Bioleaching of spent Ni-Cd batteries and phylogenetic analysis of an acidophilic strain in acidified sludge

Biohydrometallurgy is a novel method to recycle discarded batteries, in which sewage sludge is used as microorganisms and culture due to the presence of indigenous Thiobacilli. A two-step continuous flow leaching system consisting of an acidifying reactor and a leaching reactor was introduced to achieve the bioleaching of spent nickel-cadmium (Ni-Cd) batteries. The acid supernatant produced in the acidifying reactor by the microorganisms with ferrous ions as the substrate was conducted into the leaching reactor to dissolve electrode materials. The efficiency of a batch treatment of batteries was examined. The results showed that the complete dissolution of two AA-sized Ni-Cd batteries with 0.6 L/d acid supernatant took about 30, 20, and 35 days for Ni, Cd, and Co, respectively. But the dissolution ability of the three metals was different. Cd and Co can be leached mostly for pH below 4.0 while the complete dissolution of Ni can be achieved for pH below 2.5. Meanwhile, a strain (named Thiooxidans. WL) accounting for the reduction of pH in the acidified sludge was isolated and sequenced. It was identified to be 100% similar to Acidithiobacillus ferrooxidans strain Tf-49 based on 16S rDNA sequence analysis. The relevant phylogenetic tree constructed indicates that the strain should be classified into genus Acidithiobacillus ferrooxidans.     

嗜酸氧化亚铁硫杆菌对煤炭脱硫影响的研究

嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)广泛应用于湿法冶金和煤炭脱硫。不同的实验条件对煤炭脱硫效率的影响很大。以QXS菌株为实验对象,分别考查了处理时间、初始pH、煤样粒度、煤浆质量分数等因素对煤炭脱硫效率的影响,结果表明:处理时间达到10d后,全硫脱除率达到65%且不再继续增加;初始pH的影响符合钟罩形曲线,最佳pH条件为2.0左右;伴随煤样粒度和煤浆质量分数的增加,脱硫的效果均呈现减弱趋势。此外,对具有不同Fe2 氧化能力的菌株的脱硫能力进行了对比分析,结果表明它们的脱硫效率与Fe2 氧化能力呈正相关。采用QXS菌株,煤浆质量分数为20%,煤样粒度为200目(<0.074mm),初始pH为2.0,温度30℃,摇床转速为175r/min,接种量为1010～1011·g-1时,10d后煤炭的全硫脱除效率可达65.1%。     

抗砷载体的构建及在氧化亚铁硫杆菌中的表达

利用ＤＮＡ体外重组技术，将抗砷质粒ｐＵＭ３经ＨｉｎｄⅢ酶切后得到的４．３ｋｂ抗砷片段克隆到有广泛寄主的ＩｎｃＱ质粒ｐＪＲＤ２１５的ＨｉｎｄⅢ位点上，构建了一个新的抗砷质粒ｐＳＤＸ３。砷抗性研究表明，在大肠杆菌中，ｐＳＤＸ３的抗砷水平与ｐＵＭ３相近。将ｐＳＤＸ３通过接合的方式引入氧化亚铁硫杆菌Ｔｆ－５９中并得到了表达，与对照相比，含质粒ｐＳＤＸ３的Ｔｆ－５９抗砷水平有了很大的提高。     

NH4+对次生铁矿物形成及重金属去除的影响

研究了初始pH值、Fe²⁺浓度、Fe/NH₄⁺物质的量比对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌（A.ferrooxidans）体系中Fe²⁺氧化率、总Fe沉淀率、次生铁矿物矿相的影响,并比较矿物对AMD中Cr（VI）、As（Ⅲ）的去除效果.结果表明,当NH₄⁺浓度在A.ferrooxidans耐受范围内时,Fe²⁺氧化及总Fe沉淀去除效果不受影响,表现在160,80,20mmol/L的Fe²⁺分别在72,48,24h内被完全氧化,培养至终点时（96h）平均总Fe沉淀率分别为24.03%,19.46%,8.13%.在Fe²⁺=160mmol/L体系中,Fe/NH₄⁺=2.0、pH=2.6处理获得纯净施氏矿物;而当Fe/NH₄⁺≤1.0、pH≤2.3时,次生铁矿物的合成途径开始向黄铵铁矾转移.Fe/NH₄⁺=2.0的各酸性体系合成矿物对Cr（VI）、As（Ⅲ）去除能力存在显著差异,依次为pH=2.6 > pH=2.3 > pH=2.0.分析表明,次生铁矿物的表观结构和比表面积是影响有毒元素去除效果的主要原因.     

氧化亚铁硫杆菌密度与营养供给对硫铁矿生物氧化的影响

探究硫铁矿生物氧化过程的影响因素有利于揭示酸性矿山废水形成规律.本研究采用摇瓶试验,探究了氧化亚铁硫杆菌Acidithiobacillus ferrooxidans LX5(A.ferrooxidans LX5)密度对硫铁矿生物氧化的影响.同时,在菌密度为1.40×107cells·m L-1的环境中,研究了微生物营养(无铁改进型9K液体培养基)供给对硫铁矿生物氧化的影响.结果表明,A.ferrooxidans LX5及其营养成分的引入显著加速了硫铁矿生物氧化体系H+的释放,0.70×107~2.10×107cells·m L-1A.ferrooxidans LX5的引入,可使得H+释放量较无菌对照提高1.51~3.31倍.半量浓度和全量浓度无铁改进型9K液体培养基的加入,可使菌密度为1.40×107cells·m L-1硫铁矿氧化体系的H+释放量提高3.24与2.75倍.相对于A.ferrooxidans LX5密度为0.70×107cells·m L-1的体系,1.40×107cells·m L-1或2.10×107cells·m L-1A.ferrooxidans LX5的引入明显提高硫铁矿氧化体系总Fe离子与SO2-4的释放效率,且71.9%~88.3%的总Fe离子主要以Fe2+存在.微生物营养供给使得总Fe离子与SO2-4的释放效率加速显著,而总Fe离子几乎全部以Fe3+存在.当菌密度大于1.40×107cells·m L-1时,体系生物氧化后所得硫铁矿表面存在明显的侵蚀坑.相对于半量浓度改进型9K培养基养分供给,全量改进型9K液体培养基的引入由于体系次生铁矿物覆盖硫铁矿明显而抑制了总Fe离子与SO2-4的释放.硫铁矿氧化所得酸性废水经Ca O中和至pH约为7.00,总Fe近乎全部去除,而SO2-4去除率相对较低(26.7%~73.9%).本研究所得结果对明晰酸性矿山废水形成规律具有一定的指导意义.     

