CN104889153B - 一种厌氧条件下细菌固化土壤汞的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种厌氧条件下细菌固化土壤汞的方法,该方法选取能够将硒酸钠异化还原的厌氧菌陶厄氏菌属细菌（Thauera selenatis，ATCC 55363），菌种来自美国模式菌种收集中心（ATCC），将该菌转接到含有硒酸钠的培养基中培养得到细菌异化还原代谢产物，而后向含有代谢产物的混合液中加入十二烷基磺酸钠，最后将处理好的代谢产物加入到元素汞污染土壤中，在厌氧工作站中培养数天后终止实验。在硒酸钠存在条件下，该厌氧菌异化还原产物代谢产物是汞的良好的固化剂，可以将土壤中的元素汞固化为残渣态汞，从而将土壤汞固定，修复土壤汞污染，该方法尤其适用于深层污染土壤的修复。该方法工艺简单，操作方便，处理成本低，处理范围大，无二次污染。

Description

一种厌氧条件下细菌固化土壤汞的方法

技术领域

本发明涉及一种厌氧条件下细菌固化土壤汞的方法，属于环境保护土壤净化处理技术领域。

背景技术

汞是常温条件下唯一的液态重金属，是一种全球性污染物。汞的毒性巨大，不具备生物可利用性。汞蒸气（元素汞）主要是对肺、中枢系统、肾脏等造成损伤，严重的可致人死亡。无机汞（二价汞离子）主要是对消化道、免疫系统和肾脏造成损伤。有机汞（主要是甲基汞）很容易被消化道吸收，主要是对神经毒性，大脑和神经系统造成损害，而且还具有遗传性损害，因此对孕妇和胎儿的毒性更大。

汞在工业上的大规模使用（采矿冶金；氯碱工业；生产荧光灯管、温度计、化妆品、农药等）以及燃煤和垃圾焚烧等导致了严重的汞污染。汞的全球性污染问题需要世界各国的共同克服应对。2013年10月由联合国环境规划署主办的《水俣公约》外交全权代表大会在日本熊本市闭幕，包括中国在内的92个国家和地区的代表最终签署《水俣公约》，标志着全球携手减少汞污染迈出新的重要步伐。目前，中国是世界最大的汞生产、消费和排放国，《水俣公约》的签订对我国来说是一个巨大的挑战。因此中国需要积极应对，减少汞排放，控制汞污染。

土壤汞污染是摆在我们面前的一个难题，采矿、工业生产以及汞沉降等导致了严重的土壤汞污染。土壤重金属污染具有隐蔽性、滞后性、累积性、不可逆转性、难治理等特点。土壤重金属修复一直是一个难题。2014年，新疆中泰集团启动了乌鲁木齐西山本部汞污染场地土壤修复工程项目，这是全疆第一家场地污染土壤修复项目。本次修复项目运用了污染土壤剥离、固化稳定化最终安全填埋技术，对确认污染区域的土壤进行剥离并分类治理，重度污染土壤需要进行固化稳定化修复后进入新疆危险废物处置中心危险废物填埋场安全填埋，轻度污染土壤直接进入危险废物填埋场安全填埋，非污染土壤可进入垃圾填埋场。而且，我们发现中泰集团氯碱厂周围土壤汞含量很高，而且元素汞占有很大的比重。汞具有很高的电离势（I=10.437cv），在正常的Eh和pH条件下汞能以元素汞的形式存在于土壤中。而且，国外对矿区和氯碱厂周边污染土壤研究也发现，元素汞是汞的主要存在形态。鉴于此，需要发展一些新技术将土壤中的元素汞固化稳定化。

国外大量的研究表明，无定型纳米硒是目前为止发现的最为有效的汞吸收剂，其吸附能力达188mg/g，吸附能力远高于其他一些硫、硫化物、金属和金属氧化物、活性炭等。而且无定型纳米元素硒已经应用于捕获烟气、荧光灯中的汞以及博物馆室内空气的汞，取得了不错的去除效果。很大一部分元素汞存在于较深土壤中，表层土壤主要是好氧氧化环境，氧化还原电位较高；下层土壤主要是厌氧还原环境，氧化还原电位较低,两种环境差距很大。因此我们还需要深入研究厌氧条件下（深层土壤）无定型纳米硒对元素汞的捕获，目前为止还未见厌氧条件下无定型纳米硒在土壤汞污染修复中的应用。

