CN105923785B - 利用大肠杆菌在好氧和厌氧条件下净化污水中汞和硒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用大肠杆菌在好氧和厌氧条件下净化污水中汞和硒的方法，该方法利用大肠杆菌，在好氧和厌氧条件下分别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和亚硒酸根的水中，同时以营养肉汤作为营养维持细菌生长，在室温好氧和厌氧分别培养数天后，大肠杆菌将水中的亚硒酸根离子还原为负二价硒离子，再与二价汞离子结合生成硒化汞沉淀，硒化汞沉淀可以稳定的存在于水体中而不被生物体吸收利用，从而同时去除水体中的二价汞和亚硒酸根污染，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

利用大肠杆菌在好氧和厌氧条件下净化污水中汞和硒的方法
技术领域
本发明涉及一种利用大肠杆菌在好氧和厌氧条件下净化污水中汞和硒的方法，属于环境保护领域污水净化处理技术领域。
背景技术
汞，常温常压条件下唯一以液态形式存在的重金属元素。美国环保署把汞列为129种危险化学品之一，也有人把汞列为三大最危险的重金属元素之一，这主要是因为汞是一种非必需元素，对生物体没有任何有益的生物学功能，对人体危害极大。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。而且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。
汞在我们的日常生活中有着非常广泛的用途，例如用于冶金、氯碱工业；制造生产牙科材料、荧光灯、化妆品、温度计、水泥、涂料、聚氯乙烯(PVC)以及农药等。而且人类发现并利用汞矿已有2300多年的历史，正是由于长时间、大规模的汞使用过程中的排污导致了严重的汞污染。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。在水体中汞主要以二价汞的形式存在，水体中的汞污染不容忽视。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％。这都表明我国的水体汞污染亟待解决。
硒是生命系统最重要的微量营养元素之一，具有重要的生物学功能。人体缺硒会导致心脏疾病、甲状腺机能减退、免疫系统功能脆弱、引发多种地方性疾病(克山病、大骨节病和地方性贫血等)。但是硒的有害剂量和有益剂量之间的差距很小，过量的硒对生命体是有毒的。例如过量的硒可以导致化学性支气管炎、化学性肺炎和肺水肿，进入眼内可引起结膜炎，过量表现为指甲变厚、毛发脱落、肢端麻木、协调能力减弱，四肢知觉确实以及瘫痪等神经系统障碍。水生条件下硒可导致鱼类、鸟类的脊椎畸形和蛋卵异常，还会导致鱼类、鸟类、家畜中毒和死亡。美国、加拿大等国家出现过牲畜的饲料和人类的食物中硒过量情况，并由此导致了牲畜的死亡和人类的发病。我国湖北恩施和陕西紫阳地区都曾发生过人体硒中毒事件。硒易溶于水，在水体中硒主要以硒酸根和亚硒酸根的形式存在。亚硒酸根的毒性略大于硒酸根，水体中亚硒酸根的修复也逐步引起了人们的关注。
硒是汞矿的一种重要的伴生矿，而且硒也被认为是汞矿的一种重要的指示元素。在上世纪70年代初湖南新晃上关溪首次发现硒汞矿以来，西秦岭南亚带以及贵州万山等地也陆续发现了硒汞矿的存在。历史上汞矿的大规模开采和分选导致了汞矿周围严重的汞和硒污染。面对水体中硒和汞的复合污染，我们需要采取简单有效的生物修复方法同时去除水体中的汞、硒污染。在现实环境中水体表层一般是好氧环境，水体底部则为厌氧环境，两者的巨大差异对微生物修复提出了新的更高的要求。寻找一种能够在好氧和厌氧条件下同时修复汞和硒污染的兼性厌氧菌将极大地推动汞、硒污染修复技术的进展。
发明内容
本发明的目的是，提供一种利用大肠杆菌在好氧和厌氧条件下净化污水中汞和硒的方法，该方法利用大肠杆菌，在好氧和厌氧条件下，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和亚硒酸根的水中，同时以营养肉汤作为营养维持细菌生长，在室温好氧和厌氧条件分别培养数天后终止实验。大肠杆菌将水中的亚硒酸根离子还原为负二价硒离子，再与二价汞离子结合生成硒化汞沉淀，硒化汞沉淀可以稳定的存在于水体中而不被生物体吸收利用，从而同时去除水体中的二价汞和亚硒酸根污染，减少对人体的危害，避免了二次污染，该方法具有成本低，适用范围广等特点。
