CN104176835A

CN104176835A - 一种利用经非离子型表面活性剂处理的真菌修复铀(vi)污染水体的方法

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Publication number: CN104176835A
Application number: CN201410439238.4A
Authority: CN
Inventors: 谭倪; 陈芳; 杨司坤; 龙威; 张稳; 贾晓鹤; 侯丹; 廖森
Original assignee: University of South China
Current assignee: Nanhua University; University of South China
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2034-09-01
Also published as: CN104176835B

Abstract

本发明涉及一种利用经非离子型表面活性剂处理的真菌修复铀(VI)污染水体的方法。以典型的兼性海洋红树林内源真菌Fusariumsp.#ZZF51为材料，其菌丝体经过非离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵修饰后投放于含铀(VI)污染的水体中，修复铀(VI)污染水体，一段时间之后，将之打捞并进行集中处理。改性材料富集铀(VI)能力强，自投放后1-3h即可达到90%以上的去除率。改性材料浮于水体表面，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。它适用于铀矿山、水冶厂以及各种废矿石和尾矿浸出液等各种铀污染水体的后期处理。

Description

一种利用经非离子型表面活性剂处理的真菌修复铀(VI)污染水体的方法

技术领域

本发明涉及铀(VI)污染水体的修复技术领域，是一种利用经非离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵处理的红树林内源真菌Fusarium sp.#ZZF51（一株典型的兼性海洋抗辐射真菌，可于淡水、陆栖及海洋环境生产及产孢）快速清除水体中铀(VI)污染的方法。

背景技术

铀是一种放射性物质，也是一种重要的能源物质，在水体和土壤中大多以铀酰离子（UO₂ ²⁺）形式存在。随着核工业的快速发展及废旧核设施的退役，一些含铀(VI)废水已给环境和人类带来了较为严重的危害，铀(VI)通常由食物链蓄积在人体肝脏和骨骼中，可诱发肺癌、肝癌、胰腺癌等多种疾病。人们在放射性废水尤其是含铀(VI)废水的处理方面, 目前主要有混凝沉淀、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/微量铀(VI)废水的处理效果很一般，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表面及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铀(VI)废水主要体现在以下两个方面：（1）改性微生物材料修复铀(VI)污染水体，通常对微生物进行改性的化学物质多为常见有机溶剂、有机酸碱以及能发生聚合反应的有机单体等，而对采用非离子型表面活性剂来改性微生物的报道却很少。本项专利是一种利用十六烷基三甲基溴化铵处理的兼性南海红树林内源真菌Fusarium sp.#ZZF51修复铀(VI)污染水体的方法，至今未见文献报道。（2）修复铀(VI)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，这些代谢产物十分有助于微生物对铀(VI)污染水体的修复，所以说利用海洋来源微生物来修复铀(VI)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利用经非离子型表面活性剂处理的真菌修复铀(VI)污染水体的方法，该方法既具有取材方便、成本低廉、环境友好，修复效率高（尤其对低铀(VI)离子浓度废水），又具有处理步骤简单，风险小，水体pH值近中性，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本身富集铀(VI)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20-150 mg/L的含铀(VI)污染水体中铀(VI)的浓度下降90%以上，最终完全达到国家的排放标准。

一种利用经非离子型表面活性剂处理的真菌修复铀(VI)污染水体的方法，其具体的措施是：以一株典型的兼性海洋红树林内源真菌Fusarium sp.#ZZF51为材料，其菌丝体经过非离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵修饰后投放于含铀(VI)污染的水体中，修复铀(VI)污染水体，一段时间之后，将之打捞并进行集中处理，铀(VI)污染水体中铀(VI)的浓度下降90%以上。

真菌菌丝体化学改性过程为：

（1）真菌发酵培养基GYP经 121 ℃ (0.1 MPa)高温灭菌 15 min后，接菌，25 ℃静置培养22 天，待菌丝体成熟后，经纱布过滤、烘干、研磨、100目过筛，置于干燥器中保存备用；

（2）准确称取1.5 g上述菌粉置于300 ml带塞三角瓶中，加入150 mL浓度5%(w/v)的十六烷基三甲基溴化铵溶液，在磁力搅拌器上保持恒温30℃，搅拌24小时，转速125 rpm/min。然后将经化学改性处理的菌粉高速离心，之后以去离子水洗涤多次，直至检测无十六烷基三甲基溴化铵为止，烘干备用。

改性菌丝体修复铀(VI)污染水体的详细步骤是：

（1）按照每升含铀(VI)20-250 mg水体中投放0.6-1.2 g改性菌丝体；

（2）铀(VI)污染水体的pH值控制在中性7.0左右；

（3）在投放改性菌丝体后1小时将真菌打捞上来；

（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）采用振荡或搅拌装置，振速以120-180 rpm为宜；

（2）采用温度环境，以20℃-30℃为宜；

（3）增加改性真菌的含量，以不超过1.2 g/L水体为宜；

（4）延长改性菌丝体与水体接触的时间，以1-3小时为宜。

（5）铀(VI)污染水体的pH值应控制在中性7.0左右。

本发明以经过非离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵修饰后的兼性南海红树林内源真菌Fusarium sp.#ZZF51为材料，修复铀(VI)污染水体的技术方法。该方法通过向铀(VI)污染水体投放上述改性真菌菌丝体，然后利用其对铀(VI)的吸附作用以达到去除水体中铀(VI)的效果。

