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第1章 复合硫酸盐还原菌去除重金属和砷的机理研究1

1.1 复合硫酸盐还原菌去除Cr6＋的机理1

1.2 复合硫酸盐还原菌去除重金属的机理3

1.3 复合硫酸盐还原菌去除砷的机理5

1.4 硫酸盐还原菌的生境条件5

1.4.1 硫酸盐还原菌简介5

1.4.2 复合硫酸盐还原菌的生境条件8

1.5 复合硫酸盐还原菌的还原反应与代谢作用9

1.5.1 复合硫酸盐还原菌的还原反应9

1.5.2 复合硫酸盐还原菌的代谢作用9

1.6 复合硫酸盐还原菌去除重金属的相关条件11

1.6.1 复合硫酸盐还原菌与基质的关系11

1.6.2 不同负荷厌氧反应器产生硫酸盐还原菌的细菌计数11

1.6.3 不同负荷复合硫酸盐还原菌厌氧反应器中S2-和Fe2＋浓度11

1.6.4 对复合硫酸盐还原菌的代谢产物H2S毒性的抑制与利用12

1.6.5 复合硫酸盐还原菌的吸附和絮凝作用12

参考文献12

第2章 脱硫弧菌基因克隆和表达及亲和六价铬的噬菌体筛选12

2.1 dsrA基因的原核表达研究14

2.1.1 N端克隆载体的构建和蛋白诱导表达及分析14

2.1.2 N端表达蛋白的分离和抗血清制备15

2.1.3 N端表达产物的免疫印迹试验（Western blot）15

2.1.4 全长dsrA的构建和表达15

2.1.5 dsrA-N端表达和Western blot分析16

2.1.6 全长dsrA的诱导表达18

2.1.7 全长dsrA的分离纯化和活性研究18

2.2 噬菌体展示库筛选对铬酸根具有结合力的多肽的研究19

2.2.1 实验材料与试剂19

2.2.2 实验方法19

2.2.3 筛选效果19

2.2.4 多肽分析22

2.3 复合硫酸盐还原菌的16S rRNA分析22

2.3.1 细菌来源22

2.3.2 细菌DNA提取23

2.3.3 DNA纯化23

2.3.4 PCR扩增23

2.3.5 基因克隆和重组DNA的检测23

2.3.6 数据分析23

2.3.7 混合样品中菌株的16S rDNA序列测定23

2.3.8 混合样品细菌的鉴定和分类23

参考文献25

第3章 复合硫酸盐还原菌合成生物硫铁纳米材料的研究25

3.1 化学法和微生物法制备纳米FeS的研究26

3.1.1 均相沉淀法制备纳米FeS26

3.1.2 微乳液法制备纳米FeS28

3.1.3 复合硫酸盐还原菌原位生成纳米FeS的表征及形成机理的探讨32

3.2 纳米FeS处理含Cr6＋废水及反应机理探讨35

3.2.1 含Cr6＋废水FeS处理对比35

3.2.2 纳米FeS处理含Cr6＋污水机理的探讨36

3.2.3 纳米FeS材料处理含铬、锌、镍、钒废水的影像36

3.3 纳米TiO2对水中Cr6＋的去除39

3.4 纳米FeS与纳米TiO2协同作用对水中Cr6＋的去除39

3.4.1 纳米FeS与纳米TiO2协同去除水中Cr6＋39

3.4.2 TiO2与不同量的FeS协同去除水中Cr6＋的效果41

3.4.3 FeS与不同类型的TiO2协同去除水中Cr6＋的效果42

3.4.4 FeS与不同量的金红石型TiO2协同去除水中Cr6＋的效果43

参考文献45

第4章 生物硫铁复合材料特性及其在含铬废水处理与资源化中的应用研究45

4.1 生物硫铁复合材料制备和特性分析46

4.1.1 实验材料与仪器46

4.1.2 生物硫铁制备和特性分析47

4.1.3 生物硫铁处理高浓度含铬废水的性能48

4.1.4 生物硫铁处理含铬废水与传统方法比较50

4.1.5 生物硫铁的耐铬性能及机制探讨51

4.1.6 生物硫铁的再生性能53

4.1.7 本节结论53

4.2 生物硫铁生成规律研究54

4.2.1 生物硫铁的生成规律54

4.2.2 生物硫铁生成过程不同阶段产量与pH的关系54

4.2.3 生物硫铁生成过程不同阶段产量与菌量的关系55

4.2.4 生物硫铁生成过程不同阶段产量与除Cr6＋量的关系55

4.2.5 提高生物硫铁浓度的方法56

4.2.6 本节小结57

