CN104163502B - 一种利用兼性海洋真菌活体修复钍(ⅳ)污染水体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用兼性海洋真菌活体修复钍(Ⅳ)污染水体的方法。以兼性海洋真菌Fusarium sp.#ZZF51活体为材料，投放于含钍(Ⅳ)污染的水体中，一段时间之后，将之打捞并进行集中处理。真菌材料具有强耐盐抗辐射性。真菌富集钍(Ⅳ)能力强，自投放后2-8 h即可达到70%-80%的去除率。真菌活性菌丝体浮于水体表面，易于打捞和集中处理。操作、管理简便、成本低、修复效率高，对环境友好，无二次污染等经济和技术优势。它适用于钍矿山、水冶厂以及各种废矿石和尾矿浸出液等各种钍污染水体的后期处理。
Description
技术领域
本发明涉及钍污染水体的修复技术领域，是一种通过抗辐射红树林内源真菌Fusarium sp.#ZZF51（一株典型的兼性海洋真菌，可于淡水、陆栖及海洋环境生产及产孢）快速清除水体中钍污染的成套技术。
背景技术
钍是一种放射性元素，可用来制造高级透镜，也可用来制造特殊合金以提高强度。钍还能作为铀的替代品，可开发比铀更为安全的核燃料，因此，钍核燃料被视为未来核能发展的研究方向。近来，随着全球原子能事业的不断发展，在钍矿开采、冶炼和退役核设施的处理过程中所产生的放射性废水的种类和数量越来越多,对人类健康和自然生态环境的潜在威胁日趋严重,人们对放射性废水的处理也就提出了更高的要求。钍在水体和土壤中大多以钍(Ⅳ)形式存在，人们在放射性废水尤其是含钍(Ⅳ)废水的处理方面, 目前主要的处理方法和技术有混凝沉淀、化学沉淀、萃取、膜分离、氧化还原、沉降-结晶、凝结-絮凝、物理吸附、离子交换、电化学处理、蒸发浓缩、渗析及反渗透等方法，这些传统方法虽在一定程度取得了较好效果，但普遍存在产生的泥浆量较大, 工艺流程冗长, 后续处理烦琐，成本高以及二次污染等，尤其对含低/微量钍(Ⅳ)废水的处理效果很差，正因如此，它们的应用便受到极大限制。
微生物修复是指利用微生物机体内本身化学结构与成分特性来吸附溶于水中的重金属离子,再通过固液分离去除水溶液中重金属离子的一种方法，它以其高效廉价,适应的pH值和温度范围宽,选择性好且对低浓度废水(重金属质量浓度1～100 mg/ L)处理效果好等优点而广受关注。与传统的修复技术相比,微生物修复具有以下显著特点：（1）吸收速度快，吸收量大，选择性好；（2）处理效率高，pH值和适应温度范围宽；（3）生物吸收材料来源广泛，品种丰富，成本低；（4）投资小，运行费用低，可有效地回收一些有用贵重金属；（5）用一般化学方法就能解吸生物材料上所吸附的重金属离子，且解吸后的生物材料可循环使用。正因如此，微生物修复法被视为处理大量含低浓度重金属离子废水的最理想方法，也是该领域内最有前景的方法。
在过去十多年里，通过微生物修复法来处理含钍(Ⅳ)废水主要体现在以下两个方面：（1）非活体微生物修复钍(Ⅳ)污染水体，而对处于生长期的活体微生物与钍(Ⅳ)相互作用的修复技术（即活体动态修复技术）却报道很少。毫不夸张地说，微生物活体修复钍(Ⅳ)污染水体才是处理含钍(Ⅳ)废水真正走向大规模工业化应用的基础。（2）修复钍(Ⅳ)污染水体的微生物绝大部分来源陆地，而对海洋来源（包括红树林来源）的微生物却鲜有报道。一般来说，海洋微生物分为两大类：第一类为专性海洋微生物，即只能在海洋和河口环境中生长和产孢；第二类为兼性海洋微生物，即来自淡水或陆栖但能在海洋环境中生产和产孢的种类，诚然，这类微生物仍能回归淡水或陆栖进行生产及产孢。