发明内容

在此本发明的目的在于，提供一种厌氧条件下细菌固化土壤汞的方法。该方法选取能够将硒酸钠异化还原的厌氧菌陶厄氏菌属细菌（Thauera selenatis，兼性厌氧菌），将该菌转接到含有硒酸钠的培养基中培养得到细菌异化还原代谢产物，而后向含有代谢产物的混合液中加入十二烷基磺酸钠，最后将处理好的代谢产物加入到元素汞污染土壤中，在厌氧工作站中培养数天后终止实验。在硒酸钠存在条件下，该厌氧菌异化还原产物代谢产物是汞的良好的固化剂，可以将土壤中的元素汞固化为残渣态汞，从而将土壤汞矿化，修复土壤汞污染，该方法尤其适用于深层污染土壤的修复。该方法工艺简单，操作方便，处理成本低，处理范围大，无二次污染。

本发明所述的一种厌氧条件下细菌固化土壤汞的方法，按下列步骤进行：

菌种富集培养：

a、选用细菌为陶厄氏菌属细菌Thauera selenatis，菌种来自美国模式菌种收集中心ATCC，保藏号ATCC 55363，将该细菌按体积比3%-6%的接种量转移到ATCC 2483Thauera selenatis A培养基，培养基成分为NaCl 1.2g，KCl 0.3 g，NH₄Cl 0.3 g，KH₂PO₄0.2 g，Na₂SO₄ 0.3 g，MgCO₃·H₂O 0.4 g，CaCl₂·2H₂O 0.15 g，NaHCO₃ 0.6 g，酵母浸粉4g，NaAC 10mmol/L，NaNO₃ 10mmol/L，ATCC维生素溶液10ml，去离子水1升，然后于温度20℃-30℃在厌氧工作站中培养2-5天进行富集培养；

细菌代谢产物的制备：

b、将富集得到的陶厄氏菌属细菌菌液按照体积比为3%-6%的接种量加入含硒酸钠初始浓度为1-10 mmol/L、pH值为4-11的ATCC 2483 Thauera selenatis B培养基，培养基的成分为NaCl 1.2 g，KCl 0.3 g，NH₄Cl 0.3 g，KH₂PO₄ 0.2 g，Na₂SO₄ 0.3 g，MgCO₃·H₂O0.4 g，CaCl₂·2H₂O 0.15 g，NaHCO₃ 0.6 g，酵母浸粉4 g，NaAC 10mmol/L， ATCC维生素溶液10ml，去离子水1升，在厌氧条件下，温度20℃-30℃培养5-10天，然后加入0.5%-4%的十二烷基磺酸钠，最终得到细菌代谢产物；

净化过程：

c、厌氧条件下，将30-80ml得到的细菌代谢产物溶液加入到100克元素汞污染土壤中，而后在厌氧工作站中放置5-15天，该细菌代谢产物与土壤中的元素汞发生化学反应对其进行固化，将土壤中的元素汞转化成为残渣态汞HgSe。

本发明通过美国模式菌种收集中心（ATCC）购买的陶厄氏菌属细菌（Thaueraselenatis，兼性厌氧菌），在厌氧下以3%-6%的接种量将菌液与含有硒酸钠的ATCC 2483Thauera selenatis B培养基混合，调节pH值为4-11，在温度20℃-30℃下，厌氧培养2-5天后加入0.5%-4%的十二烷基磺酸钠（SDS）以获得微生物代谢产物，该产物是一种良好的汞固化剂。将含有该微生物代谢产物的溶液加入厌氧元素汞污染土壤中，可以将土壤中的元素汞转化为残渣态汞从而固化，以达到去除土壤元素汞的目的。

本发明所述的一种厌氧条件下细菌固化土壤汞的方法，该方法中涉及的细菌为陶厄氏菌属细菌Thauera selenatis，菌种来自美国模式菌种收集中心(ATCC)，保藏号：ATCC55363，ATCC维生素溶液购买自美国模式菌种收集中心(ATCC)，中国代理商地址：北京市朝阳区东方东路11号北京中原公司，于2013年9月8日时间购买。厌氧环境由厌氧工作站（DWSDG250）提供。

本发明所述的一种厌氧条件下细菌固化土壤汞的方法，该方法选取陶厄氏菌属细菌Thauera selenatis，在硒酸钠存在的条件下，厌氧条件下该细菌进行异化还原；将其最终代谢产物加入到元素汞污染土壤中，该代谢产物可以固化土壤汞，将土壤中的元素汞转化为残渣态汞HgSe。HgSe是一种溶解度极低，很稳定的惰性物质，很难被生物利用，土壤中元素汞的减少也降低了元素汞向大气中挥发的风险，从而达到去除土壤中元素汞的目的。