生物沥浸对自然干化污泥重金属去除效果研究

重金属的去除是污泥农用需要解决的关键问题之一.本研究采用摇瓶实验,将氧化硫硫杆菌为功能微生物的生物沥浸技术应用于干化污泥重金属的去除,对山西省不同污水处理厂11个干化污泥样品进行了为期15 d的生物沥浸处理.分析了生物沥浸体系p H及SO2-4的变化情况,并对生物沥浸前后污泥中Cu、Zn、As、Cd、Cr等重金属去除率及有机质、全氮、全磷、全钾等养分的损失率进行了分析.结果表明,干污泥直接进行生物沥浸过程较为缓慢,无机酸对体系的酸化能够快速启动干化污泥的生物沥浸过程.无机酸酸化后,体系S0的生物氧化率逐渐提高,酸化速率加快,且污泥重金属去除率随着p H的降低而提高,生物沥浸过程结束后,供试污泥样品Cu、Zn、As、Cd和Cr的去除率分别为23.69%~77.62%、89.67%~97.80%、30.24%~84.31%、18.18%~97.05%和28.55%~67.11%,而污泥有机质、全氮、全磷和全钾的含量损失率分别为3%、1%、44%和8%,污泥剩余养分含量满足农用泥质标准(CJ/T309-2009)的限定值.Cu、Zn、As、Cd和Cr去除率与污泥有机质含量呈显著负相关关系(r=0.935、0.895、0.932、0.516、0.847,n=11).     

脱硫细菌的培育及最佳生长条件的研究

从云南某硫化矿酸性废水中，分离出一株氧化亚铁硫杆菌，其最佳生长条件的研究表明，最佳培养温度为30％左右，最佳生长pH为2．0～2．5，最佳生长初始Fe^2＋浓度为0．15mol／L左右，同时在进行细菌培养时接种量取在10％是比较恰当的。     

一株嗜酸硫氧化细菌的分离鉴定及生长特性

从北京清河污泥中分离出一株硫氧化细菌,命名为QH-1,并对该菌株进行了分离鉴定.同时,初步研究了该菌株对几种重金属离子的耐受能力.结果发现,该菌株为革兰氏阴性,短杆状,需氧型,可从氧化还原态的硫元素中获得能量.QH-1菌株具有很好的产酸和耐酸能力,培养24h后pH即可下降到2.0,1周内可达到1.0以下,对数生长期为15d,进入稳定期时pH降为0.6.QH-1菌株的16S rRNA基因测序与分析表明,该菌株与Acidithiobacillus thiooxidans strain AAU具有99%以上的16S rRNA基因序列相似性.通过构建该菌株在相关种属中的系统发育树,并结合形态与生理生化特征分析,将QH-1菌株鉴定为氧化硫嗜酸硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans).QH-1菌株对Zn2+和Cu2+有一定的耐受性,对Mo2+的耐受性较差.     

氧化亚铁硫杆菌对电子垃圾焚烧迹地重金属形态的影响

采用生物淋滤法处理电子垃圾焚烧迹地重金属严重污染的土壤。所用氧化亚铁硫杆菌是从矿坑废水中通过一系列培养、分离和纯化得到。实验结果表明,生物淋滤法可以有效地去除土壤中重金属Cu、Ph和Zn,去除率的大小顺序为Zn〉Cu〉Pb;采用五步连续提取法分析处理前后土壤中重金属的存在形态,结果表明,通过氧化亚铁硫杆菌处理受重金属污染的土壤,可以促使易移动的重金属结合态的溶解（可交换态、碳酸盐结合态和Fe—Mn氧化物结合态）,并使难移动的重金属结合态向易移动的重金属结合态转变。     

氧化亚铁硫杆菌浸铜研究及胞外多聚物的作用

为了获得氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f)以及胞外多聚物(extracellular polymeric sub-stances,EPS)对铜浸出的作用结果,进行了透析袋实验,设置2个处理,2者的浸出液均为成熟菌液,但一个将铜片装入透析袋中以隔离A.f及EPS与铜的直接接触。结果表明:(1)菌液的处理和加透析袋的处理中铜都得到了浸出,240 h铜的浸出浓度分别为6 796 mg/L和1 366 mg/L,可知A.f及EPS与铜片直接接触能促进铜的浸出;(2)透析袋的处理中Fe3+保持较高浓度,说明Fe3+与EPS络合后被阻挡在透析袋外面从而不能与铜反应,可知EPS在A.f浸铜中起了媒介载体的作用;(3)2者的SEM图表明无透析袋的处理A.f与铜在实验初期发生了吸附,实验后期则无,实验初期铜快速浸出是由于传质距离短,而后期速度变缓是由于传质距离增大。