利用硫酸盐还原菌合成硫化氢的过程优化和调控开题报告

全文总字数：7343字

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

1.选题意义

随着工业的发展，人类在进行采矿、有色金属冶炼等生产过程中产生了低ph、含多种重金属离子的酸性矿山废水。该酸性矿山废水进入自然环境后，会破坏自然界的硫循环平衡，导致水体矿化，对水生生物带来严重的危害，使有价金属资源得以流失。

针对酸性矿山废水的特点，人们展开了大量研究，其处理的方法有物理化学法处理与生物处理法等。物理法普遍能耗高，化学法易产生二次污染物，而微生物法中利用硫酸盐还原菌（srb）处理酸性矿山废水具有经济成本低、避免二次污染、可回收多种金属离子等优势，因此受到很多研究者的关注。srb生物法处理酸性矿山废水是在厌氧条件下，硫酸盐还原菌利用有机质作为碳源和能源，将硫酸盐还原为硫化物^{[ 1, 2]} ，硫化物与重金属形成不溶性的沉淀，从而降低水环境中游离的重金属^{[ 3 ]}，s^2-在处理过程中起着至关重要的作用。

2. 研究的基本内容和问题

1.研究目标

通过单因素实验、正交试验和响应曲面法等研究各种营养培养条件变化如碳源类型和浓度、硫酸盐类型和浓度、起始和过程ph值、培养温度等对so42-还原和h2s生成的影响，确立h2s高效生物合成的优化条件及运行参数。

3. 研究的方法与方案

1.研究方法

（1）文献综合研究法。根据该课题的研究目的，通过调查文献来获得资料，从而全面地、正确地了解掌握所要研究问题的一种方法。

（2）探索性研究法。用已知的信息，探索、创造新知识，产生出新颖而独特的成果或产品。

（3）定量分析法。通过定量分析法可以使人们对研究对象的认识进一步精确化，以便更加科学地揭示规律，把握本质，理清关系，预测事物的发展趋势。

（4）实验法。通过主支变革、控制研究对象来发现与确认十五件的因果联系。

2.技术路线

硫酸盐还原菌制备硫化氢过程优化和调控

硫化氢产气量、硫源碳源利用率、胞外蛋白产生量

高效低成本的产硫化氢培养方式

3.实验方案

3.1 实验材料

该研究中所用SRB菌种为课题组前期研究培养获得。

培养基的组成为：0.1g/L CaCl₂，1.0g/L NH₄Cl，0.5g/L KH₂PO₄，0.5 g/L MgSO₄，28.4 g/L Na₂SO₄，0.5 g/L 酵母浸粉，20ml/L乳酸，反应温度T=35℃，pH=7.0。

3.2 分析方法

pH：使用Phs-3c（上海雷磁）测量。

ORP：使用ZD-2自动电位滴定仪测定（上海雷磁）。

硫离子：Banter931-S硫离子浓度计。

H₂S：使用电感耦合等离子体光谱仪测定。

SO₄^2-、SO₃^2-、S₂O₃2^-选用IC-2800离子色谱分析，所有样品均在400 r/min的离心机中离心10分钟，经0.22μm滤膜过滤后进行测定，淋洗液为4.5 mmol/L Na₂CO₃和1.0 mmol/L NaHCO₃，外加电流45mA，淋洗液流速设置为1.0 mL/min。

微生物含硫：离心后的沉淀物添加1 mL30%的H₂O₂,将微生物硫组分转化为硫酸盐，选用IC-2800离子色谱分析测定硫酸根浓度，折合硫后即为微生物含硫浓度。

X射线光电子能谱（XPS）分析：采用射线光电子能谱仪（ThermoESCALAB250XI，美国）对沉淀物进行分析。仪器的能量范围为0~5000eV，其他主要参数为：AlKa（hv=1486.6 eV），功率150W，结合能以Cls284.8校准。

X射线衍射光谱（XRD）分析：采用XRD（D8ADVANCE，德国）对沉淀物进行分析。仪器的主要参数包括：光管类型为Cu靶陶瓷X光管，额定输出功率为3kW，电流电压稳定度优于±0.005%，光管功率为2.2kW，扫描方式为θ/θ测角仪。选用JCPDS card 06-0464对XRD谱图进行解读。

3.3 实验方法

（1）硫酸盐还原菌产硫化氢的条件优化和过程调控

驯化培养SRB，检测其产气量是否提高。优化营养源驯化培养：分别以乳酸、甲酸、乙酸、活性污泥、酿酒废液、动物粪便、稻草、树叶、木片、锯末和纤维素作碳源测定硫化氢产率。优化培养条件：改变起始和过程pH值、培养温度等，确立低成本高效促进硫酸盐还原菌产硫化氢的营养培养条件和过程调控措施。

（2）硫酸盐还原菌特性全面分析和产硫化氢的定量检测

对不同碳源、不同硫源、不同pH培养条件的硫酸盐还原菌进行检测，全面分析生长周期、硫化氢产气量、硫源碳源利用率、胞外蛋白产生量，深入掌握硫酸盐还原菌的产气规律，找到最高效低成本的产硫化氢培养方式。

4. 实验可行性分析

该技术具有较高的实用价值，可低成本高效率得制取硫化氢气体，用其除去并回收酸性废水中的重金属离子，且方法安全性较高，既治理了环境，又创造了经济价值，从环境、经济、政策、技术等方面又具有可行性。

4. 研究创新点

（1）揭示了硫酸盐还原菌代谢过程中的限速步骤，阐明srb代谢过程中涉硫组分及其演替变化规律，深入掌握硫酸盐还原菌的产气规律，找到最经济可行的产硫化氢培养方式。

（2）采用实验室自制厌氧反应器，解决了传统硫酸盐还原菌生化处理法中废水中有毒物质对srb产生抑制作用，影响其硫化氢产气效率的问题；

5. 研究计划与进展

2019年1月1日—2019年2月28日：基础理论知识学习，通过查阅文献等了解前人的研究方法及进展；

2019年3月1日—2018年4月30日：完成论文的开题报告、文献综述，并进行实验室实验部分及数据分析；

2018年5月1日—2018年6月1日完成论文撰写及答辩等内容。