所述细菌代谢产物制备是在厌氧条件下，pH值为4-11，生化温度20℃-30 ℃条件下，对陶厄氏菌属细菌Thauera selenatis进行培养，陶厄氏菌属细菌Thauera selenatis以柠檬酸钠、醋酸钠、硝酸钠等作为电子供体，硒酸钠作为电子受体，将六价硒异化还原最终得到代谢产物；

在细菌代谢产物制备过程中向其加入0.5%-4%的十二烷基磺酸钠（SDS），十二烷基磺酸钠可以裂解细胞，将胞内的异化还原颗粒释放到细胞外，提高细胞外异化还原颗粒的含量；

所述净化过程是将陶厄氏菌属细菌Thauera selenatis异化还原代谢产物添加到元素汞污染土壤中，该代谢产物可以和土壤中的元素汞发生化学反应对其进行固化，将土壤中的元素汞转化成为残渣态汞。土壤中元素汞初始浓度为15µg/g- 30µg/g时，60% - 80%的元素汞被转化成为残渣态汞。

本发明所述的一种厌氧条件下细菌固化土壤汞的方法，该方法采用的陶厄氏菌属细菌（Thauera selenatis）在厌氧条件下以柠檬酸钠、醋酸钠、硝酸钠等作为电子供体，硒酸钠作为电子受体，将硒酸钠异化还原。该过程得到的代谢产物（无定形态的纳米生物硒颗粒）可以固化土壤中的元素汞，在厌氧条件下土壤汞的固化率可达60-80 %。

本发明所述的一种厌氧条件下细菌固化土壤汞的方法，该方法处理含元素汞污染土壤的效果：通过厌氧条件下陶厄氏菌属细菌（Thauera selenatis）代谢产物将土壤中的元素汞固化，将土壤元素汞转化为残渣态汞从而控制土壤汞污染，尤其适用于属于厌氧环境的底层汞污染土壤。工艺简单，操作方便，处理成本低，处理范围大，无二次污染。

具体的实施方式

本发明的实施例均可实施，达到本发明目的去除效果，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

菌种富集培养：

取陶厄氏菌属细菌（Thauera selenatis），将该细菌按照体积比3%的接种量转移到ATCC 2483 Thauera selenatis A培养基，培养基成分为NaCl 1.2g，KCl 0.3g，NH₄Cl0.3g，KH₂PO₄ 0.2g，Na₂SO₄ 0.3g，MgCO₃·H₂O 0.4g，CaCl₂·2H₂O 0.15g，NaHCO₃ 0.6g，酵母浸粉4g，NaAC 10mmol/L，NaNO₃ 10mmol/L，ATCC维生素溶液10ml（购买自美国模式菌种收集中心），去离子水1升，于温度20℃在厌氧工作站中培养2天进行富集培养；

细菌代谢产物的制备：

将富集得到的陶厄氏菌属细菌菌液按照体积比为3%的接种量加入含硒酸钠初始浓度为1mmol/L、pH值为4的ATCC 2483 Thauera selenatis B培养基，培养基的成分为NaCl1.2g，KCl 0.3g，NH₄Cl 0.3g，KH₂PO₄ 0.2g，Na₂SO₄ 0.3g，MgCO₃·H₂O 0.4g，CaCl₂·2H₂O0.15g，NaHCO₃ 0.6g，酵母浸粉4g，NaAC 10mmol/L， ATCC维生素溶液10ml（购买自美国模式菌种收集中心），去离子水1升,在厌氧条件下，温度20℃培养5天，然后加入0.5%的十二烷基磺酸钠（SDS），最终得到细菌代谢产物溶液；

净化过程：

厌氧条件下，将30ml得到的细菌代谢产物溶液加入到100克元素汞污染土壤中，然后在厌氧工作站中放置5天，该细菌代谢产物溶液与土壤中的元素汞发生化学反应对其进行固化，体系中陶厄氏菌属细菌（Thauera selenatis）以培养基中的醋酸钠作为电子供体，以硒酸钠作为电子受体进行异化还原，将土壤中的元素汞转化成为残渣态汞HgSe，土壤中元素汞的固化率达67.7%。

