CN107099483B - 一种复合生物制剂及其在处理含汞废水中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物技术领域，公开了一种复合生物制剂，其按照如下工艺制备而得：步骤1）菌株培养，步骤2）混匀、浓缩，步骤3）混合、加热、搅拌，步骤4）涂覆、交联、干燥。本发明复合生物制剂配伍合理，协同作用强，对汞有较高降解能力，可用于处理含汞废水。
Description
技术领域
本发明属于生物技术领域，具体涉及一种复合生物制剂及其在处理含汞废水中的应用。
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。水体中汞的来源主要是由于人们对汞处理应用不当或者汞矿、金矿、氯碱化工厂、汞齐法回收贵金属、有色金属冶炼厂、农药厂、电池、日光灯管以及体温计等的生产，另外，制药、化妆品、医院实验室等也有一定量的含汞废水的排放。
上个世纪，震惊世界的八大公害事件之一“水俣病”，就是由于一家乙醛厂排出的废水中含有甲基汞，废水排入自然水系，甲基汞在鱼体内富集，人们长期食用含甲基汞的鱼类，引起人体中枢神经系统发生病变。有研究证明，元素汞和有机汞化合物可能对肾脏和免疫系统产生危害，而甲基汞可以对神经系统和心脑血管造成威胁。甲基汞具有在食物链中的富集能力，最终进入人体，对人类的身体健康造成影响，因此，水环境中汞污染的危害越来越引起人们的担心。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。
目前，含汞废水的处理方法有：沉淀法、电解法、活性炭吸附法和生化处理法。沉淀法的缺点在于易引起水质硬化，对含低浓度汞的废水处理不彻底，易导致二次污染；受沉淀剂、环境条件和工艺控制参数的影响，出水浓度很难达到排放标准，因此还需进一步处理。电解法的缺点是水中的汞离子浓度不能降得很低，电耗较大，投资成本高，容易产生汞蒸汽，形成二次污染。活性炭吸附法的缺点在于活性炭的供应比较紧张，再生设备少，再生费用高。生化处理法的缺点效率较低，菌株选择困难。开发一种高效的生物制剂是我们需要解决的技术问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种复合生物制剂。本发明复合生物制剂配伍合理，各菌株协同作用强，环境友好，能够有效地去除二价汞。
本发明还公开了一所述复合生物制剂在处理含汞废水中的应用。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
一种复合生物制剂，其按照如下工艺制备而得：步骤1）菌株培养，步骤2）混匀、浓缩，步骤3）混合、加热、搅拌，步骤4）涂覆、交联、干燥。
具体地，按照如下工艺制备而得：
1）将恶臭假单胞菌、地衣芽孢杆菌、阴沟肠杆菌、嗜热侧孢霉菌以及蜡状芽孢杆菌分别按照斜面培养、摇瓶种子培养以及发酵罐培养获得恶臭假单胞菌发酵液、地衣芽孢杆菌发酵液、阴沟肠杆菌发酵液、嗜热侧孢霉菌发酵液以及蜡状芽孢杆菌发酵液；
2）将恶臭假单胞菌发酵液、地衣芽孢杆菌发酵液、阴沟肠杆菌发酵液、嗜热侧孢霉菌发酵液以及蜡状芽孢杆菌发酵液按照4-7:4-7:3-5:2-3:2-3的体积比混合均匀，得到混合发酵液，然后浓缩至原体积的五分之一，得到浓缩菌液；
3）将海藻酸钠、玉米淀粉以及聚乙烯醇按照3-5:3-5:1-2的质量比混合得到混合物，然后添加到占混合物三倍重量的水中，加热至60℃，保温条件下，300rpm搅拌30min，停止搅拌，自然冷却至室温，得到糊状物；
4）将浓缩菌液与糊状物按照3-5:2-3的体积比混合，搅拌均匀，涂覆在无纺布的正反两面，30℃干燥处理20min，再置于1wt%的CaCl2溶液中进行交联反应，反应时间为60min，取出，20℃干燥至水分含量为5wt%，即得。
优选地，所述恶臭假单胞菌发酵液、地衣芽孢杆菌发酵液、阴沟肠杆菌发酵液、嗜热侧孢霉菌发酵液以及蜡状芽孢杆菌发酵液的浓度均为1×1010cuf/ml；
优选地，所述恶臭假单胞菌为ATCC 31483，所述地衣芽孢杆菌为ATCC 11946，所述阴沟肠杆菌为ATCC 13047，所述嗜热侧孢霉菌为ATCC 36347，所述蜡状芽孢杆菌为ATCC10876。