4.3 生物硫铁廉价培养基筛选57

4.3.1 试验的复合菌和培养基57

4.3.2 传统乳酸钠-酵母汁培养基的改良57

4.3.3 天然碳氮源培养基的筛选58

4.3.4 高浓度有机废液作为培养基的试验59

4.3.5 本节小结60

4.4 生物硫铁处理含铬钒废水产生的污泥资源化研究61

4.4.1 试验材料61

4.4.2 含铬污泥的铬铁含量分析62

4.4.3 利用高温灼烧提高铬含量62

4.4.4 控制反应pH提高污泥中的铬含量和铬铁比63

4.4.5 本节小结64

4.5 生物硫铁处理含铬废水与资源化新工艺研究64

4.5.1 生物硫铁处理后的含铬污泥中SRB活性65

4.5.2 含活性SRB污泥对Cr6＋的还原能力66

4.5.3 生物硫铁单系统处理模拟含铬废水67

4.5.4 生物硫铁单系统处理提钒废水68

4.5.5 生物硫铁双系统处理模拟含铬废水69

4.5.6 生物硫铁双系统处理提钒废水70

4.5.7 小结73

参考文献74

第5章 含铬废水的处理枝术75

5.1 化学还原沉淀法75

5.1.1 FeSO4－石灰法76

5.1.2 SO2还原法76

5.1.3 Mg(OH)2法77

5.1.4 稻草黄原酸酯处理法77

5.1.5 铁屑还原法77

5.1.6 钡盐沉淀法78

5.1.7 铁氧体法78

5.2 物理化学法79

5.2.1 离子交换法79

5.2.2 液膜法79

5.2.3 活性炭吸附法80

5.2.4 沸石吸附法80

5.2.5 工业废弃物处理法80

5.2.6 电解法81

5.2.7 电渗析法81

5.3 含铬废水的生物处理技术81

参考文献81

第6章 去除重金属的硫酸盐还原菌的分离筛选和应用基础研究81

6.1 脱硫弧菌Ⅰ还原Cr6＋的研究82

6.1.1 脱硫弧菌Ⅰ的分离纯化82

6.1.2 脱硫弧菌Ⅰ的生长83

6.1.3 脱硫弧菌Ⅰ对几种重金属离子的抗性83

6.1.4 脱硫弧菌Ⅰ净化Cr6＋的条件84

6.1.5 阴阳离子对脱硫弧菌Ⅰ净化Cr6＋的干扰85

6.1.6 脱硫弧菌Ⅰ对电镀含铬废水的净化效果87

6.1.7 本节结论87

6.2 脱硫弧菌Ⅱ还原Cr6＋的研究87

6.2.1 菌株的分离87

6.2.2 培养条件88

6.2.3 还原Cr6＋试验88

6.2.4 分析方法88

6.2.5 生理实验88

6.2.6 去除Cr6＋实验89

6.2.7 本节结论91

6.3 脱硫弧菌Ⅲ去除Cr6＋的研究91

6.3.1 材料和方法91

6.3.2 筛选菌株对Cr6＋的抗性92

6.3.3 筛选菌株对Cr6＋的还原92

6.3.4 菌液离心的上清液与原始菌液还原Cr6＋的比较93

6.3.5 菌和废水混合液中Cr6＋与S2－浓度随时间变化的关系94

6.3.6 钼酸盐对脱硫弧菌Ⅲ还原Cr6＋的影响94

6.3.7 本节结语95

6.4 共存离子对复合硫酸盐还原菌还原Cr6＋的影响研究96

6.4.1 实验仪器和试剂96

6.4.2 菌种培养与实验方法96

6.4.3 菌液用量与吸附效果的关系96

6.4.4 共存阳离子对去除Cr6＋的影响97

6.4.5 阴离子存在对Cr6＋去除的影响98

6.4.6 处理含铬废水试验98

6.4.7 本节结论99

6.5 诱导脱硫肠状菌还原Cr6＋的研究99

6.5.1 菌种的富集分离和驯化99

6.5.2 紫外诱导的方法100

6.5.3 紫外诱导出发菌种的纯化及特性考查100

6.5.4 紫外诱导对菌株形态和性状的影响101

6.5.5 照射剂量对硫酸盐还原菌还原Cr6＋的影响102

6.6 失活硫酸盐还原菌与活体硫酸盐还原菌还原Cr6＋的研究102

6.6.1 失活硫酸盐还原菌法102

6.6.2 活体硫酸盐还原菌法103

6.6.3 本节结语105

6.7 复合硫酸盐还原菌治理电镀废水的研究105

6.7.1 复合硫酸盐还原菌处理电镀废水机理的推测106

6.7.2 复合硫酸盐还原菌治理电镀废水的工艺流程107

6.7.3 运行结果108

6.7.4 工程运行验收监测结果109

