硫酸盐还原菌的生长因子分析及脱硫性能研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2023-0160

摘要/Abstract

摘要：

硫酸盐还原菌（SRB）是一类利用有机物还原SO₄ ^2-产生硫化物的细菌。SRB可用于处理含SO₄ ^2-废水，但是脱硫效果受温度、环境pH、S^2-质量浓度、m（COD）/m（SO₄ ^2-）等因素限制。基于此，本研究采用批量实验，综合分析温度、环境pH、S^2-质量浓度和m（COD）/m（SO₄ ^2-）这4个影响因素对SRB生长的影响，并探究SRB在不同环境下的脱硫性能。结果表明：培养14~86 h时，SRB处于对数期，此时其活性最高；SRB的最佳生长温度为35 ℃；体系中的S^2-会影响SRB生长，当S^2-质量浓度增加时，不仅会抑制SRB的代谢活性，甚至可导致SRB细胞凋亡；SRB能在环境pH为5~8的条件下存活，当pH为7~8时，SRB的代谢最旺盛；最适宜SRB生长的m（COD）/m（SO₄ ^2-）为2。在最佳条件，即温度35 ℃、pH=7、m（COD）/m（SO₄ ^2-）=2条件下，采用Starkey培养基培养处于对数期的SRB 8 d后，溶液OD₆₀₀、pH、ORP、电导率（EC）、SO₄ ^2-去除率分别为1.33、8.78、-393 mV、2.90 mS/cm、84.77%。

关键词: 硫酸盐还原菌, 酸性矿山废水, 生长因子, 脱硫性能

Abstract:

Sulfate-reducing bacteria （SRB） was a class of bacteria that use organic matter to reduce SO₄ ^2- to produce sulfides. SRB can be used to treat wastewater containing SO₄ ^2-，but the desulfurization effect is limited by temperature，environmental pH，S^2- concentration，m（COD）/m（SO₄ ^2-） and other factors. Based on this，this study used batch experiments to comprehensively analyze the effects of temperature，environmental pH，S^2- mass concentration and m（COD）/m（SO₄ ^2-） on the growth of SRB，and explored the desulfurization performance of SRB in different environments. The results showed that SRB was in the logarithmic phase when cultured for 14-86 h，and the activity was the highest. The optimum growth temperature of SRB was 35 ℃. The S^2-in the system would affect the growth of SRB. When the mass concentration of S^2- increased，it would not only inhibit the metabolic activity of SRB，but also lead to apoptosis of SRB cells. SRB could survive under the condition of pH 5-8. When the pH of the environment was 7-8，the metabolism of SRB was the most vigorous. The optimum m（COD）/m（SO₄ ^2-） for SRB growth was 2. Under the optimal conditions of temperature 35 ℃，pH=7，and m（COD）/m（SO₄ ^2-）=2，SRB in logarithmic phase was cultured on Starkey medium for 8 days，the OD₆₀₀，pH，ORP，EC，and SO₄ ^2- removal rates of the solution were 1.33，8.78，-393 mV，2.90 mS/cm，and 84.77%，respectively.

Key words: sulfate reducing bacteria, acid mine drainage, growth factors, desulfurization performance

中图分类号:

X703

周天然, 狄军贞. 硫酸盐还原菌的生长因子分析及脱硫性能研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(3): 120-126.

Tianran ZHOU, Junzhen DI. Growth factor analysis and desulfurization performance of sulfate-reducing bacteria[J]. Industrial Water Treatment, 2024, 44(3): 120-126.

