CN105665440B - 一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶离子污染的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用蒙脱石‑尿素分解菌联合治理锶离子污染的方法，它是从自然环境中分离得到一株尿素分解菌，将该菌接入液体培养基，在25~37℃的条件下培养24~48h；并按照1:50~1:5的质量比或体积比将蒙脱石加入到含锶离子浓度为200~2000 mg/L的土壤或水体中；0~12 h后，将1:100~1:10的尿素以及1:50~1:10的蛋白胨和第1步获得的尿素菌液按照1:80~1:20的比例加入到受污染物中，搅拌混匀后培养1~15d，污染物中的锶离子的去除率可达85~99%。本方法成本低，高效易行，具有广阔的应用前景。

Description

一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶离子污染的方法
技术领域
本发明涉及重金属污染物的治理，特别涉及利用生物和化学方法结合治理重金属离子锶污染的方法。
背景技术
重金属污染是指由于人类的活动将重金属带入土壤中，致使土壤重金属含量明显高于其自然背景值，并造成生态破坏和环境质量恶化的现象。重金属污染具有隐蔽性、毒性大、不可逆性等特点，并可经水体或植物等介质影响人类健康，因此修复和治理重金属污染迫在眉睫。其中锶作为反应堆裂变产物之一，具有较长的半衰期和很强的毒性。
目前重金属污染的治理技术包括物理修复、化学修复、植物修复和微生物修复等。物理化学修复方法主要包括离子交换法、电解法、化学沉淀法和吸附法等等。其中，吸附法是研究较多的一种方法，粘土矿物因具有廉价、多孔隙率、良好的离子交换特性等优点已经成为吸附法的研究热点。例如，CN201310488063.1公开了一种伊/蒙粘土重金属离子吸附剂及其制备方法，该方法对重金属离子铅、锌等均有一定的吸附效果。利用植物修复技术不会破坏土壤结构、修复费用较低，但其缺点是植株矮小、生物量低、生长速度慢、修复周期长、超积累植物难以找到。
近年来，微生物修复技术逐渐兴起。微生物修复具有处理效果好、无二次污染、操作简单、可以就地处理等优势。土壤细菌是土壤中重要的微生物资源，分布广泛，种类繁多。所以，利用土壤细菌治理重金属污染成为一个热门的探讨方向，如袁世斌等人的专利(CN200810147707.X)使用嗜酸氧化硫硫杆菌和硫酸盐还原菌能够高效、快捷的治理被锶的土壤。CN201510202610.4利用微生物对铀的生物还原作用，通过投放蒙氏假单胞菌可使浓度在0～100mg/L的含铀废水中铀的去除率达到80％以上。CN201210157802.4公开了一个一株抗铜细菌DGS6及其应用，该菌不仅可以耐受高浓度的铜浓度，并且可以促进植物生长，提高植物修复的效率。CN201410688785.6利用从污染环境中筛选出的耐辐射镰孢霉菌对多种重金属具有较高的耐受性，其中对Pb2+的耐受浓度可达1000mg/L。CN201110122739.6利用分离的球形红细菌修复重金属污染，该方法可以有效改善重金属在土壤中的存在形态，并大大降低重金属在植物中的累积量。利用铯的金属性质，CN201010600935.5将耐重金属菌株Burkholderia sp.D54应用于铯污染的微生物修复，该菌株可在含铯50mM的培养基中生长，在含铯1mM的培养基中培养3天后，其去除率可达58.77％。CN200810156941.9公开了一种利用碳酸盐矿化菌固化土壤的方法，效果良好。
针对微生物修复技术及蒙脱石吸附性能而言，单独利用微生物或蒙脱石处理重金属离子及核素离子方面已有相关研究，而将蒙脱石和微生物联合治理重金属离子的研究未见报道。因此，本发明提出一种通过蒙脱石对锶离子的快速吸附和尿素分解菌高效矿化相结合的方法，构建蒙脱石-尿素分解菌体系实现二者联合治理锶离子的方法，具体是指在蒙脱石-尿素分解菌体系的作用过程中，锶离子先是被蒙脱石快速吸附滞留，而后部分蒙脱石吸附锶离子再次溶出并被尿素分解菌矿化固定，从而达到高效污染治理的目的。
发明内容
本发明的目的是针对目前国内外已有技术方案的不足，提供一种蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶离子的方法。
