Bioleaching of heavy metals from contaminated alkaline sediment by auto- and heterotrophic bacteria in stirred tank reactor

Bioleaching Xiangjiang River alkaline sediment contaminated by multiple heavy metals was investigated. Multiple metals in alkaline sediment possess significant toxicity to aquatic organisms or humans and will greatly inhibit bioleaching. The bioleaching method using autotrophic bacteria mixed with heterotrophic bacteria can solve this problem successfully. The experiment results showed that bioleaching efficiencies of Zn, Mn, Cu, and Cd were 95.2 %, 94.2 %, 90.1 %, and 84.4 %, respectively. Moreover, the changes of heavy metal concentrations in different fractions in contaminated sediment before and after bioleaching were analyzed by selective sequential extraction, and it was discovered that the main fractions of Zn, Mn, Cu and Cd after bioleaching are Fe-Mn oxide, organic associated form and a residual form. Its biotoxicity decreased greatly. The bioleaching heavy metals from sediment using autotrophic bacteria combined with heterotrophic bacteria can effectively improve the bioleaching efficiency and reduce toxicity.

Microbial diversity of soil bacteria in agricultural field contaminated with heavy metals

In this study we evaluated the bacterial diversity in a soil sample from a site next to a chemical industrial factory previously contaminated with heavy metals. Analysis of 16S rDNA sequences amplified from DNA directly extracted from the soil revealed 17 different bacterial types （genera and/or species）. They included Polyangium spp., Sphingomonas spp., Variovorax spp., Hafina spp., Clostridia, Acidobacteria, the enterics and some uncultured strains. Microbes able to tolerate high concentrations of cadmium （500μmol/L and above） were also isolated from the soil. These isolates included strains of Acinetobacter （strain CD06）, Enterobacter sp. （strains CD01, CD03, CD04 and CD08） （similar strains also identified in culture-independent approach） and a strain of Stenotrophomonas sp. The results indicated that the species identified from direct analysis of 16S rDNA of the soil can be quite different from those strains obtained from enrichment cultures and the microbial activities for heavy metal resistance might be more appropriately addressed by the actual isolates.

Removal of Heavy Metals from Aqueous Solutions Using Bacteria

The accumulation of heavy metals by microbial biomass with high surface area to volume ratio holds great potential for heavy metal removal in both soluble and paritcular forms, especially when the heavy metal concentrations are low (<50 mg/L). E. coli and B. subtilis are effective agents for metal removal. We further investigated the effect of pH, temperature, equilibration time, and pre treatment reagents on the removal of Pb(Ⅱ), Cd(Ⅱ) and Cr(Ⅵ) from aqueous solutions by E. coli and B. subtilis. E. coli and B. subtilis were cultivated for 60 hours, the experimentally determined optimal cultivation time before they were used in metal removal experiments. Under the optimal conditions of pH 6.0, equilibration temperature 30 °C and equilibration time 1 hour, 63.39% and 69.90% Cd(Ⅱ) can be removed by E. coli and B. subtilis. Under the optimal conditions of pH 5.5, equilibration temperature 30 °C and equilibration time 1 hour, 68.51% and 67.36% Pb(Ⅱ) can be removed by E. coli and B. subtilis. And under the optimal conditions of pH 5.5, equilibration temperature 30 °C, and equilibration time 1 hour, 60.26% and 54.56% Cr(Ⅵ) can be removed by E. coli and B. subtilis. Chemical treatment of cultivated bacteria (0.1 mol/L NaOH, 0.1 mol/L HCl, 30% ethanol, and distilled water) affects the efficiency of metal removal by E. coli and B. subtilis. Pretreatment of biomass by NaOH enhanced Cd(Ⅱ), Pb(Ⅱ) and Cr(Ⅵ) removal, while pretreatment by HCl, ethanol and distilled water reduced Cd(Ⅱ), Pb(Ⅱ) and Cr(Ⅵ) removal. For metal removal from industrial waste discharges, pretreated biomass of E. coli can remove 68.5% of Cd and 58.1% of Cr from solutions, while pretreated biomass of B. subtilis can remove 62.6% of Cd and 57% of Cr from solutions.

