階段中電子轉(zhuǎn)移給氧化態(tài)的硫元素(SO42-)，將其還原為S2-，產(chǎn)生H2S，同時(shí)消耗ATP。SRB除了以硫酸鹽為電子受體進(jìn)行還原反應(yīng)，還需要有機(jī)物為其提供能量并作為生化反應(yīng)的電子供體。第8頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月SRB在環(huán)境中起的一些反應(yīng)由于SRB代謝產(chǎn)生H2S，H2S和許多重金屬作用，可以生成硫化物或?qū)⒅亟饘龠€原。第9頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用生物修復(fù)煉油技術(shù)廢水處理煙氣脫硫第10頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月生物修復(fù)由于生成的金屬硫化物的溶解度較低，可以利用SRB的這個(gè)性質(zhì)來(lái)處理被重金屬污染的濕地、池塘以及廢水等，或者在被污染的區(qū)域人為構(gòu)造濕地，將反應(yīng)生成的重金屬硫化物收集起來(lái)集中處理，既利于環(huán)境的改良，又可以回收貴重金屬。據(jù)報(bào)道，美國(guó)新墨西哥州的鈾礦和密蘇里的鉛礦用此法處理，將形成的ZnS、CdS等回收,效果較理想。第11頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月煉油技術(shù)將硫酸鹽還原菌加入到油井中，可以提高油產(chǎn)量。在石油的二次回收過(guò)程中,脫硫弧菌產(chǎn)生的粘液一種胞外多糖，起著表面活性劑的作用，有助于從石油砂層中提取石油。另外，還有研究認(rèn)為，它參與石油的形成。據(jù)報(bào)導(dǎo)，脫硫弧菌可合成14~25個(gè)碳的長(zhǎng)鏈脂肪族碳?xì)浠衔?。?2頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月煙氣脫硫利用城市消化污水作為廉價(jià)碳源進(jìn)行煙氣脫硫，采用含SRB絮體的連續(xù)攪拌反應(yīng)器（CSTR）和細(xì)胞固定化的柱型反應(yīng)器以增大菌液的濃度，CSTR中SO2

的轉(zhuǎn)化率為2.1mmol/(L·h)，在細(xì)胞固定化反應(yīng)器中分別考察了不同載體對(duì)亞硫酸鹽脫除率的影響，其中以抗毒性高、耐久性強(qiáng)、空隙大著稱的BIO-EPTM載體效果最好，亞硫酸鹽的最大轉(zhuǎn)化率可達(dá)到100%，為16.5mol/(L·h)。合成氣（36%H2、47%CO、10%CO2、5%CH4和N2，體積分?jǐn)?shù)）作為能量和碳源在滴流床反應(yīng)器中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，SO2的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到8.8mmol/(L·h)，轉(zhuǎn)化1molSO2

