CN102086443A

CN102086443A - 一种能与植物材料联合作用去除工业废水中镉的微生物及其去除镉的方法

Info

Publication number: CN102086443A
Application number: CN 201010572037
Authority: CN
Inventors: 罗胜联; 饶婵; 陈觉梁; 徐涛英; 陈亮; 李波; 刘承斌
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: CN102086443B

Abstract

本发明提供了一种能与植物材料联合作用去除工业废水中镉的微生物及其去除镉的方法。利用植物材料的吸附作用初步处理废水，每立方米含镉废水中添加5kg的植物材料，搅拌、沉淀、过滤。温度控制在30℃，振荡吸附40-70min后滤出吸附剂，然后往废水中接种内生菌吸附剂，温度控制在30℃，继续进行振荡吸附，72-96小时后滤除吸附剂，完成对工业废水的处理。所述植物材料为农业废余油菜秸秆，内生菌为从超累积植物体内分离得到的内生菌。本发明的方法吸附效率高、吸附效果好、不引入新的污染、安全、经济，能有效的解决植物材料用作吸附剂处理镉废水时带来的有机污染问题。

Description

一种能与植物材料联合作用去除工业废水中镉的微生物及其去除镉的方法

技术领域

本发明涉及去除工业废水中镉方法，尤其涉及利用生物吸附、吸收重金属镉的特性去除工业废水中镉的方法。

背景技术

随着工业的发展，有毒重金属对环境的污染严重威胁着人类健康，逐步成为全球性问题。其中镉是剧毒性物质，且有协同作用，可使进入体内的其他毒物的毒性增大；还可以在人的肝、肾、胰腺和甲状腺内积累，可引起骨、消化道、血管的病变，表现有神经痛、骨质疏松、骨折、贫血、内分泌失调等症状；镉还有致癌、致畸、致突变作用。

镉污染主要来源于电镀、冶矿、冶炼、染料、电池和化学工业废水的排放，利用植物材料做吸附剂处理含镉废水是近年来迅速发展起来的处理工业废水的新技术，它利用随处可得的工、农业废弃材料吸附废水中的重金属离子。与传统方法相比具有操作简单、成本低、去除效率高、可重复利用等有优点，能高效的处理中低浓度重金属离子废水。然而，由于植物材料本身的性质特点，当将材料磨碎用作生物吸附时材料中的可溶解性有机化合物易溶解于废水中，使得水体颜色偏黄，出水COD、BOD、TOC等值均偏高，影响处理效果。传统的修饰方法包括用甲醛、氢氧化钠、浓硫酸、芬顿试剂等溶液预处理植物材料。这些材料修饰方法都不同程度上引入了新的化学污染，增加了处理成本，且吸附效率提高不大，甚至有所降低。另外用微生物作吸附剂处理重金属废水时，由于活体微生物对环境要求较高，需要往废水中添加有机碳源、改变pH值等，使得处理成本增加，如何解决利用生物吸附剂处理重金属废水中存在的这些问题，就成为本领域技术人员面临的一个新课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能与植物材料联合作用去除工业废水中镉的微生物，同时还提供一种吸附效率高、效果好、适用范围广、成本低、无污染的利用植物材料及内生菌共同作用处理工业镉废水的方法。

一种能与植物材料联合作用去除工业废水中镉的微生物，名称为Arthrobacter oxydans LKR02，保藏编号为CCTCC M 2010299。

应用所述的微生物与植物材料联合作用去除工业废水中镉的方法，包括以下步骤：

先调节待处理工业废水的pH值至5-8，每立方米的含镉废水中添加不少于5kg的植物材料；振荡吸附后滤除植物材料，然后往滤液中接种Arthrobacteroxydans LKR02菌，继续进行振荡吸附后过滤，完成对工业废水的处理。

所述用于处理含镉废水的植物材料是收割后的油菜秸秆。

所述的油菜秸秆用清水洗净，置于烘箱中50℃烘干至恒重，粉碎过50目筛即可。

所述的rthrobacter oxydans LKR02菌在液体LB培养基中培养，按体积比为0.01-1％的比例接种于待处理废水中。

所述的两次振荡吸附过程均是采用摇床进行的，摇床的转数为120-150rpm；pH值为6.5-7.5；温度为20-35℃。

所述的植物材料吸附时间为40-70min；优选40min。

所述的Arthrobacter oxydans LKR02菌吸附时间为72-96h；优选72h。

本发明Arthrobacter oxydans LKR02菌为非模式菌株，氧化节杆菌属，革兰氏阳性菌，呈短杆状，多聚排列，无芽孢，无荚膜，异养，生长过程中需要氧气，不需光照。该菌体单菌落形态图见图1。