本发明的技术方案是：一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶离子污染的方法，其特征在于，主要包括蒙脱石对锶离子的吸附缓存和尿素分解菌对锶离子的矿化固定化两个步骤；具体方法如下：
A、菌种准备
利用菌种筛选培养基：尿素20g/L，蛋白胨10g/L，氯化钠5g/L，H2O 1L(固体培养基加琼脂20g/L)，pH值7.0；灭菌后，将20g/L尿素溶液通过微孔滤膜过滤除菌的方法加入上述培养基；从土壤中分离得到尿素分解菌(Klebsiella sp.)，经过鉴定，该菌株16SrDNA的Genbank登录号为KF840378；将该菌株接入液体培养基，在28～35℃的条件下培养24～36h，作菌种备用；
B、按照1：35～1：20的质量比或体积比将蒙脱石加入到含锶离子浓度为800～1200mg/L的污染物中；
C、1.5～4.5h后，将1:50～1:40的尿素以及1:60～1:50的氮源，与第1步获得的Klebsiella sp.菌种按照1：60～1：40的比例加入到上述污染物中，搅拌混匀后培养3～10d，污染物中的锶离子的去除率可达85％～99％。
上述技术方案中：所述的污染物为土壤或水体；步骤A中所述尿素分解菌分离于自然环境；步骤B中所述蒙脱石属于普通商业蒙脱石。本发明利用蒙脱石对锶离子的吸附作用，可将锶离子快速滞留，之后利用尿素分解菌Klebsiella sp.的酶化作用，矿化沉积样品中的锶离子，从而实现对锶离子的去除。
本发明的主要优点：①本方法使用的尿素分解菌Klebsiella sp.分离自无污染的土壤，经过筛选、驯化，该菌对锶离子有较强耐受性，耐受浓度高达5000mg/L；②本方法是基于蒙脱石对锶离子的吸附缓存和尿素分解菌的高效矿化，组成蒙脱石-尿素分解菌处理体系，达到对目标锶离子的快速治理；③本方法可适用于多种重金属污染的土壤或水体治理；④本方法属于重金属污染土壤或水体的原位处理，大大降低治理成本；⑤本方法可实现大面积、大宗量重金属污染土壤或水体的快速治理；⑥本方法充分利用自然界微生物资源和矿物资源，不仅资源丰富，而且环境清洁，成本低廉；⑦本方法是一种无污染、低成本、高效易行的锶离子的治理新途径，环境友好性突出，也能适用于治理其它能与碳酸根成矿的重金属离子的污染，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是尿素分解菌Klebsiella sp.生长曲线及其对锶离子的耐受浓度。图中横坐标表示时间，纵坐标表示波长540nm处的光密度OD值，即OD540nm。其中，○代表Klebsiellasp.的细菌对照组，□代表Klebsiella sp.+2000mg/L锶离子实验组。
图2是蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶离子的效果。图中横坐标表示时间，纵坐标表示锶离子的去除率。
具体实施方式
下面给出的实施例以对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明内容对本发明作出的一些非本质改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1 一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶污染的方法，按照1:20的体积比将蒙脱石加入到含锶浓度为1200mg/L的水体中，4.5h后，将比例为1:40的尿素和1:50的蛋白胨以及制备的尿素分解菌Klebsiella sp.菌液按照1：40的体积比加入到上述水体中，保持温度范围在28℃～30℃。利用蒙脱石-尿素分解菌体系与锶离子作用7d，取样10mL在4000r/min下离心10min，取上清液1mL，稀释后用于测试水体中剩余锶离子浓度，最终对锶离子的去除率为96％。
