CN102992557A

CN102992557A - 一种有效去除底泥中重金属的方法

Info

Publication number: CN102992557A
Application number: CN2012104593219A
Authority: CN
Inventors: 孙丽娜; 曾祥峰; 于晓曼; 薛冰; 孙铁珩; 汤家喜; 廉梅花; 罗庆; 杨明明
Original assignee: Shenyang University
Current assignee: Shenyang University
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2013-03-27

Abstract

一种有效去除底泥重金属的方法，属于环境工程技术领域。本发明提供一种利用黑曲霉去除河道底泥中重金属的方法。黑曲霉在利用培养基和底泥共存的物质条件下，发酵产酸淋滤河道底泥中的重金属。具体工艺为：黑曲霉在PDA平皿上培养7天后制成孢子悬浊液，接种1-5%（V/V）的浓度为1x10⁷个/mL的孢子悬浊液到发酵培养基，投加1-20%(w/v)河道底泥，在25-35℃、150-250rpm转速下恒温振荡淋滤5-10天。该方法操作简单，操作简单、经济实用、安全可靠，为重金属污染河道底泥处置与资源化开辟了新途径。

Description

一种有效去除底泥中重金属的方法

技术领域

本发明涉及一种环保技术方法，特别是涉及一种有效去除底泥中重金属的方法。

背景技术

底泥是各种来源的营养物质经一系列物理、化学及生化作用，沉积于水体底部，形成疏松状、富含有机质和营养盐的灰黑色淤泥。随着工业发展及人类需求的增长，工业、采矿、生活污水、农业和其他活动产生的含重金属污染物进入水体，通过沉淀、络合、鳌合、吸附、氧化还原等作用，沉积到底泥中不断富集，致使底泥的污染逐步加剧，破坏了生态系统的正常功能。例如，德国莱茵河、汉堡港，荷兰阿姆斯特港口以及北美五大湖等地的底泥中 Cu、Zn、Pb和 Cd 等重金属含量达 500-2000mg/kg，苏州河河段 Zn、Pb 含量均达3000mg/kg 以上，大沽河底泥重金属含量达到高度污染程度，其中 Zn 含量高达 8000mg/kg。

近二十年来，德、法、英、加、荷、美等国家先后开展了污染修复与清洁技术研究，在污染底泥的物理、化学和生物修复等方面取得了显著进展，尤其是生物修复受到各方面的重视。生物修复回收有价金属是一项新兴的高效率修复技术，具有良好的社会、生态综合效益，具有广阔的应用前景，其中微生物修复是目前研究的热点。

重金属污染底泥的微生物修复是利用微生物的生物活性对重金属的亲合吸附或转化为低毒产物，从而降低重金属的污染程度。生物淋滤技术（Bioleaching）是近年国际上兴起的一项非常有前景的金属浸提技术，它利用自然界中一些微生物的直接作用或其代谢产物的间接作用，产生氧化、还原、络合、吸附或溶解作用，将固相中某些不溶性成分（如重金属、硫及其他金属）分离浸提出来的一种技术。其主要原理是利用异养微生物如真菌、酵母菌等的生物产酸作用，将难溶性的重金属从固相溶出而进入液相成为可溶性的金属离子，再采用适宜的方法从液相中加以回收。当从污染介质中回收重金属时，相对于传统处理方法，生物淋滤修复技术可显著降低成本。利用该技术不仅可以简单、高效地从低品位矿石中提取铜、金、铀、镍、钴等有价金属，还可以用于矿山复垦、废弃物中金属回收、河道底泥的净化与脱毒等。与化学浸提法相比，它具有反应温和、耗酸少、运行成本较低等优点。