该菌分离方法：

首先将从矿区采集到的新鲜龙葵植株用自来水冲洗表面，去除表面粘附的土壤颗粒，然后用剪刀将整株龙葵剪成根、茎、叶三部分，随后将这三部分分别置于70％乙醇溶液浸泡3min、次氯酸钠溶液(2％可用Cl^-)浸泡30min进行表面消毒，再用已消毒的去离子水冲洗植物材料表面粘附的消毒液，随后将适量的根、茎、叶分别置于研钵中，加入几毫升PBS缓冲液，研磨，最后将研磨液逐次稀释到10^-1-10^-8倍，吸取0.1mL稀释液于LB固体培养基中于28℃恒温箱中培养2-14天，在培养期间，观察菌落的形态、颜色等性质，挑取具有不同形态结构的菌落于LB液体培养基中扩大培养，再将经扩大培养后的菌体稀释适当倍数于LB固体培养基中，观察单菌落的表面形态特征，并以LKR(表明该菌分离于龙葵根)、LKS(龙葵茎)、LKL(龙葵叶)的标记命名。(菌种分离实验中用到的溶液、研钵、杵、培养皿、烧杯等都都需先进行灭菌处理，且菌种分离操作于无菌室超洁净台中进行。)

本发明Arthrobacter oxydans LKR02菌分离于龙葵根部。

通过形态学观察，生理生化特性以及16SrDNA序列测序鉴定，该菌株为氧化节杆菌，命名为Arthrobacter oxydans LKR02，并于2010年11月12日在中国典型培养物保藏中心进行了保藏。

本发明的原理及优势：

本发明基于植物材料油菜对重金属具有相当的吸附能力，可以用作重金属处理的高效、经济材料，另外从超累积植物龙葵体内分离得到的内生菌具有较高的重金属耐受能力，能够抵御较高重金属浓度的毒害，并且对重金属具有非常好的吸附效果，以往的重金属植物材料吸附方法，由于植物材料的有机物成分易造成水体的COD偏大，而微生物的活体吸附对环境要求较高，需要不停的向水体中提供有机物以供微生物不断的生长繁殖，增加处理成本，使得这两种方法在工业上的大规模运行有相当难度，本发明是第一次将植物吸附与微生物吸附联合起来处理重金属污染废水的方法，先用植物材料处理重金属废水，植物材料中的部分有机物溶解于水中，微生物内生菌利用这些有机物作为碳源，供自身生长繁殖，并吸附废水中剩余的重金属，降低了处理成本，是一个简单、经济、方便、高效的重金属废水处理新技术。

附图说明

图1为本发明Arthrobacter oxydans LKR02菌体单菌落形态图；

图2为内生菌吸附剂对Cd²⁺的去除率。

具体实施方式

以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。

实施例1

先往每立方米的含镉废水中添加5kg的植物材料吸附剂，将温度控制在30℃，振荡吸收，70min后离心、过滤去除吸附剂，将滤出水调节至中性后，继续往废水中投加经平板培养的内生菌，重复进行振荡吸附，其中内生菌利用水体中的有机物生长繁殖并吸附废水中残余重金属，摇床反应72-96小时后滤除吸附剂，完成对工业废水的处理。使出水中的镉含量降低，减轻对水体的重金属污染，COD值达到一级排放标准。所用生物吸附剂为油菜秸秆及从超累积植物龙葵体内分离的到的内生菌。本发明技术方案中的pH值、吸附时间是通过以下对实验室模拟废水的吸附试验确定的。

1、植物材料pH值范围的确定。取1m³的50mg/L的含Cd²⁺废水，通过加入NaOH溶液或盐酸调节pH值，配成pH值1-9的系列溶液，加入5kg上述方法制备得到的植物材料生物吸附剂，温度为30℃，振荡器上搅拌2h后，过滤，测定吸附后水中的镉离子含量(测定结果见表1).在pH值高于5时，有97％以上的Cd²⁺被去除，考虑到在碱性条件下，Cd²⁺会形成氢氧化镉沉淀，所以该植物材料吸附剂适宜吸附的pH范围为：5-8，最佳吸附pH值为7。

表1 植物材料吸附剂在不同pH值条件下对Cd²⁺去除

pH值	1	2	3	4	5	6	7	8	9
										去除率(％)	75.1	76.3	76.9	79.2	83.3	86.9	89.2	89.4	89.6