一种利用经非离子型表面活性剂处理的真菌修复铀(VI)污染水体的技术方案，相比现有技术具有以下有益效果：

（1）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，所以所选用材料较为特殊。

（2）真菌Fusarium sp.#ZZF51发酵培养方便，其菌丝体来源十分丰富。

（3）非离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵改性真菌菌丝体步骤简单，操作简便。

（4）改性材料富集铀(VI)能力强，自投放后1-3 h即可达到90%以上的去除率。

（5）改性材料浮于水体表面，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。它适用于铀矿山、水冶厂以及各种废矿石和尾矿浸出液等各种铀污染水体的后期处理。

附图说明

图1 铀(VI)的去除率及吸附容量随pH值的变化关系图，

图2 铀(VI)的去除率及吸附容量随投放改性菌丝体固液比的变化关系图，

图3 铀(VI)的去除率及吸附容量随时间的变化关系图，

图4 铀(VI)的去除率及吸附容量随铀(VI)初始浓度的变化关系图。

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6组pH值分别为4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0含铀(VI)量为50 mg L^-1的50 mL水体中分别投放30 mg真菌活性菌丝体，1 h时，分别检测水体中铀(VI)的含量，铀(VI)的去除率及吸附容量随pH值的变化关系见附图1。由图可知，当pH值为7.0时，铀(VI)的去除效果最好，达到90%以上。

实施例2：

向6组pH 7.0含铀(VI)量为50 mg L^-1的水体中按改性菌丝体的不同固液比量（0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 g L^-1）分别进行投放，1 h时，分别检测水体中铀(VI)的含量，铀(VI)的去除率及吸附容量随投放改性菌丝体固液比的变化关系见附图2。当所投放真菌活性菌丝体固液比量超过0.6 g时，铀(VI)的去除率较大，超过95%，去除效果较好，但菌丝体密度不宜太大，在1 L水体中以0.6-1.2 g为宜，其中0.6 g为最佳。

实施例3：

向11组pH 7.0含铀(VI)量为50 mg L^-1的50 mL水体中分别投放30 mg真菌改性菌丝体，10、20、30、40、50、60、70、80、90、120、180 min时，分别检测水体中铀(VI)的含量，铀(VI)的去除率及吸附容量随时间的变化关系见附图3。当投放时间1 h时，钍(Ⅳ)的去除率为最大，超过90%，去除效果较好。本发明可以适当延长改性菌丝体与水体接触的时间，以1-3 h为宜。

实施例4：

向14组pH 7.0含不同铀(VI)初始浓度（20、30、40、50、60、70、80、100、150、200、250、300、350、400 mg L^-1）的50 mL水体中分别投放30 mg真菌改性菌丝体，1 h时，分别检测水体中铀(VI)的含量，铀(VI)的去除率及吸附容量随铀(VI)初始浓度的变化关系见附图4。当铀(VI)初始浓度低于250 mg L^-1时，铀(VI)的去除率达90%以上，去除效果较好。

Claims

1.一种利用经非离子型表面活性剂处理的真菌修复铀(VI)污染水体的方法，其特征在于：以真菌Fusarium sp.#ZZF51为材料，真菌丝体经过非离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵修饰后投放于含铀(VI)污染的水体中，修复铀(VI)污染水体，一段时间之后，将之打捞并进行集中处理，铀(VI)污染水体中铀(VI)的浓度下降90%以上；

所述真菌菌丝体化学修饰过程为：

（a）真菌发酵培养基经 121 ℃ 、0.1 MPa高温灭菌 15 min后，接菌，25 ℃静置培养22 天，待菌丝体成熟后，经纱布过滤、烘干、研磨、100目过筛，置于干燥器中保存备用；

（b）称取1.5 g上述菌粉置于300 ml带塞三角瓶中，加入150 mL浓度5% w/v的十六烷基三甲基溴化铵溶液，在磁力搅拌器上保持恒温30℃，搅拌24 小时，转速125 rpm/min，然后将经化学改性处理的菌粉高速离心，之后以去离子水洗涤，直至检测无十六烷基三甲基溴化铵为止，烘干备用；

所述改性菌丝体修复铀(VI)污染水体的具体步骤是：

（2）铀(VI)污染水体的pH值控制在中性7.0；

（3）在投放改性菌丝体后1小时将真菌打捞上来；

2.根据权利要求1所述的一种利用经非离子型表面活性剂处理的真菌修复铀(VI)污染水体的方法，其特征在于：所述改性菌丝体投放含铀(VI)污染的水体中，采用振荡或搅拌装置，振速120-180 rpm为宜。

3.根据权利要求1所述的一种利用经非离子型表面活性剂处理的真菌修复铀(VI)污染水体的方法，其特征在于：采用温度环境， 20℃-30℃为宜。

4.根据权利要求1所述的一种利用经非离子型表面活性剂处理的真菌修复铀(VI)污染水体的方法，其特征在于：增加真菌的含量，不超过1.2 g/L水体为宜。

5.根据权利要求1所述的一种利用经非离子型表面活性剂处理的真菌修复铀(VI)污染水体的方法，其特征在于：延长改性菌丝体与水体接触的时间，1-3 h为宜。