Heavy-Metal Tolerance and Antibiotic Susceptibility of Red Pigmented Bacteria Isolated from Marine Environment

This study was undertaken to determine heavy metal resistance and antibiotic susceptibility of three non-pathogenic red pigmented bacteria namely WPRA3, SM11-3j and SC-G18, isolated from marine environments of Malaysia. The bacteria isolates were identified by 16S rRNA sequencing and by biochemical and morphological tests. The 16S rRNA gene sequences of all isolates showed ≥96% similarity to Serratia spp. Antibiotic susceptibility test of isolates was assayed according to the Kirby-Bauer disc diffusion method. All isolates were highly resistant to beta-lactam antibiotics, but were susceptible to quinolone antibiotics. Minimum inhibitory concentration (MIC) of nine heavy metals (Ni2+, Co2+, Cr3+, Zn2+, Mn2+, Pb2+, Hg2+, Cd2+ and Cu2+) against the bacteria isolates were determined via the plate-dilution method. The isolates exhibited resistance to Ni2+, Co2+, Cr3+ and Zn2+. Isolates WPRA3 and SM11-3j showed higher multiple tolerances to heavy metals. The results obtained indicate that bacteria from marine environments of Malaysia present interesting metabolic activities, which should be studied and explored for potential biotechnological applications.

微生物菌剂与植物协同修复铅污染土壤

为了有效修复和美化污染的土壤环境,降低重金属的污染,将培养生物菌剂与2种富集植物联合修复铅(Pb)污染的土壤,通过微生物培养、高效液相色谱、微生物群落多样性分析等方法,研究土壤中重金属残留、酶活性、叶绿素含量、重金属抗性菌、微生物数量和群落多样性。结果表明:Pb污染浓度为400 mg/kg,分别经过联合修复30 d和60 d,土壤中重金属浓度分别下降了19.61%、19.48%,60 d比30 d吸附率分别提高了16.82%、17.83%。过氧化氢酶由对照组的5.6 mg/kg增加到11.4、15.9 mg/kg;碱性磷酸酶的活性由45.6 mg/kg增加到88.4、93.4 mg/kg;蔗糖酶的活性由4.2 mg/kg增加到9.6、9.9 mg/kg;脲酶的活性由32.6 mg/kg增加到66.3、71.2 mg/kg。叶绿素的含量分别增加9.16%、9.18%。重金属抗性菌检出量分别减少21.31%和20.27%。细菌、真菌和放线菌的数量最高增加了97.68%、67.63%、210.09%。微生物群落多样性和丰度也相应增加2.7%、2.9%。可见污染土壤经过微生物菌剂与植物联系修复后,植物的光合作用增强,加快重金属的吸附和转运,提高酶活性,提升植物对重金属的耐受性,重金属抗性菌数量显著降低,微生物群落多样性增加;阐明微生物菌剂和植物协同作用下对重金属污染土壤的强化修复机制,为高效治理土壤污染提供科学依据。

SRB的分离鉴定及其对酸性矿山废水的处理

针对酸性矿山废水高浓度硫酸盐和金属离子以及低pH的污染情况,从矿区煤矸石堆的底泥和浸出液中筛选鉴定出一株硫酸盐还原菌,根据其形态特征以及16SrRNA基因序列进行鉴定,研究碳源、温度、pH、初始硫酸盐浓度对该菌株生长和还原硫酸盐的影响,并利用该菌株处理酸性矿山废水。菌株经过16SrRNA基因测序后,鉴定为Citrobacter freundii,命名为S1(NCBI登录号:PP273014)。菌株S1在35℃、pH为7.0、SO_(4)^(2-)浓度2000 mg/L的条件下生长最旺盛。菌株S1对酸性矿山废水中TFe、Mn^(2+)、Zn^(2+)和SO_(4)^(2-)均有一定的处理效果,接种7 d后去除率分别为81.96%、35.08%、52.92%和63.24%,废水pH从4.38提高到了6.6左右。

不同外源Cd(Ⅱ)对Pseudomonas aeruginosa EPS的胁迫效应--产量、组分、吸附特性变化及其机制

以CdCl_(2)、CdSO_(4)和Cd(NO_(3))_(2)为胁迫因子,比较了不同阴离子在胁迫/诱导过程中对Pseudomonas aeruginosa(P.aeruginosa)胞外聚合物(EPS)的产量和特性的影响以及对Cd(II)吸附性能的变化.研究发现,当Cd(NO_(3))_(2)胁迫/诱导浓度为50mg/L时,EPS产量达到214.91mg/g VSS,其中蛋白质含量达到136.75mg/g VSS,较胁迫/诱导前增加了409.31%.此时EPS的吸附性能最好,对Cd(II)的平衡吸附量最大,较胁迫/诱导前增加了近一半.HPLC分析表明,EPS蛋白质中氨基酸的变化与EPS的吸附特性密切相关.3D-EEM、XPS和FTIR结果表明,EPS中C=O、C-N和N-H含量增加,有利于重金属的结合.竞争吸附实验发现,EPS对Cd(II)的亲和力高于Zn(II).