实施例2 一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶污染的方法，按照1:30的体积比将蒙脱石加入到含锶浓度为1200mg/L的水体中，2.5h后，将比例为1:40的尿素和1:50的蛋白胨以及制备的尿素分解菌Klebsiella sp.菌液按照1:40的体积比加入到上述水体中，保持温度范围在28℃～30℃。利用蒙脱石-尿素分解菌体系与锶离子作用10d，取样10mL在4000r/min下离心10min，取上清液1mL，稀释后用于测试水体中剩余锶离子浓度，最终对锶离子的去除率为95％。
实施例3 一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶污染的方法，按照1:35的体积比将蒙脱石加入到含锶浓度为1200mg/L的水体中，4.5h后，将比例为:40的尿素和1：50的蛋白胨以及制备的尿素分解菌Klebsiella sp.菌液按照1:50的体积比加入到上述水体中，保持温度范围在28℃～30℃。利用蒙脱石-尿素分解菌体系与锶离子作用8d，取样10mL在4000r/min下离心10min，取上清液1mL，稀释后用于测试水体中剩余锶离子浓度，最终对锶离子的去除率为90％。
实施例4 一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶污染的方法，按照1:35的体积比将蒙脱石加入到含锶浓度为900mg/L的水体中，2.5h后，将比例为1:50的尿素和1：60的蛋白胨以及制备的尿素分解菌Klebsiella sp.菌液按照1:60的体积比加入到上述水体中，保持温度范围在28℃～30℃。利用蒙脱石-尿素分解菌体系与锶离子作用3d，取样10mL在4000r/min下离心10min，取上清液1mL，稀释后用于测试水体中剩余锶离子浓度，最终对锶离子的去除率为90％。
实施例5 一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶污染的方法，按照1:30的体积比将蒙脱石加入到含锶浓度为900mg/L的水体中，4.5h后，将比例为1:40的尿素和1：60的蛋白胨以及制备的尿素分解菌Klebsiella sp.菌液按照1：40的体积比加入到上述水体中，保持温度范围在28℃～30℃。利用蒙脱石-尿素分解菌体系与锶离子作用5d，取样10mL在4000r/min下离心10min，取上清液1mL，稀释后用于测试水体中剩余锶离子浓度，最终对锶离子的去除率为91％。
实施例6 一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶污染的方法，按照1:20的体积比将蒙脱石加入到含锶浓度为900mg/L的水体中，4.5h后，将比例为1:40的尿素和1:60的蛋白胨以及制备的尿素分解菌Klebsiella sp.菌液按照1:40的体积比加入到上述水体中，保持温度范围在28℃～30℃。利用蒙脱石-尿素分解菌体系与锶离子作用10d，取样10mL在4000r/min下离心10min，取上清液1mL，稀释后用于测试水体中剩余锶离子浓度，最终对锶离子的去除率为92％。
实施例7 一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶污染的方法，按照1:20的体积比将蒙脱石加入到含锶浓度为800mg/L的水体中，1.5h后，将比例为1:40的尿素和1:60的蛋白胨以及制备的尿素分解菌Klebsiella sp.菌液按照1:60的体积比加入到上述水体中，保持温度范围在28℃。利用蒙脱石-尿素分解菌体系与锶离子作用5d，取样10mL在4000r/min下离心10min，取上清液1mL，稀释后用于测试水体中剩余锶离子浓度，最终对锶离子的去除率为92％。
实施例8 一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶污染的方法，按照1:30的体积比将蒙脱石加入到含锶浓度为800mg/L的水体中，3.0h后，将比例为1:40的尿素和1:60的蛋白胨以及制备的尿素分解菌Klebsiella sp.菌液按照1:60的体积比加入到上述水体中，保持温度范围在28℃。利用蒙脱石-尿素分解菌体系与锶离子作用7d，取样10mL在4000r/min下离心10min，取上清液1mL，稀释后用于测试水体中剩余锶离子浓度，最终对锶离子的去除率为91％。