6.7.5 电镀污泥中金属的回收111

6.7.6 生物反应器的研制及自控设备选型111

6.8 微生物去除锌的研究113

6.8.1 微生物去除锌的研究113

6.8.2 微生物去除锌的机理114

6.8.3 脱硫弧菌Ⅳ的分离筛选115

6.8.4 脱硫弧菌Ⅳ对锌的去除效果116

6.8.5 去除锌的弗氏志贺氏菌株的分离筛选118

6.8.6 弗氏志贺菌对锌的去除效果118

6.9 脱硫杆菌去除铜的研究121

6.9.1 材料和方法121

6.9.2 铜浓度对脱硫杆菌去除铜离子的影响121

6.9.3 菌量对脱硫杆菌去除铜离子的影响121

6.9.4 pH对脱硫杆菌去除铜离子的影响122

6.9.5 温度对脱硫杆菌去除铜离子的影响122

6.9.6 作用时间对脱硫杆菌去除铜离子的影响123

6.9.7 脱硫杆菌对含铜废水中铜的去除效果123

6.9.8 脱硫杆菌处理铜废水前后的电镜观察123

6.9.9 本节结论124

6.10 脱硫肠状菌处理镍的研究124

6.10.1 材料和方法124

6.10.2 镍浓度对去除率的影响125

6.10.3 处理时间对去除率的影响125

6.10.4 菌液浓度对去除率的影响125

6.10.5 pH对去除率的影响126

6.10.6 水温对去除率的影响126

6.10.7 菌体上镍的确证126

6.10.8 最佳条件下的净化率127

6.10.9 脱硫肠状菌处理含镍废水的效果128

6.10.10 本节结论128

参考文献128

第7章 复合硫酸盐还原菌的卫生安全性研究7.1 复合硫酸盐还原菌卫生安全性研究131

7.1.1 主要试验材料和仪器131

7.1.2 复合硫酸盐还原菌毒力测定试验132

7.1.3 复合硫酸盐还原菌的毒性测定试验132

7.1.4 复合硫酸盐还原菌代谢产物的毒性测定试验132

7.1.5 斑马鱼急性毒性试验133

7.1.6 复合硫酸盐还原菌对家兔和大鼠的感染性试验133

7.1.7 活体复合硫酸盐还原菌对豚鼠皮肤的致敏试验135

7.1.8 失活复合硫酸盐还原菌对小鼠的耳肿致敏试验135

7.1.9 课题组成员过敏史调查135

7.1.10 复合硫酸盐还原菌在体内的转归试验135

7.1.11 复合硫酸盐还原菌对金鱼藻生长的影响试验137

7.1.12 复合硫酸盐还原菌对紫露草微核率影响试验138

7.2 排放水对动植物的影响观察138

7.2.1 试验材料138

7.2.2 排放水对小鼠的急性毒性试验138

7.2.3 排放水对墨龙井金鱼的急性毒性试验139

7.2.4 排放水对墨龙井金鱼急性毒性的验证试验139

7.2.5 排放水对家兔的感染性试验139

7.2.6 排放水对紫露草微核率的影响试验140

7.3 卫生管理措施及应急预案研究141

7.3.1 试验材料141

7.3.2 硫酸盐还原菌在不同生存环境条件下的存亡时间观察141

7.3.3 减少或杀灭硫酸盐还原菌的方法研究141

7.4 复合硫酸盐还原菌在重金属污染治理工程中应用的卫生管理及应急措施142

7.4.1 推荐卫生管理措施142

7.4.2 应急措施143

7.5 本研究的特点143

7.6 复合硫酸盐还原菌在重金属污染工程中应用的风险分析及风险控制143

7.6.1 复合硫酸盐还原菌的生物学特性与风险分析143

7.6.2 复合硫酸盐还原菌及代谢产物对人畜健康和生态环境的影响及潜在风险分析144

7.7 《复合硫酸盐还原菌卫生安全性研究》的后评估145

7.8 本章小结145

参考文献146

第8章 复合硫酸盐还原菌处理冷轧含铬废水的研究与应用146

8.1 宝钢含铬废水处理现状147

8.2 复合硫酸盐还原菌处理宝钢冷轧含铬废水的实验室研究148

8.2.1 菌种和废水来源148

8.2.2 试验流程和结果149

8.2.3 W/BN比例的影响150

8.2.4 pH的影响151

8.2.5 振荡与静止反应的影响151

8.2.6 振荡时间的影响151

8.2.7 温度的影响152

8.2.8 氧含量的影响152

8.2.9 本节小结152