https://www.iwt.cn/CN/Y2024/V44/I3/120

图/表 5

图1 SRB的生长曲线

Fig.1 Growth curve of SRB

图2 温度对SRB生长的影响

Fig.2 Effect of temperature on the growth of SRB

图3 S^2-质量浓度对SRB生长的影响

Fig.3 Effect of S^2- mass concentration on the growth of SRB

图4 初始pH对SRB生长的影响

Fig.4 Effect of initial pH on SRB growth

图5 m（COD）/m（SO₄ ^2-）对SRB生长的影响

Fig.5 Effect of m（COD）/m（SO₄ ^2-） on SRB growth

参考文献 29

1	PRATINTHONG N， SANGCHAN S， CHIMUPALA Y，et al. Sulfate removal from lignite coal mine drainage in Thailand using ettringite precipitation［J］. Chemosphere，2021，285：131357. doi:10.1016/j.chemosphere.2021.131357
2	GE Fei， LI Mengmeng， YE Hui，et al. Effective removal of heavy metal ions Cd²⁺，Zn²⁺，Pb²⁺，Cu²⁺ from aqueous solution by polymer-modified magnetic nanoparticles［J］. Journal of Hazardous Materials，2012，211/212：366-372. doi:10.1016/j.jhazmat.2011.12.013
3	DONG Yanrong， DI Junzhen， YANG Zhenhua，et al. Study on the effectiveness of sulfate-reducing bacteria combined with coal gangue in repairing acid mine drainage containing Fe and Mn［J］. Energies，2020，13（4）：995. doi:10.3390/en13040995
4	辛在军，王玺洋，李亮，等. 固定化 SRB 包埋颗粒组分优选及对硫酸根废水去除效果［J］. 工业水处理，2024，44（3）：112-119.
	XIN Zaijun， WANG Xiyang， LI Liang，et al. Components optimization of immobilized SRB-embeded particles and the removal effect on sulfate radical wastewater［J］. Industrial Water Treatment，2024，44（3）：112-119.
5	王彦然，唐永帆，肖杰. 硫酸盐还原菌浓度检测和腐蚀活性监测方法研究进展［J］. 工业水处理，2023，43（12）：58-65.
	WANG Yanran， TANG Yongfan， XIAO Jie. Research Progress on methods of concentration detection and corrosive activity monitoring of sulfate-reducing bacteria［J］. Industrial Water Treatment，2023，43（12）：58-65.
6	SAHINKAYA E， GUNGOR M. Comparison of sulfidogenic up-flow and down-flow fluidized-bed reactors for the biotreatment of acidic metal-containing wastewater［J］. Bioresource Technology，2010，101（24）：9508-9514. doi:10.1016/j.biortech.2010.07.113
7	MUHAMMAD S N， KUSIN F M， MADZIN Z. Coupled physicochemical and bacterial reduction mechanisms for passive remediation of sulfate- and metal-rich acid mine drainage［J］. International Journal of Environmental Science and Technology，2018，15（11）：2325-2336. doi:10.1007/s13762-017-1594-6
8	MIAO Zhenyong， HE Huan， TAN Tian，et al. Biotreatment of Mn²⁺ and Pb²⁺ with sulfate-reducing bacterium Desulfuromonas alkenivorans S-7［J］. Journal of Environmental Engineering，2018，144（3）：4017116. doi:10.1061/(asce)ee.1943-7870.0001330
9	TORBAGHAN M E， KHALILI TORGHABEH G H. Biological removal of iron and sulfate from synthetic wastewater of cotton delinting factory by using halophilic sulfate-reducing bacteria［J］. Heliyon，2019，5（12）：e02948. doi:10.1016/j.heliyon.2019.e02948
10	LE PAPE P， BATTAGLIA-BRUNET F， PARMENTIER M，et al. Complete removal of arsenic and zinc from a heavily contaminated acid mine drainage via an indigenous SRB consortium［J］. Journal of Hazardous Materials，2017，321：764-772. doi:10.1016/j.jhazmat.2016.09.060
11	KUSHKEVYCH I， DORDEVIĆ D， VÍTĚZOVÁ M. Analysis of pH dose-dependent growth of sulfate-reducing bacteria［J］. Open Medicine，2019，14（1）：66-74. doi:10.1515/med-2019-0010
12	CISSE S. Use of biopolymer entrapped sulfate reducing bacteria and metal nanoparticles for effective aqueous sulfate removal［D］. Fargo，ND，USA：North Dakota State University，2013.
13	LIU Deng， FAN Qigao， PAPINEAU D，et al. Precipitation of protodolomite facilitated by sulfate-reducing bacteria：The role of capsule extracellular polymeric substances［J］. Chemical Geology，2020，533：119415. doi:10.1016/j.chemgeo.2019.119415
14	任南琪，王爱杰，甄卫东. 厌氧处理构筑物中SRB的生态学［J］. 哈尔滨建筑大学学报，2001（1）：39-44.
