CN105502686A - 一种利用大肠杆菌处理水中汞的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用大肠杆菌处理水中汞的方法，该方法利用大肠杆菌，在厌氧条件下将大肠杆菌在营养肉汤培养基中富集培养至稳定生长期，然后将大肠杆菌接种到含二价汞的水中，同时以营养肉汤作为营养维持细菌生长，在室温条件下厌氧培养数天后终止实验。大肠杆菌可以将污水中的二价汞离子（Hg2+）转化成氯化低汞（HgCl）沉淀，氯化低汞（HgCl）沉淀难溶于水，可以在水体中稳定存在并最终沉积到水体底部，从而去除水体中的二价汞污染，减少对人体的危害，避免了二次污染，该方法还具有成本低，适用范围广等特点。

Description

一种利用大肠杆菌处理水中汞的方法
技术领域
本发明涉及一种利用大肠杆菌处理水中汞的方法，属于环境保护领域污水净化处理技术领域。
背景技术
汞，俗称水银，是常温常压条件下唯一存在的液态重金属元素。有人把汞列为三大最危险的金属元素之一，美国环保署把汞列为129种危险化学品之一，这主要是因为汞具有高毒性、持久性、生物富集性以及远距离传播的特点。
汞具有生物毒性。汞是一种剧毒非必需元素，它对生物没有有益的生物学功能。微量的汞进入人体不会对人体造成伤害，会通过粪、尿液、汗液等途径排出体外。但是一旦过量就会对人体造成严重危害。汞进入人体主要会对中枢神经系统、肾脏、肝脏等造成损害，甚至危及生命安全。汞之所以会对人体造成巨大的危害，主要是因为高度亲电子性的二价汞离子(Hg2+)可以和人体内含有硫、氧、氮等电子供体的基团如巯基、羰基、羧基、羟基、氨基、磷酰基等以共价键的形式结合。上述这些基团均是人体内最重要的活性基团，它们与Hg2+以共价结合后即失去活性，从而对机体生理生化功能产生巨大影响。
汞污染具有持久性。汞单质较稳定，可以稳定的存在于环境中，而且很容易挥发、扩散从而进入大气，研究表明汞可以在大气中稳定存在0.5-2年。
汞还具有生物富集性。水体中的汞被水生生物摄取转化为甲基汞，通过食物链使得甲基汞在生物体的浓度远高于环境中的浓度。如果摄入了被汞污染的水生生物将会对人体健康产生严重的危害。
汞还具有远距离传播的特点。人类活动及自然活动排放的汞进入大气，随大气进行迁移，并通过干、湿沉降的方式进入生态系统，这无疑也扩大了汞污染的范围。有研究表明在北极未受到人类活动的区域都检测到了汞元素的存在。
汞主要有0、+Ⅰ、+Ⅱ三种价态。汞在环境中主要以无机汞和有机汞的形式存在。无机汞主要包括金属汞(元素汞，Hg0)、亚汞(Hg2 2+)、汞(Hg2+)，二价汞离子和亚汞离子可以形成多种无机汞化合物。此外二价汞离子还可以和碳原子以共价键的形式结合形成有机汞化合物，以芳基、短链或长链的烷基形式存在，有机汞主要包括甲基汞(MeHg)，乙基汞(EtHg)。
人类发现并利用汞矿已有2300多年的历史，汞在工业和农业上有着非常广泛的用途。虽然汞是一种惰性金属，但是它却很容易和贵金属(Au、Ag、Pd、Pt)发生反应生成汞合金，它可以用于提取黄金、炼锌、或用于牙科材料。除此之外，工业上在氯碱厂还可以用于生产氢氧化钠和氯气，汞还可以用于生产荧光灯、化妆品、温度计、水泥、涂料、聚氯乙烯(PVC)等产品，还可以用于造纸、制造电池和其他电气设备。在农业上，汞主要被用做杀菌剂、除草剂、杀虫剂。