众所周知，海洋环境具有高盐、高压、低温、少光照、贫营养、局部高温等特征，正是这种极端环境造就了海洋来源微生物拥有自己特殊的种属及独特的代谢方式，并能产生结构新颖功能独特的代谢产物，所以说利用海洋来源微生物来修复钍(Ⅳ)污染水体则潜力无限。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种钍(Ⅳ)污染水体的兼性海洋真菌活体修复方法，该方法既具有取材方便、成本低廉、环境友好，修复效率高（尤其对低钍(Ⅳ)离子浓度废水），又具有处理步骤简单，风险小，pH值和适应温度范围宽等多重特点。
为解决上述任务，本项专利通过采样和培养实验，从多种南海红树林內源真菌中筛选出富集钍(Ⅳ)能力强、生长和繁殖速度快、且耐盐抗辐射的兼性海洋真菌Fusarium sp.#ZZF51。真菌Fusarium sp.#ZZF51采自湛江，由中山大学化学化工学院海洋天然产物实验室林永成教授和佘志刚教授惠赠，菌种现保存在中山大学化学化工学院及南华大学化学化工学院。通过将该真菌一次投放可使浓度为30-60 mg/L的含钍(Ⅳ)污染水体中钍(Ⅳ)的浓度下降80%左右，最终达到国家的排放标准。
其具体的措施是：一种利用兼性海洋真菌活体修复钍(Ⅳ)污染水体的方法，将兼性海洋真菌Fusarium sp.#ZZF51活体投放于含钍(Ⅳ)污染的水体中，一段时间之后，将之打捞并进行集中处理，其详细步骤如下：
（1）按照每升含钍30-60 mg水体投放20-100克活体真菌Fusarium sp.#ZZF51；
（2）钍污染水体的pH值控制在4-10之 间；
（3）在投放真菌Fusarium sp.#ZZF51后第8 h将真菌打捞上来；
（4）将打捞上来的真菌转移到安全地方进行干燥、粉碎、焚烧，最后填埋到铀尾矿库集中处理。
为了达到更好的吸附效果，可以采取以下措施：
（1）所述步骤1中，可采用振荡或搅拌装置，振速以120-180 rpm为宜；
（2）采用真菌活体的温度环境，以20℃-30℃为宜；
（3）真菌的含量，以不超过100g/L水体为宜；
（4）真菌被打捞出水面的时间，以投放之后8小时为宜。不宜继续增加真菌于水体中的时间，检测结果显示8 h后钍吸附率呈缓慢下降趋势，这是由真菌动态代谢原因所致。
本发明以兼性海洋真菌Fusarium sp.#ZZF51为材料，修复钍(Ⅳ)污染水体的技术方法。该方法通过向钍(Ⅳ)污染水体投放活体真菌，利用真菌对钍(Ⅳ)的吸附作用以达到去除水体中钍(Ⅳ)的效果。
本发明是一种利用兼性海洋真菌活体修复钍(Ⅳ)污染水体的技术方案，相比现有技术具有以下有益效果：
（1）用兼性海洋真菌Fusarium sp.#ZZF51作为材料，其发酵培养方便，真菌活性菌丝体来源十分丰富。
（2）真菌菌种来源海洋，因海洋环境的特殊性致使海洋真菌具有特殊的种属及独特的代谢方式，所以所用材料具有特殊优势。
（3）真菌材料具有强耐盐抗辐射性。
（4）富集钍(Ⅳ)能力强，自投放后2-8 h即可达到70%-80%的去除率。
（5）真菌活性菌丝体浮于水体表面，易于打捞和集中处理。
（6）操作、管理简便、成本低、修复效率高，对环境友好，无二次污染等经济和技术优势。它适用于钍矿山、水冶厂以及各种废矿石和尾矿浸出液等各种钍污染水体的后期处理。
附图说明
图1 钍(Ⅳ)的吸附率及吸附容量随pH值的变化关系图，
图2 钍(Ⅳ)的吸附率及吸附容量随时间的变化关系图，
图3 钍(Ⅳ)的吸附率及吸附容量随钍(Ⅳ)初始浓度的变化关系图，
