含硫酸鹽還原菌的海泥的篩選

硫酸還原菌（srb）可促進(jìn)氫滲透。研究表明,SRB存在時(shí)滲氫電流是無SRB時(shí)的3～4倍。而材料中的氫能引起材料脆化,導(dǎo)致裂紋的形成和擴(kuò)展加速。海底泥在海水的覆蓋下處于缺氧狀態(tài),加上豐富的有機(jī)質(zhì)的存在,SRB十分活躍。因此,處于海泥環(huán)境中的金屬有被腐蝕的危險(xiǎn)。海泥中SRB數(shù)量不同,對(duì)金屬的腐蝕行為也不同,直接表現(xiàn)為海泥中主要腐蝕環(huán)境因子的不同。這是因?yàn)镾RB生長(zhǎng)代謝過程中產(chǎn)生大量的生物和化學(xué)產(chǎn)物,造成海泥中硫電位、銀電位、pH值、氧化還原電位及電導(dǎo)率等主要腐蝕環(huán)境因子的變化,即海泥中SRB菌體數(shù)量與腐蝕環(huán)境因子具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。作者對(duì)SRB的培養(yǎng)采用密閉體系,與外部環(huán)境無物質(zhì)交換,海泥的腐蝕環(huán)境因子變化皆由SRB代謝過程及其產(chǎn)物引起。1材料和方法1.1細(xì)菌和海水實(shí)驗(yàn)用菌種采自渤海海域的海泥中;實(shí)驗(yàn)用海水取自青島匯泉灣。1.2培養(yǎng)海泥的制備富集培養(yǎng)SRB,得SRB菌種。在滅菌青島海泥中加SRB菌種,在生化培養(yǎng)箱中30℃培養(yǎng),控制培養(yǎng)天數(shù),得到含有不同數(shù)量SRB的海泥。在每個(gè)500mL廣口瓶中加400mL滅菌青島海泥,再加20mL菌齡為7d的SRB菌種,攪拌均勻后加入100mL培養(yǎng)基,再次攪拌均勻。1.3ph值和so4培養(yǎng)基:K2HPO4·3H2O0.5g/L,NH4Cl1.0g/L,Na2SO40.5g/L,CaCl20.1g/L,MgSO42.0g/L,乳酸鈉3.5g/L,酵母膏1.0g/L,陳海水1L。用HCl或NaOH調(diào)節(jié)pH值為7.2±0.2;121℃蒸汽滅菌20min;Fe(NH4)2(SO4)2·7H2O1.2g和抗壞血酸0.4g,分別溶于121℃蒸汽滅菌20min的40mL蒸餾水中,實(shí)驗(yàn)前每100mL培養(yǎng)基中加入1mL該溶液。采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)最大可能數(shù)(MPN)法對(duì)海泥中的SRB進(jìn)行計(jì)數(shù),5個(gè)平行管進(jìn)行絕跡稀釋。取一定量海泥,用生理鹽水按倍比稀釋并分別接種于各試管,灌滿培養(yǎng)基,用橡膠塞密封試管,置30℃生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)7～21d,觀察計(jì)數(shù)試管中SRB的個(gè)數(shù),試管或管底呈黑色者為陽(yáng)性。1.4還原電極、銀電極的制備腐蝕環(huán)境因子的測(cè)定實(shí)驗(yàn)在平行的500mL廣口瓶中進(jìn)行,瓶口用橡膠塞密封,其中電導(dǎo)電極、氧化還原電極、銀電極通過在橡膠塞上打孔一直埋在海泥中,在SRB的一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)不取出。硫電位的測(cè)定是每次取出定量海泥,用抗氧絡(luò)合劑稀釋100倍,然后用硫離子選擇電極的標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定。測(cè)定儀器為:DDS-11A電導(dǎo)率儀,pHS-25型pH/mV計(jì)。實(shí)驗(yàn)中,所有電位均相對(duì)于飽和甘汞電極。2結(jié)果與討論2.1srb細(xì)菌生長(zhǎng)的變化在海泥中不連續(xù)培養(yǎng)SRB(只在接種時(shí)加入營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)),一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)的生長(zhǎng)曲線如圖1所示。從圖1可以看出,在海泥中SRB生長(zhǎng)數(shù)量變化大致可分為3個(gè)階段:0～6d為快速生長(zhǎng)階段,大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的加入,使SRB數(shù)量迅速增長(zhǎng),由剛接種時(shí)的25個(gè)/mL增加到8.5×106個(gè)/mL,6d內(nèi)增長(zhǎng)了5個(gè)數(shù)量級(jí);7～10d為衰亡階段,細(xì)菌仍在繁殖,但是原有細(xì)菌也在不斷死亡,總趨勢(shì)是細(xì)菌總量減少;10d以后為殘余階段,細(xì)菌數(shù)量很少,但由于海泥中為厭氧環(huán)境,即使不再加入新的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),活性菌體數(shù)量也能較長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定。