正是由于在汞大规模使用过程中的排污导致了严重的汞污染。汞污染是指人们在工业生产和生活中因为对汞的处理不力而导致的人体和环境被破坏的现象。1953年发生在日本的水俣病事件让我们清楚地意识到了汞污染的存在及其危害，水俣湾事件之后，世界各地相继出现了汞污染事件，例如：伊拉克、加纳、巴西、印度尼西亚、中国、瑞典、美国等。美国环保署指出，在美国每年有63000名婴儿出生时血液中汞含量超标。在对这一环境科学问题进行研究时，世界各国科学家认识到，要最终解决全球环境中汞污染的问题，需要全球科学家的共同努力。联合国环境规划署将汞列为全球性污染物，这是因为汞和二氧化碳一样可以跨国转移对全球范围产生影响，因此汞污染是一个全球性的问题，汞已经成为全球范围广泛关注的污染物之一。
2013年1月19日，由联合国环境规划署主持召开的有关汞问题政府间谈判委员会通过了旨在全球范围内控制和减少汞排放的国际公约《水俣公约》，就具体限排范围作出详细规定，以减少汞对环境和人类健康造成的损害。该公约将于2013年10月正式签定，汞减排将成为继温室气体减排、臭氧消耗物质削减等国际公约之后又一具有法律约束性的国际义务。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》，这标志着全球携手减少汞污染迈出新的重要步伐。
中国作为国际上汞排放大国，广受国际社会关注，将肩负着繁重履约减排任务。我国当前面临汞污染防治以及履行国际汞公约的双重压力，迫切需要开展环境汞污染修复，汞污染特征、环境过程及减排技术原理的研究。
而且当前我国也面临着比较严重的汞污染。2013年8月20日，我国环保部公布了《2013年上半年全国环境质量状况》，而且其中首次增加了地表水重金属污染的内容。质量状况显示，2013年上半年，12个地表水国控断面(点位)共出现22次重金属超标现象。从污染指标看，汞超标频次最多，占总超标次数的50.0％。这都表明我国的地表水已经受到了较严重的汞污染，水体汞污染亟待解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用大肠杆菌处理水中汞的方法，该方法利用大肠杆菌，在厌氧条件下将大肠杆菌在营养肉汤培养基中富集培养至稳定生长期，然后将大肠杆菌接种到含二价汞的水中，同时以营养肉汤作为营养维持细菌生长，在室温条件下厌氧培养数天后终止实验。大肠杆菌可以将水中的二价汞离子(Hg2+)转化成氯化低汞(HgCl)沉淀，氯化低汞(HgCl)沉淀难溶于水，可以在水体中稳定存在并最终沉积到水体底部，从而去除水体中的二价汞污染，减少对人体的危害，避免了二次污染，该方法还具有成本低，适用范围广等特点。
本发明所述的一种利用大肠杆菌处理水中汞的方法，该方法利用大肠杆菌将水中的二价汞离子转化成氯化低汞沉淀，从而去除水体中的二价汞污染，具体操作按下列步骤进行：
a、菌种来源与培养：选取的兼性厌氧细菌大肠杆菌Escherichiacoli,保藏号：GIM1.251，购买自广东微生物菌种保藏中心GIM，将大肠杆菌接种到蛋白胨10‰、牛肉膏1.5‰、酵母浸粉1.5g/L和氯化钠5‰的营养肉汤培养基中，在温度20-30℃厌氧条件下培养8-15小时至稳定生长期，同时加入0.1-1mmol/L的亚硒酸钠或柠檬酸钠作为电子供体，以N2/H2作为气体维持厌氧环境；
b、净化过程：将步骤a稳定生长期的大肠杆菌按体积比为10％-30％的接种量加入到含二价汞的水中，水中二价汞初始浓度为40-200μg/L，同时加入10-20g/L的营养肉汤为蛋白胨10‰、牛肉膏1.5‰、酵母浸粉1.5g/L和氯化钠5‰作为大肠杆菌的营养维持细菌生长，然后利用0.1mol/L的盐酸和氢氧化钠调节体系的pH值为5-9，然后置于温度10-26℃，厌氧条件下生化处理时间1-5天，大肠杆菌将水中的二价汞Hg2+转化为氯化低汞HgCl沉淀，当二价汞浓度为40μg/L时，93.2％的二价汞在两天后被去除；当二价汞浓度为200μg/L时，99.2％的二价汞在两天后被去除。