实施例2

菌种富集培养：

取陶厄氏菌属细菌（Thauera selenatis），将该细菌按照体积比为6%的接种量转移到ATCC 2483 Thauera selenatis A培养基,培养基成分为NaCl 1.2g，KCl 0.3g，NH₄Cl0.3g，KH₂PO₄ 0.2g，Na₂SO₄ 0.3g，MgCO₃·H₂O 0.4g，CaCl₂·2H₂O 0.15g，NaHCO₃ 0.6g，酵母浸粉4g，NaAC 10mmol/L，NaNO₃ 10mmol/L，ATCC维生素溶液10ml（购买自美国模式菌种收集中心），去离子水1升，于温度30℃在厌氧工作站中培养5天进行富集培养；

细菌代谢产物的制备：

将富集得到的陶厄氏菌属细菌菌液按照体积比6%的接种量加入含硒酸钠初始浓度为10 mmol/L、pH值为7的ATCC 2483 Thauera selenatis B培养基，培养基的成分为NaCl1.2g，KCl 0.3g，NH₄Cl 0.3g，KH₂PO₄ 0.2g，Na₂SO₄ 0.3g，MgCO₃·H₂O 0.4g，CaCl₂·2H₂O0.15g，NaHCO₃ 0.6g，酵母浸粉4g，NaAC 10mmol/L， ATCC维生素溶液10ml（购买自美国模式菌种收集中心），去离子水1升，在厌氧条件下，温度30℃培养10天，然后加入 4%的十二烷基磺酸钠，最终得到细菌代谢产物；

净化过程：

厌氧条件下，将80ml得到的细菌代谢产物溶液加入到100克元素汞污染土壤中，而后在厌氧工作站中放置15天，该细菌代谢产物与土壤中的元素汞发生化学反应对其进行固化，体系中陶厄氏菌属细菌（Thaueraselenatis）以培养基中的醋酸钠作为电子供体，以硒酸钠作为电子受体进行异化还原，将土壤中的元素汞转化成为残渣态汞HgSe，土壤中元素汞的固化率达80%。

实施例3

菌种富集培养：

取陶厄氏菌属细菌Thauera selenatis，将该细菌按照体积比5%的接种量转移到ATCC 2483 Thauera selenatis A培养基，培养基成分为NaCl 1.2g，KCl 0.3g，NH₄Cl0.3g，KH₂PO₄ 0.2g，Na₂SO₄ 0.3g，MgCO₃·H₂O 0.4g，CaCl₂·2H₂O 0.15g，NaHCO₃ 0.6g，酵母浸粉4g，NaAC 10mmol/L，NaNO₃ 10mmol/L，ATCC维生素溶液10ml（购买自美国模式菌种收集中心），去离子水1升，于温度25℃在厌氧工作站中培养4天进行富集培养；

细菌代谢产物的制备：

将富集得到的陶厄氏菌属细菌菌液按照体积比为5%的接种量加入含硒酸钠初始浓度为5 mmol/L、pH值为11的ATCC 2483 Thauera selenatis B培养基，培养基的成分为NaCl 1.2g，KCl 0.3g，NH₄Cl 0.3g，KH₂PO₄ 0.2g，Na₂SO₄ 0.3g，MgCO₃·H₂O 0.4g，CaCl₂·2H₂O 0.15g，NaHCO₃ 0.6g，酵母浸粉4g，NaAC 10mmol/L， ATCC维生素溶液10ml（购买自美国模式菌种收集中心），去离子水1升，在厌氧条件下，温度25℃培养7天，然后加入1.5%的十二烷基磺酸钠，最终得到细菌代谢产物；

净化过程：

厌氧条件下，将50ml得到的细菌代谢产物溶液加入到100克元素汞污染土壤中，而后在厌氧工作站中放置10天，该细菌代谢产物与土壤中的元素汞发生化学反应对其进行固化，体系中陶厄氏菌属细菌（Thaueraselenatis）以培养基中的醋酸钠作为电子供体，以硒酸钠作为电子受体进行异化还原，将土壤中的元素汞转化成为残渣态汞HgSe，土壤中元素汞的固化率达60%。

