硫酸盐还原菌和酸性矿山废水的生物处理

第1卷第5期2000年10月环境污染治理技术与设备TechniquesandEquipmentforEnvironmentalPollutionControlVol.1,No.5Oct.,2000硫酸盐还原菌和酸性矿山废水的生物处理李亚新苏冰琴(山西省太原理工大学,太原030024)摘要本文论述了硫酸盐还原菌的代谢和所需要的碳源以及硫酸盐还原的影响因素和生物处理酸性矿山废水的研究进展。关键词:硫酸盐还原菌酸性矿山废水硫酸盐还原生物处理硫酸盐一、引言酸性矿山废水的污染是一个全球性问题[1~2]。自40年代以来,国外对酸性矿山废水的成因和防治进行了大量的研究。从70年代开始,我国也积极采用各种方法对矿井酸性废水进行治理。目前国内外采用的方法主要有使用石灰石或石灰作中和剂的中和法,也有采用湿地法进行处理。虽然目前中和法处理酸性矿山废水在工程应用上有了很大改进,但是中和法产生的巨量固体废弃物硫酸钙难以处置,引起严重的二次污染。湿地法处理酸性矿山废水是近年来研究的一项新技术,具有投资少,运行费用低,易于管理等优点;但是,湿地法占地面积大,处理受环境影响很大,而且对H2S的处理也不彻底,残余H2S从土壤中逸出进入大气,污染环境。而且湿地法还需要一定的自然条件。因此,湿地法在应用上受到了限制。微生物法处理酸性矿山废水就是利用硫酸盐还原菌(Sulfate-Re-ducingBacteria,SRB)通过异化硫酸盐的生物还原反应,将硫酸盐还原为H2S,并利用某些微生物将H2S氧化为单质硫[3]。由于利用硫酸性还原菌的微生物法处理酸性矿山废水费用低,适用性强,无二次污染,还可以回收重要的物质单质硫,因此受到环境工作者的广泛关注,成为酸性矿山废水处理技术研究的前沿课题。二、硫酸盐还原菌硫酸盐还原菌(SRB)是一组进行硫酸盐还原代谢反应的有关细菌的通称。根据不同的生理生化特性,它们可以分为异化硫酸盐还原细菌和异化硫还原细菌(/异化0的意思是指还原的硫酸盐组分并未同化为细菌的细胞组分,而是作为产物释放)。前者可以利用乳酸盐、丙酮酸盐、乙醇等作为碳源和能源,还原硫酸盐生成硫化物;后者则不能还原硫酸盐,只能还原元素硫或其它含硫化合物(如亚硫酸盐、硫代硫酸盐)。一般的研究多限于异化硫酸盐还原菌。SRB是一类形态、营养多样化的微生物。SRB利用硫酸盐作为有机物异化作用的电子受体,是革兰氏阴性的严格厌氧菌。通过许多研究者的研究和成功地分离,对SRB进行了属、种分类[4]。Bergey细菌分类手册第一卷中,Widdol和Perning按SRB对有机物利用性能不同,将其归属为8个属[5]:Desulfovibrio;Desulfomonas;Desulfobulbus;Desulfotomaculum;DesulfococcusDesulfobacter;Desulfosarcina;Desulfonema。上述SRB的8个属种中,其中Desulfococcus等4属能将脂肪酸等彻底氧化为CO2,属海洋中的SRB;其他4属均属淡水中存在的SRB,大多数不完全氧化而形成HAc作为终产物,仅Desulfotomaculum(此菌往往存在于动物粪便中,由于污染而存在于淡水中)和Desulfovibriobaarsii能以HAc作为电子供体,将HAc彻底氧化为CO2,SO42-还原为H2S。根据SRB生长对温度的要求,可将其分为中温菌和嗜热菌两类。虽然这两种菌属不能完全相互转化,但有机体对温度和盐度具有较高的适应力。一般来说,氧抑制SRB生长,与普通的土壤或水体中的微生物如假单胞菌相比,SRB生长速率相当缓慢,但是它们也有极强的生存能力,且分布广泛。11SRB的代谢机理一般好氧细菌的新陈代谢能够分为合成代谢和分解代谢,但关于SRB的合成代谢几乎一无所知,对其分解代谢已有人作了不少研究[6],可以简单地将SRB的代谢过程分为3个阶段:分解代谢、电子传递、氧化,如图1所示。图1SRB的分解代谢过程碳源消耗ATP242-SO+HO2--S+OH电子传递氧化223CO+HO+CHCOOH分解代谢3黄素蛋白细胞色素C等产物ATP高能电子在分解代谢的第一阶段,有机物碳源的降解是在厌氧状态下进行的,同时通过/基质水平磷酸化0产生少量ATP;第二阶段中,前一阶段释放的高能电子通过SRB中特有的电子传递链(如黄素蛋白、细胞色素C等)逐级传递,产生大量的ATP。在最后阶段中,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ATP提供能量。从这一过程可以看出,有机物不仅是SRB的碳源,也是其能源,硫酸盐(或氧化态的硫元素)仅作为最终电子受体起作用。即SRB利用SO42-作为最终电子受体,将有机物作为细胞合成的碳源和电子供体,同时将SO42-还原为硫化物[15]。21SRB所利用的基