CN105712493A - 一种胶质芽孢杆菌多糖与壳聚糖双组份絮凝剂处理重金属废水的方法 - Google Patents

一种胶质芽孢杆菌多糖与壳聚糖双组份絮凝剂处理重金属废水的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种胶质芽孢杆菌多糖与壳聚糖双组份絮凝剂处理重金属废水的方法，属废水处理技术领域。包括以下步骤：1)选用胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)作为生产菌，该菌株保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC 5766；2)菌株活化及发酵培养：菌株经选择性培养基活化后，接种于种子培养基中培养，得种子菌；将种子菌接种于液体发酵培养基中发酵，得含胶质芽孢杆菌多糖的发酵液；3)双组份絮凝剂的制备：将胶质芽孢杆菌多糖组份和壳聚糖组份按比例混合均匀，得双组份絮凝剂；4)处理重金属废水：将双组份絮凝剂以0.1?10％的体积比投入到废水中，以300?500rpm的转速搅拌5?15min，观察到完全絮凝后，沉降去除絮凝物，获得经净化处理的废水。采用本发明方法处理废水后，溶液浊度降低80％以上，Pb2+、Ni2+、Fe3+降低90％以上，Zn2+、Cu2+降低80％以上。

Description

一种胶质芽孢杆菌多糖与壳聚糖双组份絮凝剂处理重金属废水的方法
技术领域
本发明具体涉及一种处理废水的方法，尤其是胶质芽孢杆菌多糖和壳聚糖双组份絮凝剂处理重金属废水的方法，属于废水处理技术领域。
背景技术
随着我国经济的发展，城市化和工业化进程的不断加速，废水排放量也日益增加，对水体的污染也日趋广泛和严重，威胁人类的健康和安全。重金属废水是指矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中排出的含重金属的废水。重金属(如含镉，镍，汞，锌，铜，高价铁，铅等)废水是对环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一，其水质水量与生产工艺有关。大量未经处理或处理不充分不合格的污废水被用于灌溉，使得农田受到重金属的污染，导致粮食不符合国家卫生标准，造成粮食产量低，营养下降。重金属水污染还对养殖业造成了极大的危害，水源污染使得原有的水处理工艺受到了前所未有的挑战。重金属离子是废水处理中的难点，废水中的重金属一般不能分解破坏，只能转移其存在位置和转变其物化形态，传统的废水处理方法主要可为物理处理法和化学处理法，其能耗大、费用高、效率低的特点使其应用受到了很大的限制。生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的代谢物进行絮凝沉淀的一种除污方法，具有成本低、选择性好、吸附量大、适用范围广等优点，已引起国内外的重视。
胶质芽孢杆菌于20世纪初分离得到，它可分解云母、长石等硅酸盐矿石而释放出磷、钾元素，且在生长过程中能够产生丰富的荚膜多糖。该多糖是天然高分子材料，具有良好的絮凝效果，絮凝对象较广，对金属离子有较强的吸附性能，可以用于处理活性污泥、污水、净化水质，另外其具有多羟基结构，对金属离子具有螯合作用，同时可以通过对有机物的絮凝作用，增强对金属离子的脱除作用，在重金属废水处理方面具有较高的实际应用价值。但由于目前国内胶质芽孢杆菌多糖的生产效率较低、提取步骤复杂，导致多糖产量偏低，而作为絮凝剂时多糖用量则较大，极大限制了该多糖的应用。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一套胶质芽孢杆菌高产多糖的方法，以及该多糖和壳聚糖双组份絮凝剂处理重金属废水的方法。
为解决上述技术问题，本发明所提供的具体技术方案如下：
(1)选用胶质芽孢杆菌CGMCC 5766作为微生物多糖生产菌。
(2)菌种发酵培养：挑取生长良好的活化单菌落，接于种子培养基中，30～35℃培养20-30h，得种子菌；将种子菌按体积比1～10％转接入发酵培养基，30～35℃培养60～80h。