相对于淋洗矿石和其他的原材料，生物淋滤修复重金属污染河道底泥的研究刚刚起步，但是具有良好的发展和应用前景。首先，异养微生物在低品位非硫化矿、残渣、污泥等淋滤过程中的应用为异养微生物淋滤修复重金属污染河道底泥的研究提供了可靠的理论依据。原因如下：①异养微生物可以利用污染介质中的溶解性有机物作为生长所需碳源和能源，为自养菌生长提供良好环境；② 异养微生物可以分泌有机酸如柠檬酸、乙酸、草酸、葡萄糖酸等，它们不仅提供H⁺，而且有机酸根离子能够络合金属阳离子，促进重金属淋出；③微生物在代谢过程中产生胞外多糖、氨基酸、蛋白质等，这些物质也可以通过多种机制溶解重金属。使生物淋滤修复技术广泛应用于重金属污染河道底泥成为可能，但是国内外相关的研究报道较少，亟需进一步强化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效去除底泥中重金属的方法。该方法通过好痒发酵产出有机酸，将底泥中的重金属溶出，利用该菌株处理河道底泥，重金属去除率高，操作简单，处理后的底泥达到国家农业标准，为重金属污染河道底泥的土地利用奠定基础。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种有效去除底泥中重金属的方法，其所述方法包括以下过程：黑曲霉在PDA平皿上，25-30℃培养6-8天，长出黑褐色成熟孢子，把成熟的孢子用无菌去离子水后制成孢子悬浊液，接种1-5%（V/V）的浓度为1x10⁷个/mL的孢子悬浊液到发酵培养基，投加1-20%(w/v)河道底泥，在25-35℃、150-250rpm转速下恒温振荡淋滤5-10天即可。

所述的一种有效去除底泥中重金属的方法，其所述PDA培养基的成分和工艺为：马铃薯去皮后洗净，称取200g切成小块，加1L水煮沸20min，滤去土豆块，冷却后加入20g蔗糖和琼脂20g，用离子水定容至1L，pH自然，115°C高压灭菌30min。

所述的一种有效去除底泥中重金属的方法，其所述黑曲霉发酵培养基（g/L）：蔗糖100; NaNO₃ 1.5; KH₂PO₄ 0.5; MgSO₄·7H₂O 0.025; KCl 0.025; 酵母膏1.6，pH自然。115℃高压灭菌30min。

本发明的优点与效果是：

1、所用菌株从重金属污染污泥中筛出，在耐受重金属的同时，能够利用培养基成分生长，高效产出柠檬酸、葡萄糖酸等有机弱酸，对人体无害，环境友好。

2、所用菌株能够以蔗糖、淀粉、白糖和葡萄糖等为能源物质，在以上物质上培养均能良好生长，底物广泛。

3、本发明所涉及的工艺对河道底泥中的重金属去除率高，Cd、Cu和Zn去除率分别为93.5%、62.3%和57.2%，淋滤后的底泥中重金属含量低于国家农用标准（pH<6.5）。

4、本发明提供的方法，操作简单、经济实用、安全可靠。反应在室温下进行，无需外援加热，初始pH自然，无需调节；与其他传统投加无机酸和其他溶剂的化学浸提技术相比，节约成本，且操作不会产生无极酸而产生生产事故。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

本发明的技术原理是以黑曲霉可以利用培养基中溶解性有机物作为生长所需碳源和能源，为自养菌生长提供良好环境；同时，分泌有机酸如柠檬酸、乙酸、草酸、葡萄糖酸等，这些有机酸不仅提供H⁺，而且有机酸根离子能够络合金属阳离子，促进重金属淋出；黑曲霉在代谢过程中产生胞外多糖、氨基酸、蛋白质等，这些物质也可以通过络合、配合等多种机制溶解重金属。

实施例1：

1、黑曲霉在PDA固体培养基上平皿培养，30℃培养7天，长出成熟孢子，菌落表面为黑褐色。

2、将平皿上的孢子用无菌去离子水洗脱，制成孢子悬浊液；接种1-5%（V/V）的浓度为1x10⁷个/mL的孢子悬浊液到发酵培养基，投加1-20%(w/v)河道底泥，在25-35℃、150-250rpm转速下恒温振荡淋滤5-10天。

3、淋滤后进行固液分离，去除后的固体可以用于堆肥或直接土地利用，液体中重金属沉淀回收处理。

本实施方式提供的固体和液体培养基：

固体斜面培养基（PDA）：马铃薯去皮后洗净，称取200g切成小块，加1L水煮沸20min，滤去土豆块，冷却后加入20g蔗糖和琼脂20g，用离子水定容至1L，pH自然，115°C高压灭菌30min。

黑曲霉发酵培养基（g/L）：蔗糖100; NaNO₃ 1.5; KH₂PO₄ 0.5; MgSO₄·7H₂O 0.025; KCl 0.025; 酵母膏1.6，pH自然。115℃高压灭菌30min。