2.植物材料最佳吸附时间的确定。分别投加按上述方法制备的植物材料生物吸附剂到Cd²⁺浓度为50mg/L，pH值为7实验室模拟废水中，在30℃恒温，转速150rpm条件下，振荡吸附，吸附时间分别为10min、20min、30min、40min、50mim、60min、70min。在以上时间取出样品，过滤，并收集滤液于20ml容量瓶中，稀释合适倍数，在火焰原子吸收分光光度仪中测定吸附后溶液中Cd²⁺浓度，记录结果如表2所示，用植物材料作吸附剂处理含镉废水时有一个饱和吸附过程，当材料表面达到饱和时，存在一个吸附与解吸附的动态平衡过程，所以，从节省时间方面考虑最佳吸附时间为40min。

表2 植物材料吸附剂在不同吸附时间对Cd²⁺的去除

吸附时间(min)	10	20	30	40	50	60	70
								去除率(％)	63.29	71.58	80.48	86.43	83.75	86.79	82.64

3、内生菌吸附剂最佳时间的确定

分别投加按上述方法制备的内生菌吸附剂到经植物材料处理后Cd²⁺浓度为10mg/L，pH值为7的废水中。在30℃恒温，转速150rpm条件下，振荡吸附，吸附时间分别为24h、48h、72h、96h、120h，在以上吸附时间取出样品，过滤，并收集滤液于20ml容量瓶中，稀释合适倍数，在火焰原子吸收分光光度仪中测定吸附后溶液中Cd²⁺浓度，运用微波消解法测定COD值，记录结果如表3所示，本发明的内生菌生物吸附剂处理含镉工业废水的最佳吸附时间为72h。

表3 内生菌吸附剂在不同时间对Cd²⁺及COD的去除

吸附时间(h)	24	48	72	96	120
						Cd²⁺去除率(％)	76.7l	80.73	86.3l	86.42	86.0l
COD去除率(％)	80.3l	87.69	96.60	96.6l	96.63

实施例2

1.植物材料吸附剂的制备.

将植物材料先用自来水洗净表面的灰尘、微粒，再用去离子水浸洗、烘干、粉碎至50目左右。

2.将处理好的植物材料按质量体积比为5g/L的比例投加到不同浓度镉废水中，控制pH值至7，温度为30℃，反应40min，离心、过滤植物材料，测定出水镉含量、色度、COD值。实验结果如表4所示。

表4 植物材料吸附剂对工业废水中镉的去除效果

3.内生菌吸附剂的制备

从超累积植物龙葵体内分离内生菌，将对重金属具有较好抗性的内生菌扩大培养。所述LB培养基组成为：蛋白胨10g，酵母膏5g，NaCl 10g，蒸馏水1000mL。

4.将培养好的内生菌按体积比为0.1％的比例接种于经植物材料处理后的废水中，摇床反应3-4天后，测定出水镉含量、色度、COD值。实验结果如表5、表6、图2所示。

表5 内生菌吸附剂对经植物材料处理废水中镉的去除效果

表6 内生菌吸附剂对经植物材料处理废水中COD、色度的去除效果

	COD(mg/L)	色度(度)
			处理前	453.33	307.42
处理后	11.88	40.12

Claims

1.一种能与植物材料联合作用去除工业废水中镉的微生物，其特征在于，所述的微生物名称为Arthrobacter oxydans LKR02，保藏编号为CCTCC M 2010299。

2.应用权利要求1所述的微生物与植物材料联合作用去除工业废水中镉的方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的微生物与植物材料联合作用去除工业废水中镉的方法，其特征在于，所述用于处理含镉废水的植物材料是收割后的油菜秸秆。

4.根据权利要求2或3所述的微生物与植物材料联合作用去除工业废水中镉的方法，其特征在于，所述的油菜秸秆用清水洗净，置于烘箱中50℃烘干至恒重，粉碎过50目筛即可。

5.根据权利要求2所述的微生物与植物材料联合作用去除工业废水中镉的方法，其特征在于，所述的Arthrobacter oxydansLKR02菌在液体LB培养基中培养，按体积比为0.01-1％的比例接种于待处理废水中。

6.根据权利要求2所述的微生物与植物材料联合作用去除工业废水中镉的方法，其特征在于，所述的两次振荡吸附过程均是采用摇床进行的，摇床的转数为120-150rpm；pH值为6.5-7.5；温度为20-35℃。

7.根据权利要求2或6所述的微生物与植物材料联合作用去除工业废水中镉的方法，其特征在于，所述的植物材料吸附时间为40-70min。

8.根据权利要求7所述的微生物与植物材料联合作用去除工业废水中镉的方法，其特征在于，所述的植物材料吸附时间为40min。

9.根据权利要求2或6所述的微生物与植物材料联合作用去除工业废水中镉的方法，其特征在于，所述的Arthrobacter oxydans LKR02菌吸附时间为72-96h。

10.根据权利要求9所述的微生物与植物材料联合作用去除工业废水中镉的方法，其特征在于，所述的Arthrobacter oxydans LKR02菌吸附时间为72h。