实施例4

菌种富集培养：

取细菌为陶厄氏菌属细菌Thauera selenatis，将该细菌按照体积比4%的接种量转移到ATCC 2483 Thauera selenatis A培养基，培养基成分为NaCl 1.2g，KCl 0.3g，NH₄Cl 0.3g，KH₂PO₄ 0.2g，Na₂SO₄ 0.3g，MgCO₃·H₂O 0.4g，CaCl₂·2H₂O 0.15g，NaHCO₃0.6g，酵母浸粉4g，NaAC 10mmol/L，NaNO₃ 10mmol/L，ATCC维生素溶液10ml（购买自美国模式菌种收集中心），去离子水1升，于温度22℃在厌氧工作站中培养3天进行富集培养；

细菌代谢产物的制备：

将富集得到的陶厄氏菌属细菌菌液按照体积比为4%的接种量加入含硒酸钠初始浓度为8mmol/L、pH值为8的ATCC 2483 Thauera selenatis B培养基，培养基的成分为NaCl1.2g，KCl 0.3g，NH₄Cl 0.3g，KH₂PO₄ 0.2g，Na₂SO₄ 0.3g，MgCO₃·H₂O 0.4g，CaCl₂·2H₂O0.15g，NaHCO₃ 0.6g，酵母浸粉4g，NaAC 10mmol/L， ATCC维生素溶液10ml（购买自美国模式菌种收集中心），去离子水1升，在厌氧条件下，温度27℃培养9天，然后加入3%的十二烷基磺酸钠，最终得到细菌代谢产物；

净化过程：

厌氧条件下，将60ml得到的细菌代谢产物溶液加入到100克元素汞污染土壤中，而后在厌氧工作站中放置12天，该细菌代谢产物与土壤中的元素汞发生化学反应对其进行固化，体系中陶厄氏菌属细菌（Thauera selenatis）以培养基中的醋酸钠作为电子供体，以硒酸钠作为电子受体进行异化还原，将土壤中的元素汞转化成为残渣态汞HgSe，土壤中元素汞的固化率达74.2 %。

从以上实施例可以看出：通过本发明所述方法即可达到固化土壤元素汞的效果。在厌氧条件下，加入硒酸钠后陶厄氏菌属细菌Thauera selenatis可以进行异化还原，其异化还原产物（无定型纳米生物硒）是良好的汞固化剂。陶厄氏菌属细菌Thauera selenatis异化还原产物可以和土壤中存在的元素汞结合生成HgSe沉淀，从而将土壤中的元素汞固化，尤其是深层厌氧还原环境土壤的汞的固化。该方法工艺简单，操作方便，处理成本低，处理范围大，无二次污染。

Claims (1)

1.一种厌氧条件下细菌固化土壤汞的方法，其特征在于按下列步骤进行：

菌种富集培养：

a、选用细菌为陶厄氏菌属细菌Thauera selenatis，菌种来自美国模式菌种收集中心ATCC，保藏号ATCC 55363，将该细菌按体积比3%-6%的接种量转移到ATCC 2483 Thaueraselenatis A培养基，培养基成分为NaCl 1.2g，KCl 0.3 g，NH₄Cl 0.3 g，KH₂PO₄ 0.2 g，Na₂SO₄ 0.3 g，MgCO₃·H₂O 0.4 g，CaCl₂·2H₂O 0.15 g，NaHCO₃ 0.6 g，酵母浸粉4 g，NaAC10mmol/L，NaNO₃ 10mmol/L，ATCC维生素溶液10ml，去离子水1升，然后于温度20℃-30℃在厌氧工作站中培养2-5天进行富集培养；

细菌代谢产物的制备：

b、将富集得到的陶厄氏菌属细菌菌液按照体积比为3%-6%的接种量加入含硒酸钠初始浓度为1-10 mmol/L、pH值为4-11的ATCC 2483 Thauera selenatis B培养基，培养基的成分为NaCl 1.2 g，KCl 0.3 g，NH₄Cl 0.3 g，KH₂PO₄ 0.2 g，Na₂SO₄ 0.3 g，MgCO₃·H₂O 0.4g，CaCl₂·2H₂O 0.15 g，NaHCO₃ 0.6 g，酵母浸粉4 g，NaAC 10mmol/L， ATCC维生素溶液10ml，去离子水1升，在厌氧条件下，温度20℃-30℃培养5-10天，然后加入0.5%-4%的十二烷基磺酸钠，最终得到细菌代谢产物；

净化过程：

c、厌氧条件下，将30-80ml得到的细菌代谢产物溶液加入到100克元素汞污染土壤中，而后在厌氧工作站中放置5-15天，该细菌代谢产物与土壤中的元素汞发生化学反应对其进行固化，将土壤中的元素汞转化成为残渣态汞HgSe。