硫杆菌在重金属污染治理中的应用

硫杆菌在重金属污染治理中的应用摘要：作为环境质量的一项重要指标,重金属(Hg,Cd,Pb,Cr等)污染一直是世

界普遍存在的环境问题。由于重金属易通过食物链而生物富集,构成了对生物和人体健康的严重威胁。所以如何治理重金属污染成为当今一大问题。本文将讲述硫杆菌在重金属污染治理中的应用。

关键词：硫杆菌；重金属；应用

前言

随着人们生活水平的提高,生态平衡和环境保护日趋受到重视,环保产业的世界市场价值目前已超2800亿美元,预计到2010年将达6400亿美元。作为环境质量的一项重要指标,重金属(Hg ,Cd ,Pb ,Cr 等)污染一直是世界普遍存在的环境问题。由于重金属易通过食物链而生物富集,构成了对生物和人体健康的严重威胁。重金属的主要污染源有工业废水、垃圾填埋、采矿、冶炼、煤燃烧、电镀、精细化学和放射性核素等。现行的重金属工业治理技术,主要是采用物理化学方法,包括吸附、离子交换、膜和化学沉淀以及溶剂提取等,虽能达到一定的效果,但大多投资和运行费用较高且有的操作复杂而难以推广,对于大流域低浓度有害的重金属污染,更是难以处理。

目前，研究表明可以用来进行滤除污水污泥及河流沉积物中重金属的硫杆菌属细菌有许多种，如氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌嗜酸硫杆菌、排硫硫杆菌、脱氮硫杆菌等。其中，应用较广泛的是氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌。

1.氧化亚铁硫杆菌的形态与特点

对于氧化亚铁硫杆菌的研究始于20世纪50年代初,它是由Hinkle和Colmer 于1947年首次从酸性坑矿水中分离出来的。此后Temple,Leat hen等对这种细菌进行了更进一步的研究。氧化亚铁硫杆菌，简称T.f菌。是硫杆菌属的主要菌种。此菌是一种化能自养,革兰氏阴性,棒状细菌,尺寸为(013～018)μm ×(019～2)μm。该类细菌是通过一极生鞭毛来完成游动的。

氧化亚铁硫杆菌是专性化能无机营养生物,它利用无机化合物如S0,硫代硫酸根离子,亚铁,二氢化物或硫化矿物作为生长基质。其唯一的碳源是二氧化碳。除无机铵盐外,氧化亚铁硫杆菌可以固定大气中的氮来满足其对氮的需要,广泛分布于高铁含量的酸性水中,黄铁矿砂和白铁矿砂的土壤中,含沥青的煤矿排水中。适宜生长的pH范围为1.0～6.0,最佳pH 为2～2.5。适宜生长的温度范围为2～40℃,最佳温度为28～35 ℃。

氧化亚铁硫杆菌体内有一种特定的酶,通过此酶的催化作用, Fe2 +可以被迅速的氧化成Fe3+,其氧化速度要比同样条件下采用空气氧化Fe2+的氧化速度快200,000倍,氧化硫化物的速度快100～1000倍。氧化亚铁硫杆菌在利用硫作为基质生长代谢的同时会产生大量的酸,使得体系的pH值下降。科学家们基于对氧化亚铁硫杆菌的这些特点的了解,将其广泛的应用于各种行业。

2.硫杆菌滤除污水污泥及河流沉积物中重金属

氧化硫硫杆菌滤除污水污泥及河流沉积物中的重金属的基本原理：

直接作用：氧化硫硫杆菌通过其分泌的胞外多聚物直接吸附在污泥中金属硫化物表面，通过细胞内特有的氧化酶系统直接氧化金属硫化物，生成可溶性硫酸盐。

间接作用：氧化硫硫杆菌利用元素硫做为底物，进行生物氧化获得能量，产生H2SO4，然后在H2SO4的作用下，生成可溶性硫酸盐。

3.含重金属污泥的处理

在我国,由于经济,技术等原因,污泥的主要出路是农用,填埋,焚烧,湿式氧化,建材等方面。从经济和废物资源化角度考虑,污泥农业利用被认为是最可行的污泥处置方法,但污泥中常含有较多的重金属,若在农田施用会导致土壤中重金属积累,使农作物遭受污染,最后通过食物链进入人体,因此污泥在农用前必须去除或降低重金属含量。人们对氯化,螯合,酸化,生物沥滤等各种方法去除污泥中的重金属进行了研究。其中,生物沥滤法因其成本低廉,沥滤效果好,操作简单,工程化可能性大而备受瞩目。

利用嗜酸微生物特别是硫杆菌溶解去除污泥中重金属是近10年来才兴起的一种非常有前景的净化污泥的新技术。重金属去除的基本原理是,通过特殊细菌的生物氧化作用及其产生的低pH环境,使难溶的重金属溶解于液相中,再通过固液分离将含有重金属的液相去除。

Gomez ,Consuelo ,Bo secker ,Klaus等人利用氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌初步对污泥当中的重金属进行淋滤,并将两种细菌的淋滤结果进行了对比,结果表明,前者的淋滤效果要好于后者的效果。国外很多学者对利用污泥当中的硫细菌对厌氧消化污泥进行生物沥滤进行了较为详细的研究,并对其沥滤产物的农用效果进行了考察,结果显示,由于沥滤过程中酸的产生使得污泥当中大肠杆菌,链球菌等细菌数量大大减少,氮磷含量也有所提高,污泥农用更为安全可靠。国内部分学者较为详细地介绍了生物淋滤法的作用机理及高效去除污泥中重金属的操作程序,并对其在环境污染治理方面的应用前景作了分析,并且通过驯化分离和加富培养源自污泥自身的氧化亚铁硫杆菌,初步研究了其对污泥中重金属生物淋滤的效果,结果表明,Cu、Zn、Cd、Cr、Ni和Pb的去除率分别达70%、80%、50%、35%、70%和25%以上。国内周顺桂等学者从污泥中分离出氧化亚铁硫杆菌菌株,并利用该菌株进行污泥生物淋滤,发现可有效溶出污水污泥中重金属,Cr、Cu、Zn的最高去除率可分别达到80%、100%和100%。

结论

硫杆菌在生物浸矿技术中已经有了广泛应用。但是利用其基本原理在去除污泥、土壤中重金属的应用以及其在植物修复重金属污染土壤方面的应用的研究时间较短，许多问题还需要进一步探索。这项任务不是一朝一夕可以完成的，必须通过不断地实验和探索。但由于利用硫杆菌和元素硫的运行成本低、实用性强，因此这一方法仍是修复沉积物和土壤中重金属污染的有效方法之一。

参考文献：

[1]朱南文,蔡春光,吴至超,等. 污泥中重金属的生物沥滤及其机理分析[J] .

上海交通大学学报,2003,37(5):801-804.

[2]周立祥,方迪,周顺桂,等. 利用嗜酸性硫杆菌去除制革污泥中铬的研究[J] . 环境科学,2004,25(1):61-65.

[3]张玲,曾春水. 细菌在净化废水方面的应用[J].铜业工程,2000,2 ,39-40.

[4]周立祥,方迪,周顺桂,等. 利用嗜酸性硫杆菌去除制革污泥中铬的研究[J] . 环境科学,2004,25(1):61-65.

[23 ]张苏文,叶华. 细菌在矿山酸性废水处理中的应用[J].国外金属矿选矿,2000,11,19-22.