本发明所述的一种利用大肠杆菌处理水中汞的方法，该方法处理含二价汞水的效果为：通过大肠杆菌将水体中的二价汞离子转化为HgCl沉淀，工艺简单，操作方便，处理成本低，处理范围大，无二次污染。
本发明所述的一种利用大肠杆菌处理水中汞的方法，该方法中选取的兼性厌氧细菌大肠杆菌(Escherichiacoli)，购买自广东微生物菌种保藏中心(GIM)保藏号：GIM1.251，保藏单位地址：中国广州市先烈中路100号广东省微生物菌种保藏中心，购买单位：中国科学院新疆生态与地理研究所王潇男，购买时间：2015年5月。
具体实施方式
实施例
a、菌种来源与培养：选取的兼性厌氧细菌大肠杆菌Escherichiacoli,保藏号：GIM1.251，购买自广东微生物菌种保藏中心(GIM)，将大肠杆菌接种到蛋白胨10‰、牛肉膏1.5‰、酵母浸粉1.5g/L和氯化钠5‰的营养肉汤培养基中，在温度20-30℃厌氧条件下培养8-15小时至稳定生长期，同时加入0.1-1mmol/L的亚硒酸钠或柠檬酸钠作为电子供体，以N2/H2作为气体维持厌氧环境，厌氧环境由DWSDG250厌氧工作站提供；
b、净化过程：将步骤a稳定生长期的大肠杆菌按体积比为10％-30％的接种量加入到含二价汞的水中，水中二价汞初始浓度为40-200μg/L，同时加入10-20g/L的营养肉汤为蛋白胨10‰、牛肉膏1.5‰、酵母浸粉1.5g/L和氯化钠5‰作为大肠杆菌的营养维持细菌生长，然后利用0.1mol/L的盐酸和氢氧化钠调节体系的pH值为5-9，然后置于温度10℃-26℃，厌氧条件下生化处理，时间1-5天，大肠杆菌将水中的二价汞Hg2+转化为氯化低汞HgCl沉淀，当二价汞浓度为40μg/L时，93.2％的二价汞在两天后被去除；当二价汞浓度为200μg/L时，99.2％的二价汞在两天后被去除。
下面是利用大肠杆菌处理含汞污水的具体实施例：
上述各实施例配料并按本发明所述工艺方法即可生产出达到本发明目的去除效果。本发明的实施例均可实施，本发明不限于这些实施例。

Claims (1)

1.一种利用大肠杆菌处理水中汞的方法，其特征在于该方法利用大肠杆菌将水中的二价汞离子转化成氯化低汞沉淀，从而去除水体中的二价汞污染，具体操作按下列步骤进行：
a、菌种来源与培养：选取的兼性厌氧细菌大肠杆菌Escherichiacoli,购买自广东微生物菌种保藏中心GIM，将大肠杆菌接种到蛋白胨10‰、牛肉膏1.5‰、酵母浸粉1.5g/L和氯化钠5‰的营养肉汤培养基中，在温度20-30℃厌氧条件下培养8-15小时至稳定生长期，同时加入0.1-1mmol/L的亚硒酸钠或柠檬酸钠作为电子供体，以N2/H2作为气体维持厌氧环境；
b、净化过程：将步骤a稳定生长期的大肠杆菌按体积比为10%-30%的接种量加入到含二价汞的水中，水中二价汞初始浓度为40-200μg/L，同时加入10-20g/L的营养肉汤为蛋白胨10‰、牛肉膏1.5‰、酵母浸粉1.5g/L和氯化钠5‰作为细菌大肠杆菌的营养维持细菌生长，然后利用0.1mol/L的盐酸和氢氧化钠调节体系的pH值为5-9，然后置于温度10-26℃，厌氧条件下生化处理时间1-5天，大肠杆菌将水中的二价汞Hg2+转化为氯化低汞HgCl沉淀，当二价汞浓度为40μg/L时，93.2%的二价汞在两天后被去除；当二价汞浓度为200μg/L时，99.2%的二价汞在两天后被去除。
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