8.3 复合硫酸盐还原菌处理冷轧含铬废水的中试研究153

8.3.1 中试工艺流程和装置153

8.3.2 BN的扩大培养154

8.3.3 初级试验154

8.3.4 初级试验废水来源154

8.3.5 初级试验结果154

8.3.6 初试小结155

8.3.7 不同冷轧含铬废水的中试试验155

8.3.8 彩涂高浓度含铬废水处理效果156

8.3.9 硅钢高浓度含铬废水处理效果157

8.3.10 废水高浓度COD的去除效果157

8.3.11 废水低浓度COD的去除效果158

8.3.12 投加絮凝剂对COD去除率的影响158

8.4 中试工艺参数的确定159

8.4.1 BN/W比例与原废水中Cr6＋浓度的关系159

8.4.2 BN的培养条件159

8.4.3 复合硫酸盐还原菌处理含铬废水成本核算160

8.4.4 与其它除铬工艺处理成本的比较160

8.4.5 非连续运行对生物法除铬工艺成本的影响161

8.4.6 复合硫酸盐还原菌处理铬渣山渗出的含铬废水成本的核算161

8.4.7 污泥产出量162

8.4.8 中试小结162

8.5 含铬生物污泥资源再利用的研究163

8.5.1 含铬污泥的基本性质163

8.5.2 含铬生物污泥的酸浸试验163

8.5.3 含铬生物污泥的碱浸试验164

8.5.4 含铬生物污泥的无钙碱性氧化焙烧提铬工艺研究164

8.5.5 无钙碱性氧化焙烧工艺主要配方成分164

8.5.6 无钙碱性氧化焙烧工艺配方的比例165

8.5.7 灰化处理对焙烧效果的影响167

8.5.8 不同填料的焙烧效果168

8.5.9 填料的加入量对焙烧的影响168

8.5.10 焙烧温度和时间的影响169

8.5.11 NaOH用量对焙烧的影响169

8.5.12 NaNO3用量对焙烧的影响170

8.5.13 Na2CO3用量对焙烧的影响170

8.5.14 本节小结171

8.6 铬盐产品制备工艺研究171

8.6.1 铬酸钠浸出液除磷171

8.6.2 反应时间对除磷效果的影响172

8.6.3 Ca(OH)2投加量对除磷效果的影响172

8.6.4 溶液pH对除磷效果的影响173

8.6.5 本节小结174

8.7 浅铬黄的制备174

8.7.1 反应时间对浅铬黄制备的影响174

8.7.2 pH对浅铬黄制备的影响175

8.7.3 Pb(NO3)2用量对浅铬黄制备的影响176

8.7.4 pH对中铬黄制备的影响177

8.7.5 Pb(NO3)2用量对中铬黄制备的影响178

8.7.6 本节小结179

8.8 无钙碱性氧化焙烧工艺二次污染的防治179

8.8.1 铬渣解毒179

8.8.2 含铅废水的处理181

8.8.3 工艺排气对环境影响分析182

8.8.4 铬的物料衡算182

8.9 产质量检测182

8.9.1 浅铬黄国家标准182

8.9.2 产品质量检测182

8.10 铬污泥资源化利用工艺流程183

8.10.1 安全影响分析183

8.10.2 经济成本核算184

8.10.3 工艺实施费用估算185

8.10.4 本节小结186

8.11 从泥饼中回收锌的研究187

8.11.1 含锌泥饼的主要成分187

8.11.2 泥饼中回收锌的机理188

8.11.3 从含锌泥饼中制取锌产品的试验工艺流程188

8.11.4 含锌泥饼制取锌产品的试验结果188

8.12 结论与建议189

参考文献190

第9章 复合硫酸盐还原菌处理含砷废水的研究与应用190

9.1 环境中的砷与其毒性191

9.1.1 早期对砷的认知191

9.1.2 环境中砷来源及其水平191

9.1.3 砷的毒性193

9.2 含砷废水处理技术194

9.2.1 物理吸附法194

9.2.2 化学沉淀法194

9.2.3 化学氧化法195

9.2.4 离子交换法195

9.2.5 膜分离法195

9.2.6 电解分离法195

9.2.7 生物处理法195

9.3 复合硫酸盐还原菌处理含砷废水的实验室研究196

9.3.1 含砷工业废水水质分析197

9.3.2 BN/W比例对去除砷的影响197

