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城市污泥是由污水处理过程中形成的沉淀物,具有含水率高、有机物含量高、重金属含量高等特点,其中重金属污染控制一直是污泥处理处置的难点。重金属的去除方法分为物理法,化学法,生物法。物理法和化学法存在成本高,能耗大,效率不高等问题,因而,生物法引起了研究者的关注。生物浸出技术具有耗酸少,运行成本低,重金属去除率高,无二次污染等优点被广泛应用。目前,大多数研究者仍集中在利用以单一硫杆菌为优势菌对生物浸出污泥重金属展开各项研究,包括生物浸出的温度、初始p H、污泥浓度、底物种类和投加量、接种量等对生物浸出污泥重金属的影响,对于复合硫杆菌去除污泥重金属的优化研究较少。为了提高生物浸出效率,本文采用氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌复合硫杆菌去除污泥中重金属Cu,Cr,Ni,Zn,优化了最佳工艺条件,并建立相关动力学模型,为后期采用该菌处理污泥提供了技术参考。本文首先从广州市某污水处理厂二沉池污泥中经富集纯化分离出具有高效去除污泥重金属的菌株分别为Af-1,Af-2,Af-3,At-1,At-2,At-3,经形态学及16S rDNA基因序列分析鉴定,菌株Af-1,Af-2,Af-3为嗜酸性氧化亚铁硫杆菌,At-1,At-2,At-3为嗜酸性氧化硫硫杆菌,其中Af-1与菌株Acidithiobacillus ferrooxidans strain LY(DQ529309)的同源性达到99%,At-1与菌株Acidithiobacillus thiooxidans strain ZJJN-1(JQ259048)的同源性达到100%。其次比较了氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌及复合硫杆菌三种生物浸出体系对城市污泥重金属的去除效果。结果表明,复合硫杆菌对重金属Cu、Cr、Ni和Zn浸出率高于单一的氧化亚铁硫杆菌或氧化硫硫杆菌。此外,污泥中重金属Cu、Zn较易被溶解和沥浸出来,Ni其次,而Cr最难。再次通过单因素试验和响应曲面法优化试验,考察了初始pH、污泥浓度、底物种类和投加量对污泥重金属Cu、Cr、Ni、Zn去除效果。单因素试验结果表明,初始pH为4有利于生物浸出过程的启动,污泥浓度调为5%能有效去除污泥重金属,底物投加量的不同也会影响菌的生长代谢情况,在合适范围内,生物浸出污泥重金属效率随着Fe SO4·7H2O和S0投加量的增加而增加。通过Box-Behnken design响应面分析结果表明,初始p H,污泥浓度,S0投加量,Fe SO4·7H2O投加量4个试验因素对生物浸出污泥重金属具有显著影响。生物浸出最佳条件为:初始pH为2.0,固体浓度为3%,S0投加量为6.14g/L,Fe SO4·7H2O投加量为4.55g/L。在此条件下,第14d,重金属Cu,Cr,Ni,Zn去除率分别为98.54%,57.99%,60.06%,95.60%。最后在最佳试验条件下,通过研究重金属去除率、pH、ORP、菌种数量、Fe3+、SO42-的变化情况,探究生物浸出污泥重金属的相关动力学,动力学模型采用未反应收缩芯模型,结果表明,扩散反应控制了整个生物浸出过程。