实施例9 一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶污染的方法，按照1:35的体积比将蒙脱石加入到含锶浓度为800mg/L的水体中，4.5h后，将比例为1:40的尿素和1:60的蛋白胨以及制备的尿素分解菌Klebsiella sp.菌液按照1:40的体积比加入到上述水体中，保持温度范围在28℃。利用蒙脱石-尿素分解菌体系与锶离子作用5d，取样10mL在4000r/min下离心10min，取上清液1mL，稀释后用于测试水体中剩余锶离子浓度，最终对锶离子的去除率为89％。
实施例10 一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶污染的方法，按照1:20的体积比将蒙脱石加入到含锶浓度为1100mg/L的土壤中，4.5h后，将比例为1:40的尿素和1:50的蛋白胨以及制备的尿素分解菌Klebsiella sp.菌液按照1:40的比例加入到上述土壤中，保持温度范围在30℃。利用蒙脱石-尿素分解菌体系与锶离子作用10d，称取一定量的土壤稀释10mL在4000r/min下离心10min，取上清液1mL，稀释后用于测试水体中剩余锶离子浓度，最终对锶离子的去除率为86％。
实施例11 一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶污染的方法，按照1:30的体积比将蒙脱石加入到含锶浓度为1100mg/L的土壤中，2.5h后，将比例为1:50的尿素和1:50的蛋白胨以及制备的尿素分解菌Klebsiella sp.菌液按照1:50的比例加入到上述土壤中，保持温度范围在30℃。利用蒙脱石-尿素分解菌体系与锶离子作用10d，称取一定量的土壤稀释10mL在4000r/min下离心10min，取上清液1mL，稀释后用于测试水体中剩余锶离子浓度，最终对锶离子的去除率为85％。
实施例12 一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶污染的方法，按照1:20的体积比将蒙脱石加入到含锶浓度为1100mg/L的土壤中，3.0h后，将比例为1:40的尿素和1:50的蛋白胨以及制备的尿素分解菌Klebsiella sp.菌液按照1:40的比例加入到上述土壤中，保持温度范围在30℃。利用蒙脱石-尿素分解菌体系与锶离子作用8d，称取一定量的土壤稀释10mL在4000r/min下离心10min，取上清液1mL，稀释后用于测试水体中剩余锶离子浓度，最终对锶离子的去除率为87％。
实施例13 一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶污染的方法，按照1:30的体积比将蒙脱石加入到含锶浓度为900mg/L的土壤中，3.5h后，将比例为1:50的尿素和1:60的蛋白胨以及制备的尿素分解菌Klebsiella sp.菌液按照1：40的比例加入到上述土壤中，保持温度范围在35℃。利用蒙脱石-尿素分解菌体系与锶离子作用7d，称取一定量的土壤稀释10mL在4000r/min下离心10min，取上清液1mL，稀释后用于测试水体中剩余锶离子浓度，最终对锶离子的去除率为89％。
实施例14 一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶污染的方法，按照1:30的体积比将蒙脱石加入到含锶浓度为900mg/L的土壤中，4.5h后，将比例为1:40的尿素和1:50的蛋白胨以及制备的尿素分解菌Klebsiella sp.菌液按照1:40的比例加入到上述土壤中，保持温度范围在35℃。利用蒙脱石-尿素分解菌体系与锶离子作用10d，称取一定量的土壤稀释10mL在4000r/min下离心10min，取上清液1mL，稀释后用于测试水体中剩余锶离子浓度，最终对锶离子的去除率为90％。
实施例15 一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶污染的方法，按照1:20的体积比将蒙脱石加入到含锶浓度为900mg/L的土壤中，2.5h后，将比例为1:40的尿素和1：50的蛋白胨以及制备的尿素分解菌Klebsiella sp.菌液按照1:50的比例加入到上述土壤中，保持温度范围在35℃。利用蒙脱石-尿素分解菌体系与锶离子作用8d，称取一定量的土壤稀释10mL在4000r/min下离心10min，取上清液1mL，稀释后用于测试水体中剩余锶离子浓度，最终对锶离子的去除率为91％。