(3)种子培养基配方(g/L)：蔗糖10.0～20.0，尿素0.1～0.5，CaCO3 3.0～10.0，MgSO4·7H2O 0.1～0.8，K2HPO4 0.1～0.8，NaCl 0.1～0.8，pH 7.0～7.5，121℃灭菌20min。
(4)发酵培养基配方(g/L)：葡萄糖50.0～80.0，尿素0.2～0.8，CaCO3 3.0～10.0，MgSO4·7H2O 0.1～0.8，K2HPO4 0.1～0.8，NaCl 0.1～0.8，pH 7.0～7.5，121℃灭菌20min。
(5)胶质芽孢杆菌多糖的提取分离：将发酵液稀释并搅拌均匀，6000～10000rpm离心5～10min，上清液悬蒸浓缩至原体积，并加入3～5倍体积95％的乙醇，静置过夜。6000～10000rpm离心5～10min，沉淀复溶于等体积去离子水中，乙醇抽提3～5次，去离子水复溶沉淀，溶液透析过夜，3～5倍体积乙醇沉淀，4℃放置过夜，6000～10000rpm离心5～10min，沉淀冷冻干燥得胶质芽孢杆菌多糖。
(6)胶质芽孢杆菌多糖组份的配制：称取1～10g多糖，置于900mL超纯水中，以300～500rpm的转速搅拌溶解，定容至1L，得0.1～1％的多糖溶液。
(7)壳聚糖组份配制：称取1～10g壳聚糖，加入99％醋酸20mL和超纯水900mL，以300～500rpm的转速搅拌溶解，定容至1L，配制成0.1～1％的壳聚糖溶液。
所述胶质芽孢杆菌多糖和壳聚糖双组份絮凝剂的应用如下：将制备好的胶质芽孢杆菌多糖组份和壳聚糖组份按比例混合均匀，以0.1～10％的体积比投入到废水中，以300～500rpm的转速搅拌5～15min，观察到完全絮凝后，沉降去除絮凝物，获得经净化处理的废水。
本发明采用胶质芽孢杆菌合成的多糖与壳聚糖为原料制备的双组份絮凝剂，用以处理富含重金属离子的废水，本发明方法具有以下优点。一、通过培养基与发酵条件优化，使微生物多糖发酵时间缩短、产量提高，生产成本降低；二、双组份絮凝剂进行复配后，具有分子量分布广、结构多样化等特点，促使两者吸附效果相互补充，显著增强了对金属离子的吸附絮凝作用，三、双组份絮凝剂进行复配后，絮凝效果增强，原料使用量减少，成本降低。
经发明人研究表明，采用本发明方法处理废水后，溶液浊度降低80％以上，Pb2+、Ni2+、Fe3+降低90％以上，Zn2+、Cu2+降低80％以上。同时由于所采用的原料价格低廉，无毒无害，使得本发明方法具有成本低、绿色环保等特点。该发明方法对于保护环境，减轻环境污染，遏制生态变化趋势，减轻废水处理成本有着重要的意义。
具体实施方式
实施例1：利用胶质芽孢杆菌发酵生产多糖的方法
(1)选用胶质芽孢杆菌作为生产菌。
(2)菌株活化及发酵培养：
种子培养基(g/L)：蔗糖10，尿素0.2，CaCO3 5，MgSO4·7H2O 0.2，K2HPO4·3H2O 0.2，NaCl 0.2，pH 7.0～7.2，121℃灭菌20min。
发酵培养基(g/L)：葡萄糖60，尿素0.3，CaCO3 5，MgSO4·7H2O 0.6，K2HPO4·3H2O 0.2，NaCl 0.4，pH 7.0～7.2，121℃灭菌20min。
挑取生长良好的活化单菌落，接于种子培养基中，30℃培养24h，得种子菌；将种子菌按体积比4％转接入发酵培养基，30℃，150rpm培养72h，得发酵液。
(3)多糖的提取分离：将发酵液稀释并搅拌均匀，8000rpm离心10min，上清液悬蒸浓缩至原体积，并加入3倍体积95％的乙醇，静置过夜。8000rpm离心10min，沉淀复溶于等体积去离子水中，乙醇抽提3次，去离子水复溶沉淀，溶液透析过夜，3倍体积乙醇沉淀，4℃放置过夜，8000rpm离心10min，沉淀冷冻干燥得微生物多糖，多糖产量可达到25g/L。
实施例2：胶质芽孢杆菌多糖处理重金属工业废水
(1)菌株活化及发酵培养同实施例1。
(2)胶质芽孢杆菌多糖絮凝剂的配制：称取2g多糖，置于900mL超纯水中，以300rpm的转速搅拌溶解，定容至1L，得0.2％的多糖溶液。
(3)双组份絮凝剂处理重金属工业废水：废水经硝酸酸化后，将不同体积胶质芽孢杆菌多糖絮凝剂投入到1L废水中，以400rpm的转速搅拌10min，观察到完全絮凝后，静置沉降。结果见表1，多糖絮凝剂添加量为15mL时可获得稳定的吸附效率，废水的溶液浊度降低85.8％，Pb2+浓度降低84.4％，Ni2+浓度降低77.9％，Fe3+浓度降低99.9％，Zn2+浓度降低66.43％，Cu2+浓度降低51.5％。
