钢铁硫酸洗废液中亚铁离子供能菌对重金属的吸附机制研究

钢铁硫酸洗废液的资源化利用对钢铁、冶金等行业的节能减排具有重要意义。本研究将以钢铁硫酸洗废液中的Fe2+为电子供体培育氧化亚铁噬酸菌，并将菌体形成的生物铁氧化物、胞外聚合物及菌体活性功能基团等复合生物质应用于重金属废水的处理。通过对菌株的生物学特性研究，确定菌株对重金属的耐受性及影响重金属吸附的生态因子，构建菌株对重金属吸附的动力学及热力学模型。利用SEM-EDX、XPS、EXAFS、FT-IR及FT-Raman等手段，确定菌株复合生物质的表面结构、基团种类、重金属分布、重金属与活性功能基团及生物铁氧化物间的配位络合状态，探明重金属及复合生物质间是否存在氧化还原反应；在明确菌株复合生物质对重金属的吸附机制及重金属离子吸附关键制约因子的基础上，构建钢铁酸洗废液资源化利用及重金属废水处理系统，确定最优化工艺运行参数；通过本课题研究，为钢铁酸洗废液及重金属的资源化、减量化、无害化处理提供新思路。

钢铁硫酸洗废液的资源化利用对钢铁、冶金等行业的节能减排具有重要意义。本项目分离出钢铁硫酸洗废液中的Fe2+为电子供体培育氧化亚铁噬酸菌，明确了菌株复合生物质对重金属的吸附机制及重金属离子吸附关键制约因子，构建了钢铁酸洗废液资源化利用及重金属废水处理系统，确定了最优化工艺运行参数；通过本课题研究，为钢铁酸洗废液及重金属的资源化、减量化、无害化处理提供新思路。.本项目分离出钢铁酸洗废液适生菌株XJF-8，为嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidthiobacillus ferrooxidans, At.f)，基因登录号为KF378735，菌株最佳生长条件为pH=2，温度为30℃，30h达到对数生长期，氮源是Fe3+以溶解态或沉淀态存在的决定因素。确定钢铁盐酸洗废液的可生物氧化临界条件为：pH≥1.4，Fe2+≥0.04mol/L，而Cl-浓度大于47.6mg/L时会降低Fe2+氧化率；菌群对Cl-的耐受性最高可达800mg/L；pH值为决定钢铁盐酸洗废液可生物氧化性的关键因素。.通过对菌株的生物学特性研究，确定菌株对重金属的耐受性。连续流反应器中，菌株对金属离子的耐受性强度顺序为：Zn2+(1600mg/L)>Ni2+(900mg/L)>Cd2+(600mg/L)>Cu2+(500mg/L)，远高于摇床静态培养耐受值：Zn2+(1000mg/L)>Cu2+(300mg/L)>Ni2+(250mg/L)>Cd2+(200mg/L)。连续流反应器中，At.f菌对Zn2+(300mg/L)、Ni2+(100mg/L)、Cu2+(100mg/L)、Cd2+(100mg/L)的最高去除率分别可达100%、95.7%、68.3%、80%。.通过SEM-EDX、XPS及FT-IR等手段，明确了共沉淀作用为菌株去除重金属的主要机制，且对不同金属离子，共沉淀作用的贡献值不同，分别为Zn2+ 94%、Cd2+ 33.3% 、Ni2+ 25%、Cu2+ 10.7%。Cu2+、Ni2+、Cd2+的去除是通过生成黄铵铁矾共沉淀，且晶型相似；而Zn2+的存在使At.f将Fe3+转化为黄钾铁帆，形成颗粒较大，粒径较均匀，排列规则，聚合度较高的晶体沉淀，且存在着疑似ZnS的特征峰。揭示At.f菌对Zn2+较高耐受性是通过将Zn2+转化为ZnS的解毒机制。