负载型纳米铁—蕈状芽孢杆菌复合体系处理金属铬的研究

来源 :福建师范大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:jiaofangjunonline
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近年来,随着工业迅速发展,电镀、冶金、皮革制造业、印染业等在发展中的后处理尚未完善,这些工业废水进入水体会危及水生动植物生长,并通过食物链危害人类健康。因此,重金属污染的防治引起人们的重视。传统的物理或者化学方法成本高且易造成二次污染,应用生物修复法在重金属的污染防治方面有着广阔的应用前景。本研究以实验室前期工作为基础,对已筛选出的一株除铬菌株进行深入研究。经鉴定,该菌为蕈状芽孢杆菌(Bacillus mycoides),命名为B. mycoides 200AsB1,简称200AsB1。在此基础上,探讨了理化因素对该菌株生长及除铬能力的影响;制备无患子活性炭负载型纳米铁(Sapindus activated carbon supported nano zero-valent iron, AC-nZⅥ),将其与菌株200AsB1共混制备成AC-nZVI+微生物固定化小球,考察固定化微球对废水中铬的去除效果,为其实际应用于铬污染的修复提供理论基础。主要的研究结果如下:1、本实验室前期分离得到的菌株200AsB1通过16S rRNA基因序列分析、构建系统进化树分析确定为蕈状芽孢杆菌(Bacillus mycoides), GeneBank登录号为KU499950.1。分析菌株200AsB1在浓度为0-125 mg/L的铬溶液中生长和除铬能力,得出其半致死浓度为63.92 mg/L。菌株200AsB1可在较高铬浓度条件下生长,在浓度为50 mg/L的溶液中Cr6+的去除率可达到88%;在浓度为125 mg/L的铬溶液中菌株也能生长,说明该菌株具有良好的铬耐受性和除铬能力。考察理化因素对菌株200AsB1的生长及除铬能力的影响,发现该菌在30℃、pH8时除铬效果最佳。温度升高有利于除铬效果的发挥,但随着温度的升高对菌体的生长会有一定的影响。菌液接种量对该菌株的除铬效果没有显著的影响。2、扫描电子显微镜(Scanning electron microscope, SEM)观察菌株200AsB1除铬前后的形态变化。菌株200AsB1在含铬培养基除铬后,细胞明显变得不规则,表面略显粗糙,呈褶皱状,不像原始细胞一样平整。将菌株200AsB1在含铬培养基中培养后分别测定溶液中总铬和Cr6+浓度,结果总铬和Cr6+的含量随着时间的延长,两者浓度皆有下降,说明该菌株200AsB1除铬的主要方式不是通过还原作用。同时,将菌株在含铬培养基中培养后,测定Cr6+浓度。测样前将样品分别进行离心与不离心处理,测定结果表明离心后样品中Cr6+去除率比未离心样品的高15%,说明该菌除铬作用中有一小部分是通过表面吸附完成的。通过傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectrum, FTIR)分析菌体表面官能团变化,发现约817-919cm-1的Cr6+吸收峰发生了变化,说明该菌存在表面吸附。综上说明菌株200AsB1对Cr6+的去除主要方式不是通过还原,并且存在表面吸附,有可能存在胞内吸收。3、用无患子活性炭(Sapindus activated carbon, AC)作为负载材料,通过液相还原制备法将纳米铁(nano zero-valent iron, nZVI)负载于AC上。SEM观察到AC-nZVI表面有大小不一的孔洞,可为后期与之结合的微生物提供一个稳定的环境。比较AC、nZⅥ、AC-nZⅥ这三种材料的除铬效果,发现三者均有较好的Cr6+去除效果。在AC、nZⅥ、AC-nZⅥ投加量为0.1 g、铬浓度为50 mg/L的30 mL溶液中,Cr6+去除率从低到高依次为AC、nZⅥ、AC-nZⅥ,且AC-nZⅥ在25 min内对Cr6+去除率可达100%。AC-nZⅥ可作为后期实验的材料。4、制备AC-nZⅥ+微生物固定化小球,其制备最佳条件为(50 mL体系中):海藻酸钠(Sodium alginate, SA)浓度为2%(g/mL)、nZVI0.25 g、菌株200AsB1初始菌为OD600nm=1.0的菌液300 mL(离心的湿菌体),交联时间为0.5 h。在此条件下制备的AC-nZⅥ+微生物固定化小球弹性好,机械强度较大,传质性能较好,粒径为6 min左右。所制备的小球应用于铬浓度为50 mg/L的LB培养基中,Cr6+去除率可达到94%。在铬浓度为50 mg/L并同时含有多种金属离子的电镀人工废水中,铬的去除率可达到44%左右,说明AC-nZⅥ+微生物固定化小球在含高浓度铬的废水中具有一定的应用前景。
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