	REN Nanqi， WANG Aijie， ZHEN Weidong. Ecology of SRB in anaerobic bio-treatment reactor［J］. Journal of Harbin University of Civil Engineering and Architecture，2001（1）：39-44.
15	VOSSOUGHI M， SHAKERI M， ALEMZADEH I. Performance of anaerobic baffled reactor treating synthetic wastewater influenced by decreasing COD/SO₄ ^2- ratios［J］. Chemical Engineering and Processing：Process Intensification，2003，42（10）：811-816. doi:10.1016/S0255-2701(02)00107-1
16	胡浩鸣. 一株硫酸盐还原菌的分离鉴定及在酸性废水处理中的应用［D］. 抚州：东华理工大学，2022.
	HU Haoming. Isolation and identification of a sulfate-reducing bacterium and its application in acid wastewater treatment［D］. Fuzhou：East China Institute of Technology，2022.
17	张琳琳. 一株硫酸盐还原菌的分离与生长特性及处理酸法地浸废水效果研究［D］. 抚州：东华理工大学，2022.
	ZHANG Linlin. Isolation and growth characteristics of a sulfate-reducing bacterium and its treatment effect on acid leaching wastewater［D］. Fuzhou：East China Institute of Technology，2022.
18	BAUMGARTNER L K， REID R P， DUPRAZ C，et al. Sulfate reducing bacteria in microbial mats：Changing paradigms，new discoveries［J］. Sedimentary Geology，2006，185（3/4）：131-145. doi:10.1016/j.sedgeo.2005.12.008
19	HWANG T， NECULITA C M， HAN J I. Biosulfides precipitation in weathered tailings amended with food waste-based compost and zeolite［J］. Journal of Environmental Quality，2012，41（6）：1857-1864. doi:10.2134/jeq2011.0462
20	NEUFELD R D， ROPELEWSKI L， ACHESON M. Sewage as a mixed organic substrate for desulfurization bacteria［J］. Proceedings of the Water Environment Federation，2012，2012（17）：265-274. doi:10.2175/193864712811740611
21	赵莹. 硫酸盐还原菌的分离及金属离子去除机理的研究［D］. 长春：吉林大学，2016.
	ZHAO Ying. Isolation of sulfate-reducing bacteria and study on metal ion removal mechanism［D］. Changchun：Jilin University，2016.
22	谢柄柯，张玉，王晓伟，等. 菌株Desulfovibrio sp. CMX的DNRA性能和影响因素［J］. 环境科学，2016，37（10）：3955-3962.
	XIE Bingke， ZHANG Yu， WANG Xiaowei，et al. Performance and influencing factors of dissimilatory nitrate reduction to ammonium process by the strain Desulfovibrio sp. CMX［J］. Environmental Science，2016，37（10）：3955-3962.
23	徐鑫. 硫酸盐还原菌协同降解丙酸效果研究［D］. 上海：华东理工大学，2015.
	XU Xin. Synergistic degradation of propionic acid by sulfate reducing bacteria［D］. Shanghai：East China University of Science and Technology，2015.
24	KUSHKEVYCH I， DORDEVIĆ D， VÍTĚZOVÁ M. Toxicity of hydrogen sulfide toward sulfate-reducing bacteria Desulfovibrio piger Vib-7［J］. Archives of Microbiology，2019，201（3）：389-397. doi:10.1007/s00203-019-01625-z
25	KIKOT P， VIERA M， MIGNONE C，et al. Study of the effect of pH and dissolved heavy metals on the growth of sulfate-reducing bacteria by a fractional factorial design［J］. Hydrometallurgy，2010，104（3/4）：494-500. doi:10.1016/j.hydromet.2010.02.026
26	HAO Tianwei， XIANG Pengyu， MACKEY H R，et al. A review of biological sulfate conversions in wastewater treatment［J］. Water Research，2014，65：1-21. doi:10.1016/j.watres.2014.06.043
27	LIU Zhuxiang， LI Lihua， LI Zhaoyang，et al. Removal of sulfate and heavy metals by sulfate-reducing bacteria in an expanded granular sludge bed reactor［J］. Environmental Technology，2018，39（14）：1814-1822. doi:10.1080/09593330.2017.1340347
28	白鹤. 硫酸盐还原菌生物膜生长和传质过程的研究［D］. 天津：天津大学，2014.
	BAI He. Study on biofilm growth and mass transfer process of sulfate reducing bacteria［D］. Tianjin：Tianjin University，2014.
29	祝传静，田森林，黄建洪，等. 以氢气为电子供体的硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水［J］. 化工进展，2020，39（2）：747-754.
	ZHU Chuanjing， TIAN Senlin， HUANG Jianhong，et al. Treatment of acid mine wastewater treated by sulfate reducing bacteria with hydrogen as electron donor［J］. Chemical Industry and Engineering Progress，2020，39（2）：747-754.

