深海高效除镉微生物的除镉性能和机理研究

本项目首先对从深海菌株库1500多株菌株中成功筛选出的3株高效活菌除镉菌株进行鉴定、生理生化指标测试和生态适应机制分析。考察常见影响因素对菌株生长和镉去除的影响，建立深海高效除镉菌对含镉废水处理的参数平台。讨论深海高效除镉菌株与其它重金属及磷的相互作用关系，完善深海菌镉代谢机制，拓展深海高效除镉菌株在水处理中的适用范围。对深海高效除镉菌株连续去除镉的可行性进行实验研究，提供连续运行相关参数。最后基于现代分析手段对镉在细胞的分布、胞外分泌物、胞内蛋白结构、结构形貌和质粒等进行检测，最终阐明深海高效除镉微生物的抗镉和除镉机制。

镉在工业中具有广泛的应用，但在其生产过程中都会或多或少地产生含镉废水。含镉废水的排放会造成环境污染，危害人类健康。传统的处理含镉废水的方法包括沉淀、吸附等。与传统处理技术相比，生物处理技术成本低、处理中低浓度和大水量废水效果好、无二次污染、可回收重金属、对后续生物处理过程影响小等优点。因此，我们需要寻求某些对重金属具有耐受性和高去除率的微生物。而深海微生物由于处于独特的物理、化学和生态环境中，在高静水压、剧变的温度梯度、极微弱的光照条件和高浓度的有毒物质包围下，形成了极为特殊的生物结构和代谢机制系统，为我们提供了绝佳的来源。.该研究首先对南海深海沉积物中193株深海菌进行筛选，从中成功筛选出了3株高效活菌除镉菌株，并对其进行鉴定、生理生化指标测试和生态适应机制分析。然后，考察了常见影响因素，如温度、初始镉浓度、pH和盐度等对菌株生长和镉去除的影响，并深入研究了深海高效除镉菌株与其它重金属及磷的相互作用关系。其次，对深海高效除镉菌株连续去除镉的可行性进行实验研究，并确定了连续运行相关参数。最后，基于现代分析手段对镉在细胞的分布、胞外分泌物、胞内蛋白结构、结构形貌和质粒等进行检测，最终阐明了深海高效除镉微生物的抗镉和除镉机制。.研究发现，(i)SCSE709-10，SCSE8-6，SCSE709-6这三株抗性水平都为100 mg/L的菌株具有较高的稳定的除镉效率（>91%）。经过复筛最终确定SCSE709-6为最佳除镉菌株（94.30%）。经16S rRNA基因序列分析此菌株被鉴定为Pseudoalteromonas sp. SCSE709-6。(ii)该菌株对镉的最佳去除条件是：温度15-30oC、初始镉浓度50mg/L、pH为7、盐度3%。 (iii)当反应器连续运行条件控制为：MLSS约为3500mg/L，污泥停留时间（SRT）为14天，水力停留时间（HRT）为8小时，曝气强度为0.1 m3/h，膜的清洗周期为30天时，反应器取得了良好的运行效果。(iv) P. sp.SCSE709-6菌株对镉的去除机理包括胞外聚合物的吸附，细胞官能团的络合，离子交换，细胞膜上的积累等。菌株吸收的镉根据磷浓度的不同分别积累在细胞外围，细胞周质及细胞膜内。随着初始镉浓度的提高，更多的镉和磷积累在细胞外部。镉促使菌株分泌更多的胞外聚合物。在磷镉充足条件下，菌株表面存在微沉淀。