需用1.0molH2和1.2molCO。荷蘭的HTSE＆E公司和PAQUES公司開發(fā)的生物煙氣脫硫工藝已進(jìn)入實(shí)用階段，該工藝在荷蘭南部Geertruidenberg的600MW火力發(fā)電站建立了煙氣脫硫中試工廠。第13頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月其他低濃度SO2廢氣治理在某些金屬冶煉及硫酸生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量廢氣，其中含有少量SO2，不能達(dá)標(biāo)排放。荷蘭的THIOPAQ技術(shù)已經(jīng)得到工業(yè)化應(yīng)用并且通過(guò)美國(guó)環(huán)保署實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。第14頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月吸收塔內(nèi)噴灑循環(huán)堿液，二氧化硫與碳酸氫鈉反應(yīng)生成硫酸鈉在厭氧反應(yīng)器內(nèi)，亞硫酸根和硫酸根在SRB的作用下被還原為H2S厭氧反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的H2S一部分可以氣提循環(huán)脫除吸收液中的重金屬離子，剩下的在好氧反應(yīng)器內(nèi)被氧化為單質(zhì)S。金屬硫化物沉淀和單質(zhì)S或循環(huán)利用，或作為副產(chǎn)品出售。為防止循環(huán)堿液中積累的雜質(zhì)過(guò)多，采用部分排放維持平衡。該技術(shù)還可以用于沼氣、天然氣及煉廠氣脫硫。第15頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月含重金屬離子的廢水處理(1)因?yàn)橹亟饘匐x子的硫化物在水中的溶度積極小,所以在SO42-還原時(shí)產(chǎn)生的H2S與重金屬離子反應(yīng)生成固體硫化物沉淀而得以去除;(2)SRB還原SO42-時(shí)會(huì)產(chǎn)生堿度,使被處理的廢水pH值提高,而許多重金屬離子的氫氧化物溶解度很小,故有利于重金屬離子形成氫氧化物沉淀去除;(3)SRB代謝過(guò)程中分解有機(jī)物會(huì)生成CO2,部分重金屬可以轉(zhuǎn)化成不溶性的碳酸鹽而去除;(4)利用SRB菌體細(xì)胞的直接吸附作用,將重金屬離子吸附在胞外聚合物上同污泥一同沉淀,從而從水中去除;(5)SRB的新陳代謝過(guò)程可以通過(guò)主動(dòng)吸收、轉(zhuǎn)化并最終積存在細(xì)胞原生質(zhì)內(nèi),以此清除重金屬的毒害。微生物細(xì)胞對(duì)重金屬的毒害有一定限度的忍耐,超過(guò)某一限度可能會(huì)抑制SRB的生長(zhǎng)代謝。第16頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月酸性礦山廢水處理利用SRB法生物還原SO42-同時(shí)還能有效去除重金屬離子、降解有機(jī)物,可達(dá)到以廢治廢的效果。對(duì)SRB在處理酸性礦山廢水方面已有國(guó)內(nèi)外的許多研究報(bào)道。Maree等對(duì)金礦排水進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明有機(jī)碳中所含的難于生物降解的有機(jī)成分以及重金屬含量經(jīng)過(guò)SRB處理后可被大量去除。含硫酸鹽廢水經(jīng)過(guò)生物處理后,單質(zhì)S和堿度是最終產(chǎn)物，單質(zhì)S可用于工業(yè)，生成的堿度可循環(huán)到最初工藝。第17頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月處理含硫酸鹽的有機(jī)廢水Boshoff等以制革廠廢水為碳源,采用UASB和SRB兩種反應(yīng)器進(jìn)行了SO42-還原效果研究。實(shí)驗(yàn)中控制二反應(yīng)器進(jìn)水SO42-濃度均在1800mg/L,結(jié)果前者SO42-還原效率和COD去除速度分別為600mg/(d·L)、600~700mg/(d·L),后者SO42-還原效率COD去除速度分別為250mg/(d·L）、200~600mg/(d·L)。第18頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月未來(lái)所需研究工作SRB法處理廢水很有應(yīng)用價(jià)值,但由于生化反應(yīng)過(guò)程中影響因素多而復(fù)雜,在具體應(yīng)用于實(shí)際之前還需要做大量的研究工作。主要表現(xiàn)在:(1)尋找技術(shù)上可行,經(jīng)濟(jì)上價(jià)廉的碳源,同時(shí)保證反應(yīng)器處理后出水的COD不隨外加碳源而提高;(2)如何提高SRB在酸性環(huán)境中對(duì)SO42-的還原效率,如何消除還原產(chǎn)物H2S對(duì)其的影響;(3)廢水中重金屬離子種類的不同,對(duì)SRB等微生物的毒性和抑制作用也會(huì)不同,而且多種金屬離子的綜合作用和單一金屬離子的作用也會(huì)不一樣,所以有必要對(duì)此進(jìn)行全面研究;(4)如何刺激SRB生長(zhǎng)進(jìn)行廢水的原位生物修復(fù)處理。第19頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月謝謝！第20頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第21頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月重金屬對(duì)SRB的抑制順序?yàn)镃u>Cd>Ni>Zn>Cr>Pb。抑制SRB的金屬濃度分別為20mg/LCd、20mg/LCu、25mg/LZn、20mg/Lni、60mg/LCr和75mg/LPb及10mg/L的金屬混合液。此外硫酸鹽濃度較高時(shí)，Ca2+能沉積在污泥表面妨礙物質(zhì)交換，致使污泥完全喪失活性。故含高濃度硫酸鹽廢水處理中，Ca2+也能抑制SRB代謝作用。H2S濃度過(guò)高（16mmol/L）溫度：脫硫弧菌屬的最佳生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)化溫度為43攝氏度

磷酸鹽濃度：最適宜的碳磷比是C:P=400:1~800:1第22頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有研究表明:SRB可以在含氧量4.5mg/L的環(huán)境中生長(zhǎng),但環(huán)境中的含氧量達(dá)到9.0mg/L時(shí),則不能生長(zhǎng)。但總體來(lái)說(shuō),SRB屬于厭氧菌,適合其生長(zhǎng)的氧化還原電位(Eh)須低于-100mV。溫度小于30時(shí)活性受到抑制,溫度降至20時(shí)活性受到強(qiáng)烈抑制。在含硫酸鹽的廢水和各種菌種混合共生的復(fù)雜體系中,一般在35是硫酸鹽的還原率最大pH均會(huì)抑制SRB的生長(zhǎng)及代謝。pH對(duì)SRB代謝功能的影響主要表現(xiàn)在:pH引起細(xì)胞膜內(nèi)電荷的變化,進(jìn)而影響SRB對(duì)底物的吸收;影響SRB代謝過(guò)程中各種酶的活性和穩(wěn)定性,會(huì)改變底物的可給性與毒物的毒性;改變細(xì)胞內(nèi)的pH,影響ATP的合成和許多生化反應(yīng)的進(jìn)行。第23頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在汞的生物修復(fù)方面,脫硫弧菌能使汞轉(zhuǎn)化為硫化汞,使汞固定和轉(zhuǎn)化.根據(jù)這個(gè)性質(zhì)可以修復(fù)被汞污染的土壤、水體.但Bermanetal.(1990)指出,脫硫弧菌可將汞甲基化,鈷胺素參與這個(gè)過(guò)程.這就要對(duì)影響微生物甲基化的因素進(jìn)行討論,影響汞甲基化的因素主要有底物濃度、溫度、Ph、金屬離子濃度、氧化還原電位等.其中底物濃度是最重要的影響因子.據(jù)楊惠芳等人研究w(Hg)為0~100mg/kg范圍內(nèi)時(shí),形成甲基汞量隨汞離子濃度提高而增加,當(dāng)w(Hg)提高到500mg/kg時(shí),形成的甲基汞量降低.環(huán)境中的硫化物濃度高低是影響汞甲基化的