[1]	谭东东, 聂光华, 邓强. 预氧化酸性矿山废水制备硫酸亚铁镁[J]. 工业水处理, 2025, 45(1): 146-152.
[2]	孙红宇, 钟立国, 朱宇, 张志龙, 左丽娜, 朱健健, 周阳阳. 聚驱注采系统硫化物与SRB和SO₄ ^2-间相关性研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(9): 58-66.
[3]	辛在军, 王玺洋, 李亮, 李娅, 邓觅, 姚忠. 固定化SRB包埋颗粒组分优选及处理含SO₄ ^2-废水效果研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(3): 112-119.
[4]	王陈, 王进, 贺笑, 揣新, 王绍平, 岳正波. 固定化耐酸曲霉对Pb²⁺的去除及机理研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(3): 127-132.
[5]	王彦然, 唐永帆, 肖杰. 硫酸盐还原菌浓度检测和腐蚀活性监测方法研究进展[J]. 工业水处理, 2023, 43(12): 58-65.
[6]	刘力源, 沈旭, 王璐, 樊笑, 谢鸿观. 硫酸盐还原菌在废水处理领域发展态势分析[J]. 工业水处理, 2022, 42(7): 33-43.
[7]	狄军贞, 杨瑞琪, 董艳荣, 鲍斯航, 王显军. 改性褐煤对酸性矿山废水中Cr（Ⅵ）的吸附性能研究[J]. 工业水处理, 2022, 42(5): 103-109.
[8]	杨磊,曹端宁,王叶雷,张硕,鹿存房. 转炉钢渣处理酸性矿山废水的研究进展[J]. 工业水处理, 2022, 42(3): 41-46.
[9]	蔡晓阳,张艳萍,焦凡凡,张丽媛. SRB的分离筛选及其去除废水中硫酸盐的响应面优化[J]. 工业水处理, 2020, 40(5): 100-105.
[10]	刘春平,韩霞. 含CO₂油田采出水中S^2-对碳钢腐蚀行为的影响[J]. 工业水处理, 2019, 39(5): 57-60.
[11]	邵享文, 张婷婷, 艾翠玲, 许俊鸽. 油田回注水中次氯酸钠除硫杀菌研究[J]. 工业水处理, 2019, 39(4): 86-88.
[12]	狄军贞,徐赫,赵文琦,姜国亮,郭俊杰,刘佳伟,林鑫. 生物麦饭石颗粒生物活性分析及处理含铬废水实验[J]. 工业水处理, 2019, 39(12): 33-36.
[13]	郭旭颖, 里莹, 董艳荣, 狄军贞, 邢经纬. SRB协同自燃煤矸石处理含Fe²⁺、Mn²⁺煤矿废水研究[J]. 工业水处理, 2018, 38(6): 22-26.
[14]	肖利萍, 宋佳诺, 王睿键, 栾雪菲, 刘喆. 膨润土-钢渣颗粒对含Mn²⁺酸性矿山废水的去除[J]. 工业水处理, 2018, 38(5): 46-49.
[15]	安文博, 王来贵, 狄军贞, 李喜林, 刘向峰. 响应曲面法优化SRB固定化颗粒基质中铁屑配比[J]. 工业水处理, 2018, 38(10): 37-41.

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