太原市南部地区属于干旱或半干旱地区,水资源匮乏,尽管拥有大量的地下岩溶水资源,但其高硬度、高矿化度及高硫酸盐含量的特点使其既不能作为生活用水,也不适于作为工业用水,需要经过适当处理后才能投入使用。岩溶水是一类特殊水质,含有多种阴阳离子,如Ca2+、Mg2+、Na+、K+、SO42-等,水呈中性或偏碱性,略带苦涩味。不经处理直接排放或者直接投入使用,不仅会给生态环境带来一定的危害,还会影响分布地区的工业生产,而且会造成资源的浪费。本实验主要研究的是处理岩溶水中的硫酸根离子。目前,去除硫酸根的方法有多种,主要有离子交换法、反渗透法、活性炭吸附法、BaCl2法、CaCl2法、冷冻法及生物法等。物理化学方法的处理效率高,但是其成本高而且易造成二次污染；而生物方法则不仅成本低、效果好而且无二次污染。近年来,在水处理技术方面出现的固定化微生物技术备受关注。该技术不仅具有处理效率高、稳定、反应易控制、固液易分离的特点,还具有可以保持生物活性等诸多优点。本研究将采用固定化硫酸盐还原菌(SRB)来降解岩溶水中的硫酸盐,使其含量拟达到饮用水标准,即硫酸盐含量降到250mg/L以下。本研究主要从以下三个方面展开：(1)从太原市杨家堡污水净化厂二沉池回流污泥中分离筛选出一株硫酸盐还原菌(SRB),并对其进行形态观察以及生理生化特性的研究；(2)采用不同的包埋剂制作固定化小球,通过测定小球成球难易程度、机械强度和传质速率选出最佳的菌种固定化条件；(3)研究SRB固定化小球对岩溶水中硫酸盐的降解情况,探索能使岩溶水中硫酸盐含量拟达到饮用水标准的SRB固定化小球的量及处理时间、处理温度。从回流污泥中分离获得一株硫酸盐还原菌,同时采用稀释涂布—叠皿夹层培养法对该菌进行分离纯化,然后对该菌进行革兰氏染色、芽孢染色观察以及生理生化特性的研究以对菌种进行进一步的鉴定研究。在革兰氏染色观察中发现,SRB菌体呈杆状或细弧状,且菌体被染成了红色,表明SRB为革兰氏阴性菌；在芽孢染色观察中发现,SRB芽孢被染成了绿色,而芽孢囊及营养体则呈现红色,表明该菌具有芽孢。通过测定该菌的OD600值得知,SRB对不同碳源、硫源的利用情况不同,在不同的温度以及不同的pH条件下生长情况也不同；当以蔗糖、乙酸钠、乳酸钠为碳源时,SRB菌种生长良好,且菌密度较高,其中以乳酸钠为碳源时,SRB菌密度最高,生长最佳；以硫酸钠、硫酸镁、硫代硫酸钠、亚硫酸钠作为SRB的硫源时,菌种均生长良好,当以硫代硫酸钠为硫源时,SRB菌密度最高,生长最佳；SRB菌株生长适宜的温度范围为22～32℃,最适温度为32℃；适宜的pH范围为8.28～10.36,最适pH为9.62(此pH值为灭菌前的值,此时的培养基中未加入氯化钙、磷酸氢二钾,灭菌时需要分开的原因是：防止各营养成分在灭菌时反应,进而影响培养基的成分)。综合以上各方面因素,初步鉴定该菌为脱硫弧菌属。为了提高岩溶水中硫酸盐的处理效果,本实验将采用固定化微生物技术,那么摸索SRB菌种的最佳固定化条件则显得尤为重要。本实验将采用四种不同的包埋剂组合即海藻酸钠(SA)、SA与沸石、SA与聚乙烯醇(PVA)、SA与明胶,在不同浓度的CaC12饱和硼酸溶液中制作固定化小球,然后通过测定小球成球难易程度、机械强度以及传质速率来确定SRB菌种的最佳固定化条件,从而为后续的水处理实验作准备。实验中发现,以SA与沸石作为包埋剂,且量分别为：SA2.4g,沸石2.4g,CaCl2饱和硼酸溶液浓度为2%时,小球形变量较小而且完全染色耗时短。基于以上的实验结果,在第三部分实验中将采用沸石—SA包埋剂组合对硫酸盐还原菌(SRB)进行固定化,然后对岩溶水中的硫酸盐进行降解处理。分别投加不同量(0.5g、1.0g、1.5g、2.0g)的SRB固定化小球(菌种包埋量为15%)到35mL岩溶水中,然后置于不同温度(27℃、32℃、37℃)的培养箱中,分别处理0、12、24、36、48h。处理结束后,利用铬酸钡分光光度法测定岩溶水中的硫酸盐含量即OD420值,通过硫酸根标准曲线换算出SRB固定化小球处理前后岩溶水中硫酸盐含量的变化,进而探索能使岩溶水中硫酸盐含量拟达到饮用水标准的SRB固定化小球的量及处理时间、处理温度。结果表明,用SRB固定化小球处理岩溶水中硫酸盐,效果最佳的条件为：在37℃下,投加2.0g SRB固定化小球到35mL岩溶水中,处理36h时,岩溶水中硫酸盐含量降低最多,从1856mg/L降到61mg/L降解率为96.71%。综合以上实验可以看出,利用SRB固定化小球降解岩溶水中硫酸盐的效果显著,改善了岩溶水的水质,并在一定程度上可缓解太原市南部地区缺水的状况,同时为太原市南部地区生态环境和经济形式提供了有力的保障。