实施例2：

1、底泥采集和性质分析

河道底泥采自辽宁省某排污河道，采用管式泥芯采样器采集多年淤积河道下0-20cm底泥层，采集的底泥样品去除石块和动植物残体，自然风干，研磨，过100目尼龙筛，装袋备用。Cu和Zn采用HNO₃-HClO₄-HF消解，火焰原子吸收分光光度法测定； Cd采用HNO₃-HClO₄-HF消解，原子吸收石墨炉法测定；有机质含量测定采用重铬酸钾容量法；总磷测定采用钼酸铵分光光度法；测定pH值应使用酸度计。底泥重金属含量和性质如表一。

表一、底泥重金属含量和性质

项目	Zn	Cu	Cd	有机质	总磷	pH
							测定值(mg/Kg)	887.00	384.90	33.30	4.76	1150	6.25

2、菌株活化和培养

固体斜面培养基（PDA）：马铃薯200g、蔗糖20g和琼脂20g，去离子水1L，pH自然，115°C高压灭菌30min。该菌特征：在PDA培养基上，30℃生长7天后，菌落大小为75（±5）um左右，菌落高度1（±0.2）um，菌丝为无色，有黑褐色孢子。

液体发酵培养基（g/L）：蔗糖100; NaNO₃ 1.5; KH₂PO₄ 0.5; MgSO₄·7H₂O 0.025; KCl 0.025; 酵母膏1.6，pH自然。115℃高压灭菌30min。将10ml无菌水加入到在30°C恒温培养箱中培养7d的PDA平板培养基，用灭菌的接种环在培养基表面轻轻刮动，反复多次冲洗，将冲洗液倒入50ml的三角瓶中（冲洗液体积＜10ml﹚，在30°C，120rpm条件下振荡30min,制成孢子悬液，混匀后用血球计数板计孢子数，调整孢子悬液的孢子数约为2×10⁷个/mL。吸取1ml菌液于100ml发酵培养基在25-35℃、150-250rpm转速下恒温培养。菌体特征为：1天后肉眼可见菌丝体，菌丝体外层无色，内核为黑色，2天后成长为菌丝球，开始产酸，而后菌丝球由白色变为淡黄色，黄褐色。

3、生物淋滤去除底泥中的重金属

接种1-5%（V/V）的浓度为1x10⁷个/mL的孢子悬浊液到发酵培养基，培养两天后投加1-20%(w/v)河道底泥，在25-35℃、150-250rpm转速下恒温振荡淋滤5-10天。

4、结果分析

淋滤一定的时间后，取样测定溶液中残糖含量和金属含量。当蔗糖浓度为100g/L、孢子浓度2×10⁷个/ml、固体加入时间2d、底泥固体浓度20g/L和淋滤修复5d时，对河道底泥来说， Cd、Cu和Zn去除率分别为93.5％、62.3％、57.2％，去除后的金属含量分别为2.1 mg/Kg、145.1 mg/Kg和379.5 mg/Kg，低于国家农用标准（如表二）。

表二、淋滤前后底泥重金属含量和农用标准

	Cd	Cu	Zn
				底泥淋滤前重金属（mg/Kg）	33.3	384.9	887
底泥淋滤后重金属（mg/Kg）	2.1	145.1	379.5
				底泥农用标准（pH<6.5）	5	250	500
底泥农用标准（pH >6.5）	20	500	1000

Claims

1.一种有效去除底泥中重金属的方法，其特征在于，所述方法包括以下过程：黑曲霉在PDA平皿上，25-30℃培养6-8天，长出黑褐色成熟孢子，把成熟的孢子用无菌去离子水后制成孢子悬浊液，接种1-5%（V/V）的浓度为1x10⁷个/mL的孢子悬浊液到发酵培养基，投加1-20%(w/v)河道底泥，在25-35℃、150-250rpm转速下恒温振荡淋滤5-10天即可。

2.根据权利要求1所述的一种有效去除底泥中重金属的方法，其特征在于，所述PDA培养基的成分和工艺为：马铃薯去皮后洗净，称取200g切成小块，加1L水煮沸20min，滤去土豆块，冷却后加入20g蔗糖和琼脂20g，用离子水定容至1L，pH自然，115°C高压灭菌30min。

3.根据权利要求1所述的一种有效去除底泥中重金属的方法，其特征在于，所述黑曲霉发酵培养基（g/L）：蔗糖100; NaNO₃ 1.5; KH₂PO₄ 0.5; MgSO₄·7H₂O 0.025; KCl 0.025; 酵母膏1.6，pH自然，115℃高压灭菌30min。