表1胶质芽孢杆菌多糖絮凝剂添加量对处理重金属废水的影响
实施例3：微生物多糖与壳聚糖双组份处理重金属工业废水
(1)菌株活化及发酵培养同实施例1。
(2)微生物多糖组份的配制同实施例2。
(3)壳聚糖组份的配制：称取2g壳聚糖，加入99％醋酸20mL和超纯水900mL，以300rpm的转速搅拌溶解，定容至1L，配制成0.2％的壳聚糖溶液。
(3)双组份絮凝剂的配制：将0.2％的多糖溶液和0.2％的壳聚糖溶液按照5:2的比例混合均匀。
(4)双组份絮凝剂处理重金属工业废水：废水经硝酸酸化后，将不同体积的双组份絮凝剂投入到1L废水中，以400rpm的转速搅拌10min，观察到完全絮凝后，静置沉降。
结果见表2，双组份絮凝剂添加量为8mL时可获得稳定的吸附效率，处理后废水的溶液浊度降低82.7％，Pb2+浓度降低91.5％，Ni2+浓度降低92.4％，Fe3+浓度降低99.9％，Zn2+浓度降低81.1％，Cu2+浓度降低80.8％。
表2双组份絮凝剂添加量对处理重金属废水的影响
显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术前提下，还可以做出其他多种形式的修改、替换或变更。凡基于本发明上述内容所直接导出或联想到的所有变形，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种胶质芽孢杆菌多糖与壳聚糖双组份絮凝剂处理重金属废水的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)选用胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)作为微生物多糖生产菌，保藏号为CGMCC 5766；
(2)菌种发酵培养：挑取生长良好的活化单菌落，接于种子培养基中，30～35℃培养20-30h，得种子菌；将种子菌按体积比1～10％转接入发酵培养基，30～35℃培养60～80h；
(3)胶质芽孢杆菌多糖的提取分离：将发酵液稀释并搅拌均匀，6000～10000rpm离心5～10min，上清液悬蒸浓缩至原体积，并加入3～5倍体积95％的乙醇，静置过夜。6000～10000rpm离心5～10min，沉淀复溶于等体积去离子水中，乙醇抽提3～5次，去离子水复溶沉淀，溶液透析过夜，3～5倍体积乙醇沉淀，4℃放置过夜，6000～10000rpm离心5～10min，沉淀冷冻干燥得胶质芽孢杆菌多糖；
(4)胶质芽孢杆菌多糖组份的配制：称取1～10g多糖，置于900mL超纯水中，以300～500rpm的转速搅拌溶解，定容至1L，得0.1～1％的多糖溶液；
(5)壳聚糖组份配制：称取1～10g壳聚糖，加入99％醋酸20mL和超纯水900mL，以300～500rpm的转速搅拌溶解，定容至1L，配制成0.1～1％的壳聚糖溶液；
(6)处理重金属废水：将制备好的胶质芽孢杆菌多糖组份和壳聚糖组份按比例混合均匀，以0.1～10％的体积比投入到废水中，以300～500rpm的转速搅拌5～15min，观察到完全絮凝后，沉降去除絮凝物，获得经净化处理的废水。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述种子培养基配方为：蔗糖10.0～20.0，尿素0.1～0.5，CaCO33.0～10.0，MgSO4·7H2O 0.1～0.8，K2HPO4 0.1～0.8，NaCl 0.1～0.8，单位为g/L，pH 7.0～7.5，121℃灭菌20min。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述发酵培养基配方为：葡萄糖50.0～80.0，尿素0.2～0.8，CaCO33.0～10.0，MgSO4·7H2O 0.1～0.8，K2HPO4 0.1～0.8，NaCl 0.1～0.8，单位为g/L，pH 7.0～7.5，121℃灭菌20min。
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