细菌介导重金属转化过程及金属组学研究方法

重金属污染依然是我国严重的环境问题之一。在重金属胁迫下,微生物可通过复杂的过程,对重金属进行转化,降低重金属的毒性,其中转化涉及的分子机制广受关注。目前,在上述机制相关研究中,对转化过程中重金属的衡量多局限于总量的测定,而对其赋存形态的研究不足,导致难以取得有效进展。对细菌介导重金属的转化过程及金属在其中的赋存形态进行综述,探讨了金属组学研究方法在其中的应用,重点针对重金属的颗粒态与蛋白质结合态进行分析、表征和鉴定,为微生物介导重金属的转化研究提供新视角。

生物吸附剂在含重金属离子废水处理中的研究进展

高效、节能、环保的含重金属离子废水处理技术是如今的研究重点之一,生物吸附法因其对环境友好的特性以及优秀的吸附性能,在含重金属离子废水处理的领域内有着较大的潜力。近些年来,国内外研究者从酵母、生物质、细菌、藻类等方面对生物吸附剂进行探索研究,以期让其更好的应用于实际。主要是从生物吸附剂材料分类和生物吸附机理两方面,对目前的生物吸附剂研究进展进行总结和归纳,并对其未来的发展做出相应展望。

无机氮和重金属对渤海不同区域沉积物中厌氧氨氧化菌的影响差异

厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonium oxidation,Anammox)是驱动厌氧氨氧化过程、去除海洋沉积物中氮元素的重要引擎。为分析无机氮和重金属对厌氧氨氧化菌的影响,以渤海沉积物中厌氧氨氧化菌为研究对象,采用Illumina高通量测序技术和实时荧光定量PCR技术对渤海13个站位表层沉积物中AMX16S rDNA基因进行检测,分析其群落结构以及重金属含量对群落结构和多样性的影响。结果表明,渤海沉积物中厌氧氨氧化菌类群可归为14门、8纲、9目、5科、8属、26种,其中浮霉菌门(Planctomycetota)在渤海沉积物中占主导地位,且在中部区域丰度最高;相对丰度最高的属为Candidatus Scalindua。沉积物中重金属Hg在南部区域浓度最高。随机森林分析结果显示,南部区域厌氧氨氧化菌群落结构变化可能与沉积物中的NH4+、Hg和Cr含量密切关联,在北部区域可能与Pb含量密切相关,而在中部区域可能与NO2-含量密切相关。AMX16S rDNA丰度与重金属Cr和Cu、总氮以及沉积物粒度显著正相关(P<0.05)。研究表明,渤海具有丰富的微生物资源和厌氧氨氧化菌,具有代谢多种污染物的潜力。研究结果为认识近海污染对微生物的地理分布格局、群落生态位分化提供了依据。

SRB对AMD湿地处理系统沉积物中重金属的钝化作用研究

湿地沉积物既是重金属污染的汇,也是重金属污染的源,沉积物修复技术中的微生物钝化技术是实现重金属原位修复的一种重要手段。以酸性矿山废水(Acid Mine Drainage,AMD)湿地沉积物为对象,研究了硫酸盐还原菌(Sulphate Reducing Bacteria,SRB)对湿地沉积物中铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)和锌(Zn)释放及形态的影响,探究了SRB对沉积物中重金属的钝化效果。结果表明:在沉积物中接种SRB可不同程度地提高浸出液p H、电导率(EC)值,降低氧化还原电位(Eh)和硫酸盐(SO_(4)^(2-))浓度,当SRB的接种体积大于100 mL时,浸出液中Fe、Mn、Cu的浓度显著降低,当接种体积为200 mL时,浸出液Zn的浓度显著降低;接种SRB可使沉积物中Fe由弱酸提取态和可还原态转为可氧化态,使可还原态Mn向弱酸提取态及可氧化态转化,而沉积物中Cu、Zn则由弱酸提取态向可氧化态转化;接种14 d后,SRB接种体积为200 mL的处理组中沉积物中Fe、Mn的钝化效率最高,接种体积为100 mL的处理组中SRB对Cu和Zn的钝化效果最为明显。

