基于胞外聚合物（EPS）的重金属污泥生物淋滤菌对单质硫的吸附过程及机制研究

The biological oxidation of elemental sulfur is the rate-limiting step in bioleaching of heavy metals from sediment. On the basis of adsorption of extracellular polymeric substance (EPS) of acidithiobacillus thiooxidans on elemental sulfur, the interaction between acidithiobacillus thiooxidans and elemental sulfur in bioleaching would be studied. a. EPS of acidithiobacillus thiooxidans is simulated to analyze the key components of EPS on the surface of cells by the polymer of polysaccharide/ protein/ humic acid, and then adsorption mechanism of EPS on the surface of elemental sulfur would be indagated. b. The biosurfactant would be produced in EPS when the hydrophilic acidithiobacillus thiooxidans adsorb on the hydrophobic elemental sulfur.The surface activity of biosurfactant in EPS around microorganisms would be researched, and the importance would be attached to its effect on the adsorption and oxidation of elemental sulfur by acidithiobacillus thiooxidans. c. The EPS produced by microorganisms would be various in different condition, the EPS of acidithiobacillus thiooxidans in strong acid condition would be investigated. At the same time, the difference of oxidation of elemental sulfur and production of EPS by various strains would be studied. The research results would reveal the adsorption mechanism of extracellular polymeric substance (EPS) of acidithiobacillus thiooxidans on elemental sulfur. It would be beneficial to solve the key technical problems in bioleaching of heavy metals in sediment.

本课题针对重金属底泥生物淋滤过程的限速步骤- - 单质硫生物氧化产酸反应，从氧化硫硫杆菌胞外聚合物对单质硫的吸附的角度，探讨氧化硫硫杆菌底泥生物淋滤体系中氧化硫硫杆菌与单质硫相互作用这一科学问题: （1）拟采用多糖/蛋白/腐殖酸等高聚物模拟氧化硫硫杆菌EPS，分析附着在细胞膜表面起关键作用的EPS 组分，研究附着性EPS在单质硫表面的吸附机制； （2）亲水性氧化硫硫杆菌吸附在疏水性单质硫表面会产生生物表面活性剂，研究氧化硫硫杆菌溶解性EPS 中生物表面活性剂的表面活性，及其对硫杆菌吸附和氧化单质硫的影响； （3）微生物产生的EPS在不同环境诱导作用下存在较大差异，研究不同菌种对单质硫吸附氧化差异性及其产生EPS差异性。 该研究将揭示氧化硫硫杆菌胞外聚合物在生物淋滤中的吸附机理，解决污泥重金属生物淋滤过程中的关键技术问题，为建立生物淋滤过程中微生物与基质多相界面化学-生物学相互作用理论提供依据。

城市污泥中大量的重金属污染物是阻碍污泥资源化利用的一个重要因素。生物淋滤是一种有效消除污泥重金属的新技术。本研究主要从“生物淋滤菌的筛选、分离与生物学特性，氧化硫硫杆菌胞外聚合物（EPS）主要成分分析及其在吸附中的作用机理，生物表面活性剂对单质硫吸附氧化的作用机制研究”等三个方面开展。.主要结论如下：①不同来源氧化硫硫杆菌对单质硫的氧化存在差异性。从不同来源污泥中筛选、分离纯化得到的嗜酸性氧化硫硫杆菌JJU-1和JJU-4具有良好的氧化单质硫的能力，但JJU-1的产生能力比JJU-4的强。② 氧化硫硫杆菌与单质硫表面的直接接触是发生产酸反应的先决条件，氧化硫硫杆菌培养过程中产生的胞外聚合物和表面活性剂在硫杆菌吸附单质硫的过程中起着重要的作用。③ 氧化硫硫杆菌EPS的主要成分为多糖、DNA、蛋白质，在EPS中的含量从高到低依次为蛋白质、多糖、DNA。氧化硫硫杆菌ESP中与单质硫作用的关键组分是多糖。④ 不同来源的JJU-1和JJU-4产生的EPS存在差异性，JJU-1的EPS中多糖含量较多，而JJU-4的EPS中蛋白质含量较高。⑤ 氧化硫硫杆菌培养过程中会不断产生生物表面活性剂，可以改变疏水性物质的表面性质，这是亲水性的氧化硫硫杆菌能够很好的吸附在疏水性单质硫表面的主要原因。⑥ 氧化硫硫杆菌JJU-1可以有效去除污泥中的重金属，Cu、Cd、Ni和Zn的去除率分别为87.00%、87.50%、88.18%和91.63%。.通过本项目研究，证实了氧化硫硫杆菌与单质硫表面的直接接触是发生产酸反应的先决条件，氧化硫硫杆菌培养过程中产生的胞外聚合物和表面活性剂在硫杆菌吸附单质硫的过程中起着重要的作用。从本质上揭示了污泥生物淋滤体系中氧化硫硫杆菌与单质硫相互作用机制，对建立生物淋滤过程中微生物与基质多相界面的化学-生物学相互作用理论提供帮助。.