作为本发明的其他技术方案中，对复合生物制剂中菌株浓度没有特别的限定，可以根据具体的情况进行具体的选择，在此不再详细赘述。
另外，作为其他技术方案，可以根据预定的用途不同，本发明提供的复合生物制剂可以制备为不同的剂型，并添加相应的赋形剂等成分。其中，在何种剂型的菌剂中添加何种赋形剂为本领域技术人员所公知，在此不再详细赘述。
优选情况下，汞源为汞污染含汞废水；还可以是含汞土壤。
本发明取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面：
本发明复合生物制剂配伍合理，协同作用强，对汞具有高耐受性与降解能力，可在较高汞含量下快速生长，能够有效降低汞在水相生物可利用度，达到快速钝化效果；
本发明采用海藻酸钠、淀粉、聚乙烯醇以及氯化钙作为交联剂和有机反应剂，将菌株附着到无纺布上，使无纺布表面形成有效的孔道和缝隙，增加了比表面积，提高了菌株附着力；
本发明复合生物制剂比表面积大，菌体附着力强，能够悬浮与废水中，避免了密度过大沉淀于池底造成的微生物分布不均而影响除污效果，还能减少污泥的产量，与常见硅藻土载体相比，本发明复合生物制剂的污泥产生量可减少一半；
本发明复合生物制剂修复含汞废水的工艺操作简便，可实现环保绿色修复的目的，经济高效，环境友好，成本低廉，应用范围广泛。
说明书附图
图1：梯度试验确定含汞废水中复合菌剂的添加量。
图2：本发明复合生物制剂30天之内的污泥产生量检测。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
以下实施例和对比例中的实验方法中，如无特殊说明，均为本领域常规方法。下述实施例和对比例中所用的实验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到。
实施例1
一种复合生物制剂，其按照如下工艺制备而得：
1）将恶臭假单胞菌、地衣芽孢杆菌、阴沟肠杆菌、嗜热侧孢霉菌以及蜡状芽孢杆菌分别按照斜面培养、摇瓶种子培养以及发酵罐培养获得恶臭假单胞菌发酵液、地衣芽孢杆菌发酵液、阴沟肠杆菌发酵液、嗜热侧孢霉菌发酵液以及蜡状芽孢杆菌发酵液；
2）将恶臭假单胞菌发酵液、地衣芽孢杆菌发酵液、阴沟肠杆菌发酵液、嗜热侧孢霉菌发酵液以及蜡状芽孢杆菌发酵液按照4:4:3:2:2的体积比混合均匀，得到混合发酵液，然后浓缩至原体积的五分之一，得到浓缩菌液；所述恶臭假单胞菌发酵液、地衣芽孢杆菌发酵液、阴沟肠杆菌发酵液、嗜热侧孢霉菌发酵液以及蜡状芽孢杆菌发酵液的浓度均为1×1010cuf/ml；
3）将海藻酸钠、玉米淀粉以及聚乙烯醇按照3:3:1的质量比混合得到混合物，然后添加到占混合物三倍重量的水中，加热至60℃，保温条件下，300rpm搅拌30min，停止搅拌，自然冷却至室温，得到糊状物；
4）将浓缩菌液与糊状物按照3:2的体积比混合，搅拌均匀，涂覆在无纺布的正反两面，30℃干燥处理20min，再置于1wt%的CaCl2溶液中进行交联反应，反应时间为60min，取出，20℃干燥至水分含量为5wt%，即得。
所述恶臭假单胞菌为ATCC 31483，所述地衣芽孢杆菌为ATCC 11946，所述阴沟肠杆菌为ATCC 13047，所述嗜热侧孢霉菌为ATCC 36347，所述蜡状芽孢杆菌为ATCC 10876。
实施例2
一种复合生物制剂，其按照如下工艺制备而得：
1）将恶臭假单胞菌、地衣芽孢杆菌、阴沟肠杆菌、嗜热侧孢霉菌以及蜡状芽孢杆菌分别按照斜面培养、摇瓶种子培养以及发酵罐培养获得恶臭假单胞菌发酵液、地衣芽孢杆菌发酵液、阴沟肠杆菌发酵液、嗜热侧孢霉菌发酵液以及蜡状芽孢杆菌发酵液；
2）将恶臭假单胞菌发酵液、地衣芽孢杆菌发酵液、阴沟肠杆菌发酵液、嗜热侧孢霉菌发酵液以及蜡状芽孢杆菌发酵液按照7:7:5:3:3的体积比混合均匀，得到混合发酵液，然后浓缩至原体积的五分之一，得到浓缩菌液；所述恶臭假单胞菌发酵液、地衣芽孢杆菌发酵液、阴沟肠杆菌发酵液、嗜热侧孢霉菌发酵液以及蜡状芽孢杆菌发酵液的浓度均为1×1010cuf/ml；
3）将海藻酸钠、玉米淀粉以及聚乙烯醇按照5:5:2的质量比混合得到混合物，然后添加到占混合物三倍重量的水中，加热至60℃，保温条件下，300rpm搅拌30min，停止搅拌，自然冷却至室温，得到糊状物；