云南勐库古茶园重金属分布与微生物生态特征

文章通过ICP-AES和土壤细菌群落结构测序技术探讨了云南勐库古茶园土壤中重金属的分布及其对微生物生态的作用,并揭示了古茶园土壤中重金属的富集情况及其对微生物群落结构的显著影响。研究表明,Cr、Cu、Sn、Hg等重金属元素在茶园土壤中富集,而Mo、Pb等重金属元素亏损。重金属元素的富集不仅降低了微生物的生物量和种群数量,还影响到了微生物群落的结构化和多样性。土壤中的优势门类细菌,如酸杆菌门等,与多数重金属元素呈负相关关系,对茶树具有积极的作用,可降解重金属毒性。

城市化粪池粪便污泥基本物料特性及潜在环境风险

对城市化粪池粪便污泥的基本物料特性及潜在环境风险进行初步探讨,以上海市5座公共厕所化粪池为研究对象,采用多种方法测定其粪便污泥中的养分、病原微生物、重金属及抗生素含量,以期为后续资源化利用提供一定的数据支撑。结果表明:粪便污泥中有机质和营养元素丰富,可以作为肥料原料应用,但碳氮比(C/N)远低于一般常规堆肥处理工艺的C/N要求(15~25);粪大肠杆菌、粪肠球菌和沙门氏菌在所有样品中均被检出,其中粪大肠杆菌高达53700~92100 n/g;粪便污泥中重金属含量远低于市政污泥,其中Zn、Cu、Cr、Cd、Pb和Ni的环境风险指数均<10,且综合风险指数为19.36,属低生态风险;5组粪便污泥被检出的四环素、金霉素和磺胺甲恶唑的生态风险等级均为第二风险等级(低风险),即粪便污泥直接农用的抗生素生态风险虽然较低,但不能被忽视。因此,城市化粪池粪便污泥具有较高的资源化利用潜力,但需选择适当处理技术以应对以上存在的潜在风险。

微氧生物亚铁氧化及其重金属固定效应研究进展

铁的生物地球化学循环对于多种环境过程至关重要,如碳封存、温室气体排放以及营养元素和有毒金属的迁移和转化。近年来,随着分离培养方式及分子生物学方法的发展,作为铁循环的重要组成部分的微氧生物铁氧化的研究取得了显著的进展。微氧型亚铁氧化菌广泛分布于近中性环境中,其分离栖息地从地下水、湿地、溪流延展至深海环境。微氧生物亚铁氧化成矿过程主要发生在细胞表面,生成比表面积较大的无定型铁氧化物。大部分微氧型亚铁氧化菌通过形成鞘状或螺旋柄状结构的胞外多聚物吸附生成的铁氧化物,防止自身被铁氧化物包埋,导致无法正常代谢而死亡。亚铁氧化成矿过程可吸附和共沉淀重金属元素,降低重金属的移动性和生物可利用性,从而缓解重金属的污染,为治理环境污染提供新的思路。文章主要总结了近年来国内外对嗜中性微氧型亚铁氧化菌的研究进展,包括其代谢特征、种类及分布、以及亚铁氧化菌的成矿机制和成矿过程对重金属迁移转化的影响。最后对如何快速有效地分离微氧型亚铁氧化菌、明确成矿过程中的特殊结构的形成机制等问题进行了讨论和展望。

硫酸盐还原菌修复四川某典型铜矿选冶渣复合重金属污染研究

为实现铜矿选冶渣复合重金属污染的修复治理,以四川某铜矿选冶渣为研究对象,采用硫酸盐还原菌为固化/稳定化微生物,探讨了其生长特性、溶液中重金属离子变化规律及修复效果。结果表明,硫酸盐还原菌在修复铜矿选冶渣时生长迅速,适合作为修复复合重金属污染的微生物;由于铁、锌、铜、铅等重金属活性差异较大,因此其固化效果亦有显著差异;修复30 d时,重金属Cu、Pb、Zn、Fe的最佳接种量分别为5%、10%、15%和15%,生物有效性降低率分别为72.36%、98.37%、43.01%和79.31%;随着固化时间的增加,溶液中重金属离子的浓度先增后减,但并不影响其修复效果。因此,硫酸盐还原菌可同时修复多种重金属离子,有效解决某铜矿选冶渣中铁锌铜铅的复合重金属污染。

解磷菌联合绿色活化剂对黑麦草累积土壤中镉的影响

以橙子废渣提取物和谷氨酸二乙酸四钠(GLDA)为原材料制备了绿色活化剂,研究了解磷菌联合绿色活化剂对黑麦草富集、转运及累积土壤中镉的影响。结果表明,解磷菌对黑麦草在镉污染环境下的生长有显著促进作用,单独使用绿色活化剂时黑麦草干重下降了27.37%,抑制了黑麦草的生长;将二者联用时,黑麦草干重是空白组的1.29倍,解磷菌的加入缓解了绿色活化剂对黑麦草生长的负面作用。解磷菌联合绿色活化剂使土壤中有效态镉含量提升而土壤总镉浓度减少,且地上部分和地下部分的富集系数分别提升了35.37%和10.23%,黑麦草对镉的转运系数提升了22.58%。此外,镉在黑麦草地上部分和地下部分的累积总量分别提升了87.90%和32.69%,且各处理方式下,镉在地上部分累积总量均大于地下部分,说明解磷菌联合绿色活化剂的使用促进了黑麦草对土壤中镉的提取。