实施例16 一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶污染的方法，按照1:35的体积比将蒙脱石加入到含锶浓度为800mg/L的土壤中，4.5h后，将比例为1:40的尿素和1:50的蛋白胨以及制备的尿素分解菌Klebsiella sp.菌液按照1:40的比例加入到上述土壤中，保持温度范围在30℃。利用蒙脱石-尿素分解菌体系与锶离子作用10d，称取一定量的土壤稀释10mL在4000r/min下离心10min，取上清液1mL，稀释后用于测试水体中剩余锶离子浓度，最终对锶离子的去除率为88％。
实施例17 一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶污染的方法，按照1:30的体积比将蒙脱石加入到含锶浓度为800mg/L的土壤中，3.5h后，将比例为1:50的尿素和1:50的蛋白胨以及制备的尿素分解菌Klebsiella sp.菌液按照1:50的比例加入到上述土壤中，保持温度范围在30℃。利用蒙脱石-尿素分解菌体系与锶离子作用7d，称取一定量的土壤稀释10mL在4000r/min下离心10min，取上清液1mL，稀释后用于测试水体中剩余锶离子浓度，最终对锶离子的去除率为87％。
实施例18 一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶污染的方法，按照1:20的体积比将蒙脱石加入到含锶浓度为800mg/L的土壤中，2.5h后，将比例为1:40的尿素和1:60的蛋白胨以及制备的尿素分解菌Klebsiella sp.菌液按照1:40的比例加入到上述土壤中，保持温度范围在30℃。利用蒙脱石-尿素分解菌体系与锶离子作用8d，称取一定量的土壤稀释10mL在4000r/min下离心10min，取上清液1mL，稀释后用于测试水体中剩余锶离子浓度，最终对锶离子的去除率为90％。
按上述各实施例并按照前述处理方法即可将含锶土壤或水体处理至环境达标排放标准，达到本发明目的。本发明的实施例均可实施，本发明不限于这些实施例。

Claims (5)

1.一种利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶离子污染的方法，其特征在于，为蒙脱石对锶离子的吸附缓存和尿素分解菌对锶离子的矿化固定化两个步骤；具体方法如下：A、菌种准备利用菌种筛选培养基：尿素20 g/L，蛋白胨10 g/L，氯化钠5 g/L，H2O 1 L，pH值7 .0；灭菌后，将20 g/L尿素溶液通过微孔滤膜过滤除菌的方法加入上述培养基；从土壤中分离得到尿素分解菌，将尿素分解菌菌株接入液体培养基，在28~35 ℃的条件下培养24~36h，作菌种备用；B、按照1:35~1:20的质量比或体积比将蒙脱石加入到含锶离子浓度为800~1200mg/L的污染物中；C、1 .5~4 .5 h后，将1:50~1:40的尿素以及1:60~1:50的氮源，与步骤A获得的尿素分解菌菌种按照1:60~1:40的比例加入到上述污染物中，搅拌混匀后培养3~10d，污染物中的锶离子的去除率达85%~99%。
2.根据权利要求1所述的利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶离子污染的方法，其特征在于，步骤A中所述尿素分解菌分离于自然环境。
3.根据权利要求1所述的利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶离子污染的方法，其特征在于，步骤B中所述蒙脱石属于普通商业蒙脱石。
4.根据权利要求1所述利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶离子污染的方法，其特征在于，所述的污染物为土壤或水体。
5.根据权利要求1所述利用蒙脱石-尿素分解菌联合治理锶离子污染的方法，其特征在于，也能适用于治理铅及其它能与碳酸根成矿的重金属离子的污染。
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