复合硫杆菌对污泥重金属生物淋滤机制的影响

　　污泥是重要的环境污染物，其性质复杂、毒害性持久，污泥中的重金属处理更是环境污染控制领域的重要课题[12]。传统的污泥消化、浓缩、脱水工艺并不能有效去除其中的重金属。近年来新开发的针对重金属去除的技术主要有：化学法（离子交换、氯化、化学淋滤、电化学等），物理法（超临界流体萃取、动电技术、微波法、吸附法）。以上方法存在着成本较高、去除率有限、伴生二次毒性物、存在安全隐患等问题。生物法也可用于污泥重金属去除。一般用于污泥重金属处理的生物法包括生物淋滤法以及植物提取法等。污泥生物淋滤法[36]是利用弱嗜酸菌硫杆菌、嗜酸硫杆菌（T.t、T.f）以及部分异养菌的生物化学代谢过程[79]，使污泥中重金属由难溶态逐渐转化成为易溶态，达到去除污泥中重金属的目的。生物淋滤法具有适用面广、去除率较高、操作条件简单、添加基质廉价易得、反应温和、耗酸量少、可与污水厂原有污泥消化工艺同步实施等优点。近年来对污泥生物淋滤技术的研究虽然较多[1014]，但对其淋滤机制的研究成果较少，尤其是对Cd、Ni、Cr、Pb淋滤机制的研究更少。这种对污泥生物淋滤机理研究的欠缺严重制约了污泥淋滤技术的发展。在污泥生物淋滤机理研究领域，重金属化学形态在淋滤过程中的转化关系研究是一个核心问题[15]。借助重金属化学形态转化规律，可以间接推断污泥重金属生物淋滤的转化机制。基于这一思路，本文对多种重金属元素的生物淋滤机制进行了系统研究，以期找到污泥生物淋滤过程中常见重金属元素的普遍规律，进而为提高重金属淋滤效率提供生物化学理论依据，促进对污泥生物淋滤机制的理解。
　　张弛，等：复合硫杆菌对污泥重金属生物淋滤机制的影响
　　1材料和方法
　　1.1污泥样品
　　研究所用污泥取自太原市河西中北部污水处理厂的浓缩污泥，以及冶峪化工厂污水站的浓缩污泥，将二者混合作为本试验用原始污泥。污泥重金属含量的测定采用王水高氯酸氢氟酸消解原子吸收分光光度法，此方法是近年来对污泥生物淋滤的研究者通用的方法，其测定结果可靠度较好。经测定，试验用污泥的基本性质见表1。
　　1.2试验用菌种
　　试验菌种的主体是复合硫杆菌，其组成为氧化硫硫杆菌（Thiobacillusthiooxidans，简称T.t）与氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillusferrooxidans，简称T.f）混合菌液，试验所用的氧化硫硫杆菌与氧化亚铁硫杆菌，是在新鲜浓缩污泥中添加硫粉底物进行预培养，再经过重复接种加富培养获得的，试验时采用体积比2%T.t+20%T.f的接种量。另外配合加入课题组开发的MT基因工程菌（pGEXZjMTB）接种液作为对硫杆菌淋滤的促进菌种（3%接种量）。试验所用的MT基因工程菌是采用金属硫蛋白基因工程菌（pGEXZjMTB）为基本菌液，经过耐酸性驯化后，得到耐酸型MT基因工程菌，作为对硫杆菌淋滤过程的协作菌种。
　　1.3污泥生物淋滤去除率及pH变化规律试验
　　为了考察所用技术在处理实际污泥时的效果，试验过程未采用灭菌处理，但设置了空白对照组以对比未添加混合菌时的处理效果。通过试验对"空白对照组"与"添加混合菌组"分别对重金属的去除率进行了对比。空白对照组的试验条件为：不添加混合菌，也不添加菌群生长所需的底物。试验在同等条件下重复3次，取3次试验结果的平均值。
　　pH变化情况是影响污泥生物淋滤效果以及重金属形态的重要因素之一，研究对接种混合菌与未接种混合菌（空白对照组）条件下污泥淋滤体系的pH值随时间的变化情况进行了试验。空白对照组的试验条件为：不添加混合菌，也不添加菌群生长所需的底物。
　　1.4污泥淋滤中重金属形态转化规律试验