图4 钍(Ⅳ)的吸附率及吸附容量随投放菌丝体量的变化关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
向7组pH值分别为4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0含钍(Ⅳ)量为50 mg L-1的50 mL水体中分别投放3.0 g真菌活性菌丝体，8 h时，分别检测水体中钍(Ⅳ)的含量，钍(Ⅳ)的吸附率及吸附容量随pH值的变化关系见附图1。由图可知，当pH值为4-8时，真菌对钍(Ⅳ)的吸附率均超过60%，其中当pH值为5.0时，钍(Ⅳ)的去除率及吸附容量均达到最大值，分别为79.24%及6.96 mg g-1，去除效果较好。
实施例2：
向8组pH 5.0含钍(Ⅳ)量为50 mg L-1的50 mL水体中分别投放3.0 g真菌活性菌丝体，0.25、1、2、4、8、10、13、24 h时，分别检测水体中钍(Ⅳ)的含量，钍(Ⅳ)的吸附率及吸附容量随时间的变化关系见附图2。当投放时间8 h时，钍(Ⅳ)的去除率为最大，接近80%，去除效果较好。
实施例3：
向5组pH 5.0含不同钍(Ⅳ)初始浓度（30、40、45、50、60 mg L-1）的50 mL水体中分别投放3.0 g真菌活性菌丝体，8 h时，分别检测水体中钍(Ⅳ)的含量，钍(Ⅳ)的吸附率及吸附容量随钍(Ⅳ)初始浓度的变化关系见附图3。当钍(Ⅳ)初始浓度为50 mg L-1时，钍(Ⅳ)的去除率为最大，接近80%，去除效果较好。
实施例4：
向5组pH 5.0含钍(Ⅳ)量为50 mg L-1的50 mL水体中分别投放不同质量（1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 g）的真菌活性菌丝体，8 h时，分别检测水体中钍(Ⅳ)的含量，钍(Ⅳ)的吸附率及吸附容量随投放菌丝体量的变化关系见附图4。当所投放真菌活性菌丝体量超过3.0 g时，钍(Ⅳ)的去除率较大，接近80%，去除效果较好，但菌丝体密度不宜太大，在1 L水体中以不超过100 g为宜，其中60 g为最佳。
Claims (5)
1.一种利用兼性海洋真菌活体修复钍(Ⅳ)污染水体的方法，其特征在于：以真菌活体为材料，投放于含钍(Ⅳ)污染的水体中，具体步骤是：
（1）按照每升含钍30-60 mg水体投放20-100克活体真菌；
（2）钍污染水体的pH值控制在4-10之 间；
（3）在投放真菌后第8 h将真菌打捞上来；
（4）将打捞上来的真菌转移到安全地方进行干燥、粉碎、焚烧，最后填埋到铀尾矿库集中处理；
所述真菌为兼性海洋真菌Fusarium sp.#ZZF51。
2.根据权利要求1所述的一种利用兼性海洋真菌活体修复钍(Ⅳ)污染水体的方法，其特征在于：所述步骤1中采用振荡或搅拌装置，振速120-180 rpm为宜。
3.根据权利要求1所述的一种利用兼性海洋真菌活体修复钍(Ⅳ)污染水体的方法，其特征在于：采用真菌活体的温度环境， 20℃-30℃为宜。
4.根据权利要求1所述的一种利用兼性海洋真菌活体修复钍(Ⅳ)污染水体的方法，其特征在于：增加真菌的含量，不超过100g/L水体为宜。
5.根据权利要求1所述的一种利用兼性海洋真菌活体修复钍(Ⅳ)污染水体的方法，其特征在于：真菌被打捞出水面的时间，投放之后8小时为宜。
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