本发明所述的一种利用大肠杆菌在好氧和厌氧条件下净化污水中汞和硒的方法，该方法利用大肠杆菌将水中的亚硒酸根离子还原为负二价硒离子，再与二价汞离子结合生成硒化汞沉淀，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Escherichia coli,保藏号：GIM1.223，购买自广东微生物菌种保藏中心GIM，将大肠杆菌接种到成分为蛋白胨10‰、牛肉膏1.5‰、酵母浸粉1.5g/L、氯化钠5‰的营养肉汤培养基中，在温度20-30℃好氧和厌氧条件下分别培养8-15小时至稳定生长期，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3％-10％的接种量加入到含二价汞和亚硒酸根的水中，水中二价汞和亚硒酸根的初始浓度为40μg/L和50mg/L，同时加入10-20g/L的营养肉汤作为大肠杆菌的营养维持细菌生长，然后置于温度26℃好氧和厌氧条件下生化处理3-5天，大肠杆菌将水中的亚硒酸根离子还原为负二价硒离子后再与二价汞离子结合生成硒化汞沉淀。
本发明所述的一种利用大肠杆菌在好氧和厌氧条件下净化污水中汞和硒的方法，该方法利用大肠杆菌将水中的亚硒酸根离子还原为负二价硒离子，再与二价汞离子结合生成硒化汞沉淀，当二价汞和亚硒酸根离子浓度为40μg/L和50mg/L时，厌氧条件下68.3％-91.6％的二价汞和89.7％-100％的亚硒酸根在5天后被去除；好氧条件下44.1％-62.4％的二价汞和49.5％-70.5％的亚硒酸根在5天后被去除。硒化汞沉淀可以稳定的存在于水体中而不被生物体吸收利用，从而同时去除水体中的二价汞和亚硒酸根污染。本发明所述方法工艺简单，操作方便，处理成本低，处理范围大，无二次污染。
本发明所述的一种利用大肠杆菌在好氧和厌氧条件下净化污水中汞和硒的方法，该方法中选取的兼性厌氧细菌大肠杆菌(Escherichia coli)，购买自广东微生物菌种保藏中心(GIM)保藏号：GIM1.223，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Escherichia coli,保藏号：GIM1.223，购买自广东微生物菌种保藏中心(GIM)，将大肠杆菌接种到成分为蛋白胨10‰、牛肉膏1.5‰、酵母浸粉1.5g/L、氯化钠5‰的营养肉汤培养基中，在温度20-30℃好氧和厌氧条件下培养8-15小时至稳定生长期，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3％-10％的接种量加入到含二价汞和亚硒酸根的水中，水中二价汞和亚硒酸根的初始浓度为40μg/L和50mg/L，同时加入10-20g/L的营养肉汤作为细菌大肠杆菌的营养维持细菌生长，然后置于温度26℃好氧和厌氧条件下生化处理时间3-5天，大肠杆菌将水中的亚硒酸根离子还原为负二价硒离子后再与二价汞离子结合生成硒化汞沉淀；当二价汞和亚硒酸根离子浓度为40μg/L和50mg/L时，厌氧条件下68.3％-91.6％的二价汞和89.7％-100％的亚硒酸根在5天后被去除；好氧条件下44.1％-62.4％的二价汞和49.5％-70.5％的亚硒酸根在5天后被去除；
下面是利用大肠杆菌在好氧和厌氧条件下净化污水中汞和硒的具体实施例：
本发明所述利用大肠杆菌在好氧和厌氧条件下净化污水中汞和硒的方法，该方法同时去除水体中的二价汞和亚硒酸根污染，减少对人体的危害，避免了二次污染。

Claims (1)

1.一种利用大肠杆菌在好氧和厌氧条件下净化污水中汞和硒的方法，其特征在于该方法利用大肠杆菌将水中的亚硒酸根离子还原为负二价硒离子，再与二价汞离子结合生成硒化汞沉淀，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Escherichia coli, 保藏号：GIM1.223，购买自广东微生物菌种保藏中心GIM，将大肠杆菌接种到成分为蛋白胨10‰、牛肉膏1.5‰、酵母浸粉1.5 g/L、氯化钠5‰的营养肉汤培养基中，在温度20-30℃好氧和厌氧条件下分别培养8-15小时至稳定生长期，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3%-10%的接种量加入到含二价汞和亚硒酸根的水中，水中二价汞和亚硒酸根的初始浓度为40μg/L和50mg/L，同时加入10-20 g/L的营养肉汤作为大肠杆菌的营养维持细菌生长，然后将好氧和厌氧条件下分别培养的大肠杆菌分别置于温度26℃好氧和厌氧条件下生化处理3-5天，大肠杆菌将水中的亚硒酸根离子还原为负二价硒离子后再与二价汞离子结合生成硒化汞沉淀。
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