9.3.3 pH对去除砷的影响198

9.3.4 振摇时间对去除砷的影响198

9.3.5 静置时间对去除砷的影响198

9.3.6 用NaOH与Ca(OH)2调废水pH对去除砷的比较199

9.3.7 用H2SO4调废水pH对去除砷的影响200

9.3.8 废水浓度变化对去除砷的影响200

9.3.9 废水浓度和pH变化对去除砷的影响200

9.3.10 高浓度砷废水的两级处理201

9.3.11 最佳条件下去除砷的试验202

9.3.12 渣中砷的含量202

9.3.13 本节小结202

9.4 复合硫酸盐还原菌处理含砷废水的中试研究203

9.4.1 废水和BN来源203

9.4.2 中试试验工艺流程203

9.4.3 试验规模和要求达到的指标203

9.4.4 检测方法204

9.4.5 中试工艺Ⅰ：“石灰？BN？A”试验204

9.4.6 工艺Ⅱ：“A？石灰？BN”试验204

9.4.7 工艺Ⅲ：“BN？A？石灰”试验205

9.4.8 最佳工艺Ⅲ考察验证试验206

9.4.9 考察验证试验结果的范围值和平均值207

9.4.10 最佳工艺Ⅲ验证试验渣成分分析208

9.4.11 讨论208

9.4.12 本节结论209

9.5 复合硫酸盐还原菌处理含砷废水的工程实例209

9.5.1 工程概况209

9.5.2 含高浓度砷废水处理工艺流程209

9.5.3 主要构筑物和设备210

9.5.4 处理结果210

9.5.5 技术经济分析211

参考文献211

第10章 复合硫酸盐还原菌处理重金属废水工程实例211

10.1 复合硫酸盐还原菌处理含高浓度铬废水工程212

10.1.1 复合硫酸盐还原菌处理高浓度铬废水工艺流程212

10.1.2 高浓度铬废水水质212

10.1.3 主要设施和设备213

10.1.4 处理运行效果213

10.1.5 投资及效益分析213

10.1.6 本节小结213

10.2 复合硫酸盐还原菌处理含锌铬废水工程214

10.2.1 工程概况214

10.2.2 含锌铬废水处理工艺流程214

10.2.3 主要构筑物和设备214

10.2.4 工程运行处理监测结果215

10.2.5 技术经济分析215

10.3 复合硫酸盐还原菌处理含铜废水工程215

10.3.1 工程概况215

10.3.2 含铜线路板废水处理工艺流程216

10.3.3 破络合物的加药量217

10.3.4 显影脱膜废液和棕化废液及废水氧化处理投加药量217

10.3.5 非络合酸碱废水处理的加药量217

10.3.6 含氰废水处理的加药量218

10.3.7 综合废水处理的投药量218

10.3.8 污泥系统218

10.3.9 工程运行费用218

10.3.10 监测结果219

10.4 复合硫酸盐还原菌处理含镍废水工程220

10.4.1 工程概况220

10.4.2 设计进出水水质220

10.4.3 主要含镍废水的处理工艺流程221

10.4.4 主要构筑物221

10.4.5 主要设备用电负荷222

10.4.6 投资和运行成本222

10.4.7 环境监测结果222

10.5 复合硫酸盐还原菌处理含铬铜镍和氰化物废水工程225

10.5.1 工程概况225

10.5.2 含铬铜镍和氰化物废水处理工艺流程225

10.5.3 程主要设施和设备226

10.5.4 工程运行监测结果226

10.6 复合硫酸盐还原菌处理含多种重金属废水工程226

10.6.1 废水水质水量情况227

10.6.2 复合硫酸盐还原菌处理多镀种电镀废水工艺流程227

10.6.3 工程主要设施和设备228

10.6.4 工程运行和日常检测结果228

10.6.5 工程效益228

10.6.6 工程验收监测结果229

10.6.7 本节结语229

10.7 生物硫铁材料处理电镀工业园重金属废水工程229

10.7.1 设计处理水质水量229

10.7.2 园区电镀废水处理工艺流程230

10.7.3 运行成本230

10.7.4 工程运行监测结果231

10.7.5 本节小结231

参考文献231