铅污染矿区中耐铅解磷菌对玉米的促生及根际铅的固化效应

矿产资源的开采、冶炼活动造成了一定的生态环境问题,土壤中可溶性重金属随着地表径流和地下渗透造成矿区和周边农田重金属污染。而矿区中土壤微生物对重金属具有一定耐性,研究微生物对植物根际微生态环境的改善作用具有重要意义。在矿区废弃地土壤中筛选耐铅(Pb)解磷菌的基础上,将含有菌株分泌物的上清液、菌液、发酵液(上清液+菌株)分别施用到玉米(Zea mays L.)根际土壤中,对比三者对玉米的促生效果及根际土壤铅的形态变化,探究解磷菌对玉米的促生机制及其对土壤铅的固化作用。所筛菌株被鉴定为巴氏克雷伯菌(Klebsiella pasteurii),其通过分泌乙酸、乳酸、酒石酸和草酸对Ca3(PO4)2的溶磷率为26.5%,并能分泌生长素(IAA)。在玉米根际土壤中施用菌株的上清液、菌液和发酵液后,较对照组玉米株高、茎直径、地上与地下生物量均显著增加,其中施用发酵液组增幅最高,较对照组分别增加了128%,216%、266%、147%。同时,3个处理组中玉米地上生物量中铅含量分别降低68.6%、58.1%、70.1%,地下部铅含量分别降低119%、36.7%、39.5%。施用菌株上清液、菌液和发酵液后均使玉米根际土壤中可溶态的铅向稳定态铅转化,这可能是巴氏克雷伯菌在解离土壤磷素的过程中,其解离的磷可能与铅形成稳定态的磷铅化合物,进而降低植物对铅的吸收。由此可以得出,在铅污染土壤中巴氏克雷伯菌能够显著固化重金属铅并抑制玉米对铅的吸收,对玉米具有促生作用,因此,巴氏克雷伯菌在土壤重金属修复和保障农作物食品安全方面具有重要价值。

植物乳杆菌CCFM8661对重金属铅的生物减除作用

目的:评价植物乳杆菌CCFM8661(Lactobacillus plantarum CCFM8661)在人体内的铅减除作用及对人体健康的影响。方法:在食源性重金属暴露的地区招募60名志愿者,将其分为两组,分别口服植物乳杆菌CCFM8661菌粉与安慰剂。通过分析志愿者受试前后的血铅含量、血细胞、血生化及血中钙、铁等元素的情况综合评价植物乳杆菌CCFM8661对铅暴露人群的保护作用。结果:植物乳杆菌CCFM8661干预有效降低了铅暴露人群的血铅含量,同时对受试者的总胆红素、尿素及血清总蛋白等水平具有下调作用,而对受试者血细胞、血中钙、铁等元素水平无明显影响。结论:植物乳杆菌CCFM8661可以有效降低铅暴露人群体内的铅水平;其对铅暴露人群具有铅毒性保护作用,具有进一步开发成生物减除重金属微生态制剂的应用前景。

铅冶炼场地土壤微生物群落结构与硫氧化菌作用

长期的铅冶炼生产活动给周边地区带来了严重的重金属污染。重金属污染土壤的微生物群落结构和组成对其风险评估和污染修复具有重要意义。本文选择某铅冶炼区域的周边环境,研究重金属污染在垂直剖面上对土壤微生物群落结构和组成的影响。结果表明,重金属含量随着土壤垂直深度的增加而逐渐降低,中度污染土壤中微生物群落多样性高于低污染土;无论污染程度如何,表层土壤微生物群落多样性均高于底层;相对丰度优势属包括Perlucidibaca、Limnobacter、Delftia、Hydrogenophaga、Thiobacillus、Sulfurifustis、Sphingopyxis,其中硫氧化菌(SOB)丰度较高。XRD结果表明,土壤中存在PbSO_(4),可能是由于SOB的富集对硫的氧化作用。这种硫循环特征可能是铅(Pb)转化为PbSO_(4)的稳定化修复潜力。