Rhodopseudomonas spheroides 활성화 갈탄 고정 황산염을 이용한 산성 광산 배수의 동적 실험

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 8783(2022) 이 기사 인용

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황산염환원박테리아(SRB) 생물학적 방법을 이용한 산성광산배수(AMD) 처리가 pH, 금속이온, 황산염, 탄소원에 취약하다는 문제를 겨냥한 것이다. 갈탄 고정 SRB 입자(SRB-LP) 및 Rhodopseudomonas spheroides(R. spheroides) 활성화 갈탄 고정 SRB 입자(R-SRB-LP)는 SRB, R. spheroides 및 갈탄을 주 기질로 하는 미생물 고정화 기술을 사용하여 제조되었습니다. AMD에 대한 SRB-LP 및 R-SRB-LP의 동적 복구 효과를 조사하기 위해 동적 실험 컬럼 1# 및 2#를 각각 SRB-LP 및 R-SRB-LP를 필러로 사용하여 구성했습니다. RL-SRB 입자로 처리된 AMD의 메커니즘은 주사전자현미경(SEM), 푸리에 변환 적외선(FTIR) 분광기 및 저온 질소 흡착을 통해 분석되었습니다. 결과는 R. spheroides와 갈탄의 조합이 SRB에 탄소원을 지속적으로 제공할 수 있음을 보여 주었으며 R-SRB-LP에 의한 AMD의 SO42−, Cu2+ 및 Zn2+ 제거율은 93.97%, 98.52% 및 94.42%였습니다. , 각각 가장 높은 pH 값은 7.60이었습니다. AMD에 대한 R-SRB-LP의 동적 복구 효과는 SRB-LP보다 훨씬 우수했습니다. 특성 분석 결과, R-SRB-LP 반응 후 갈탄의 -OH 관능기와 큰 벤젠 고리 구조가 깨져 갈탄 구조가 파괴되고, 비표면적이 반응 전보다 1.58배 더 커진 것으로 나타났다. 이는 R. spheroides가 갈탄을 분해하여 SRB에 탄소원을 제공했음을 보여줍니다. R-SRB-LP의 강력한 SRB 활성인 SRB는 AMD를 갈탄과 함께 치료할 수 있으므로 AMD에 대한 R-SRB-LP의 동적 치료 효과는 SRB-LP보다 훨씬 우수합니다.

석탄 자원의 개발은 산업 발전에 중요한 역할을 하지만, 석탄 굴착 중에 황화물 광석[황철석(FeS2)과 같은]1의 산화로 인해 다량의 산성 광산 배수(AMD)가 생성됩니다. AMD는 pH 값이 낮고 황산염 및 금속 이온 농도가 높습니다. 부적절한 처리로 배출될 경우 주변 환경과 인간의 건강에 심각한 위협이 될 수 있습니다2. 지금까지 AMD 치료는 크게 중화법, 흡착법, 미생물학적 방법으로 나누어진다3. 중화 방법의 비용은 상대적으로 높으며, 공정 중에 수분을 함유한 슬러지가 다량 생성됩니다4. 흡착 방법은 금속 양이온에 대한 제거 효과가 좋지만 황산염에 대해서는 이상적이지 않습니다.

미생물 처리 방법은 비용이 저렴하고 구하기 쉬울 뿐만 아니라 황반변성에서 황산염 및 중금속 이온을 제거하는 데에도 효과적입니다. AMD의 미생물 치료에서 대표적인 유기체인 황산염환원박테리아(SRB)는 광범위한 연구와 적용을 불러일으켰습니다5. Muhammad et al.6은 적절한 조건에서 SRB가 황산염과 다양한 금속 이온이 포함된 환경에서 생존할 수 있으며 환원 반응을 통해 철, 납, 구리, 아연 및 알루미늄을 87~100% 감소시킬 수 있음을 보여주었습니다. Sahinkaya 등7은 황산염 농도가 2000mg/L이고 COD/황산염이 0.75인 폐수에 SRB를 접종할 때 황산염 감소 MBR 반응기에서 최종 황산염 감소율이 90%에 도달할 수 있음을 발견했습니다. SRB는 혐기성 환경에 사는 원핵생물이다. SRB는 황산염을 전자 수용체로, H2와 유기 분자(알코올, 아세트산 등)를 전자 공여체로 사용할 수 있으며, 소외 감소 효과를 통해 황산염을 S2−, HS− 및 H2S로 환원할 수 있습니다. 환원된 S2−는 금속 이온과 결합하여 금속 황화물 침전을 형성합니다8. SRB는 AMD 치료에 사용되며 반응 효율이 ​​높고 반응 비용이 낮을 뿐만 아니라 철, 구리 등의 유가 금속을 금속 황화물 형태로 재활용할 수 있습니다9. 그러나 전통적인 생물학적 방법은 균주가 쉽게 세척되고 낮은 pH 및 금속 이온에 취약한 등 몇 가지 문제가 있습니다10.