2.2srb生長(zhǎng)周期內(nèi)硫離子的變化規(guī)律SRB新陳代謝最重要的特征是細(xì)菌把溶液中的硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫離子,導(dǎo)致海泥中硫離子質(zhì)量濃度顯著增加,而硫離子質(zhì)量濃度增加又表現(xiàn)為硫電位的降低。圖2表示硫電位在SRB的一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)的變化。由圖2可見,在接種后的前6d,硫電位隨SRB的生長(zhǎng)而迅速下降。在進(jìn)入SRB的衰亡階段后,SRB活菌體不斷減少,但是硫離子卻不會(huì)消亡,在海泥中不斷積累,所以硫電位在SRB逐漸衰亡后只是稍微有些減小。在SRB生長(zhǎng)的殘余階段,硫電位只是發(fā)生稍微的波動(dòng),仍然保持在這一水平上。由于硫離子具有很強(qiáng)的還原性,它的質(zhì)量濃度變化將會(huì)影響海泥體系的氧化還原電位;在硫離子與其他代謝產(chǎn)物的共同作用下,其弱酸平衡方程式為:加上弱酸平衡的存在,海泥體系的pH值和電導(dǎo)率也會(huì)發(fā)生變化。2.3銀電極的電化學(xué)行為測(cè)量銀電位的目的是探索海泥SRB數(shù)量和銀電位的關(guān)系,探討通過測(cè)量銀電位快速測(cè)量SRB數(shù)量的可能性。銀電極對(duì)SRB的響應(yīng),可能也是對(duì)硫離子的響應(yīng),2Ag+S2--2e→Ag2S,由于Ag2S具有極小的溶度積,該反應(yīng)易發(fā)展進(jìn)行,因此Ag電極對(duì)SRB的響應(yīng)非常敏感。從圖3可以看出,銀電極電位變化范圍達(dá)90mV,而硫離子選擇電極的電位變化范圍僅為30mV,這就為通過測(cè)量銀電極電位測(cè)量SRB數(shù)量提供了方便條件。實(shí)驗(yàn)表明,銀電極具有操作簡(jiǎn)單、響應(yīng)快、與SRB數(shù)量線性關(guān)系顯著等優(yōu)點(diǎn)。黃彥良等依據(jù)銀電極的此優(yōu)點(diǎn)已發(fā)明實(shí)用新型專利硫酸鹽還原菌測(cè)量傳感器,該傳感器可以用于測(cè)量海水中SRB的數(shù)量。作者在此基礎(chǔ)上探討海泥中銀電極電位與SRB數(shù)量的關(guān)系。2.4srb生長(zhǎng)的代謝產(chǎn)物pH隨SRB生長(zhǎng)過程的變化如圖4所示。由圖4可見,在一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi),SRB的代謝活動(dòng)并未使海泥的pH值發(fā)生較大波動(dòng),溶液基本保持在中性或者弱堿性范圍內(nèi),這是因?yàn)楹Ｄ嗪团囵B(yǎng)基本身都具有一定的緩沖性能。在SRB生長(zhǎng)的最初3d內(nèi),特別是接種后的第1天,大量代謝產(chǎn)物生成,代謝產(chǎn)物中的硫離子大部分以H2S的形式存在,導(dǎo)致海泥的pH值迅速下降;在代謝產(chǎn)物增加的過程中,弱酸平衡向硫離子增加方向移動(dòng),pH值隨之增加。SRB的生長(zhǎng)到達(dá)衰亡階段后,海泥體系的pH值發(fā)生輕微波動(dòng)。在殘余階段,pH值基本保持穩(wěn)定。2.5srb生長(zhǎng)周期內(nèi)電導(dǎo)率的變化圖5為含SRB海泥中,氧化還原電位值隨SRB生長(zhǎng)過程的變化曲線。由圖5可知,在SRB生長(zhǎng)的最初4d里,氧化還原電位值由最初的-333mV達(dá)到-470mV,達(dá)到第6天以后,基本保持在同一水平上。氧化還原電位值的變化表明硫化物濃度的增加是體系的還原能力增強(qiáng)的直接原因。即使SRB活性降低,只要體系內(nèi)硫離子質(zhì)量濃度不再變化,則氧化還原電位值將一直保持在一個(gè)基本穩(wěn)定的水平。電導(dǎo)率隨SRB生長(zhǎng)過程的變化如圖6所示。由圖6可見,電導(dǎo)率在SRB的生長(zhǎng)周期內(nèi)變化不大,僅有2.39μS/cm。在SRB的快速生長(zhǎng)階段,海泥體系的電導(dǎo)率快速變小;在生長(zhǎng)的衰亡階段,由于SRB仍在繁殖,所以電導(dǎo)率仍有所下降;在生長(zhǎng)的殘余階段,電導(dǎo)率基本保持穩(wěn)定。2.6so42+和fes總反應(yīng)硫酸鹽還原菌陰極去極化作用公式為:水的分解:8H2O→8H++8OH-反應(yīng)產(chǎn)物:Fe2++S2-→FeS總反應(yīng):可見,在SRB生長(zhǎng)過程中,培養(yǎng)基中的Fe2+和SO42-被消耗。由于SRB的新陳代謝是一個(gè)非常復(fù)雜的過程,代謝產(chǎn)物的組成也很復(fù)雜,包括大量的生物和化學(xué)物質(zhì)。代謝產(chǎn)物導(dǎo)致體系的電導(dǎo)率有所下降,其機(jī)理有待進(jìn)一步研究。3腐蝕環(huán)境因子(1)在海泥中,SRB的一個(gè)生長(zhǎng)周期分3個(gè)特征階段:快速生長(zhǎng)階段、衰亡階段和殘余階段;(2)在SRB的快速生長(zhǎng)期,海泥中SRB活性菌體的數(shù)量與代謝產(chǎn)物硫離子的含量成正比,表現(xiàn)為與硫電位、銀電位、pH值