4）将浓缩菌液与糊状物按照5:3的体积比混合，搅拌均匀，涂覆在无纺布的正反两面，30℃干燥处理20min，再置于1wt%的CaCl2溶液中进行交联反应，反应时间为60min，取出，20℃干燥至水分含量为5wt%，即得。
所述恶臭假单胞菌为ATCC 31483，所述地衣芽孢杆菌为ATCC 11946，所述阴沟肠杆菌为ATCC 13047，所述嗜热侧孢霉菌为ATCC 36347，所述蜡状芽孢杆菌为ATCC 10876。
实施例3
本发明复合生物制剂在含汞废水中的添加量：
废水处理工艺包括如下步骤：含汞废水经过过滤和沉淀，去除大颗粒物质和絮凝物，然后调节pH为6.8；然后进入生物修复池，加入复合生物制剂，处理时间为72小时。
梯度试验确定复合生物制剂的添加量：
设置两个汞浓度组别：组别1：Hg2+浓度为30mg/L:，组别2：Hg2+浓度为60mg/L。处理工序参照实施例1；汞降解率＝(处理前Hg2+含量-处理后Hg2+含量)/处理前Hg2+含量×100％。图1中，按照每立方米中复合生物制剂的添加量设置梯度试验，发现在1g/m3到2g/m3，Hg2+的去除效果明显提高，但是3g/m3后，Hg2+的并没有明显变化，因此选择最佳添加量为2-3g/m3。
实施例4
本发明复合生物制剂中各菌株配伍效果验证：
样品选择：选择Hg2+浓度为50mg/L、COD浓度为873mg/L、氨氮浓度为193mg/L的水样作为处理样品。复合生物制剂添加量为3g/m3废水，处理工艺同实施例3。
设置六个组别，分别为：试验组：本发明实施例2；对照组1：不添加恶臭假单胞菌，其余同实施例2；对照组2：不添加地衣芽孢杆菌，其余同实施例2；对照组3：不添加阴沟肠杆菌，其余同实施例2；对照组4：不添加嗜热侧孢霉菌，其余同实施例2；对照组5：不添加蜡状芽孢杆菌，其余同实施例2。具体检测结果见表1：
表1
| 组别 | Hg<sup>2+</sup> | COD | 氨氮 |
| 试验组 | 2.2 | 7.7 | 3.1 |
| 对照组1 | 11.4 | 42.6 | 8.9 |
| 对照组2 | 9.3 | 24.8 | 41.6 |
| 对照组3 | 17.8 | 81.3 | 20.5 |
| 对照组4 | 14.6 | 60.9 | 16.1 |
| 对照组5 | 11.6 | 89.5 | 35.4 |
结论：通过表1可知，本发明复合生物制剂中各菌株能够协同共生，互不拮抗，不但能有效地钝化去除Hg2+，还能够去除COD以及氨氮等污染物。
实施例5
本发明复合生物制剂的污泥产量试验：
本发明检测了第5，10，15，20天的污泥产生量，设置两个组别，其中，
试验组：本发明实施例1；
对照组：以硅藻土载体，与菌液按照2:1的质量比混合，干燥制得。
污泥产生量指标见图2，与常用硅藻土相比，本发明污泥产生量可以减少一半左右，主要是由于本发明复合生物制剂可以悬浮于液体中，避免了沉积絮集到池底，污泥的产生量大大降低，可以提高使用寿命，并且污泥清理周期变长，节省了成本。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (3)
1.一种复合生物制剂，所述复合生物制剂按照如下工艺制备而得：
步骤1）菌株培养：将恶臭假单胞菌、地衣芽孢杆菌、阴沟肠杆菌、嗜热侧孢霉菌以及蜡状芽孢杆菌分别按照斜面培养、摇瓶种子培养以及发酵罐培养获得恶臭假单胞菌发酵液、地衣芽孢杆菌发酵液、阴沟肠杆菌发酵液、嗜热侧孢霉菌发酵液以及蜡状芽孢杆菌发酵液；
所述恶臭假单胞菌为ATCC 31483，所述地衣芽孢杆菌为ATCC 11946，所述阴沟肠杆菌为ATCC 13047，所述嗜热侧孢霉菌为ATCC 36347，所述蜡状芽孢杆菌为ATCC 10876;
步骤2）混匀、浓缩：将恶臭假单胞菌发酵液、地衣芽孢杆菌发酵液、阴沟肠杆菌发酵液、嗜热侧孢霉菌发酵液以及蜡状芽孢杆菌发酵液按照4-7:4-7:3-5:2-3:2-3的体积比混合均匀，得到混合发酵液，然后浓缩至原体积的五分之一，得到浓缩菌液；
步骤3）混合、加热、搅拌：将海藻酸钠、玉米淀粉以及聚乙烯醇按照3-5:3-5:1-2的质量比混合得到混合物，然后添加到占混合物三倍重量的水中，加热至60℃，保温条件下，300rpm搅拌30min，停止搅拌，自然冷却至室温，得到糊状物；
步骤4）涂覆、交联、干燥：将浓缩菌液与糊状物按照3-5:2-3的体积比混合，搅拌均匀，涂覆在无纺布的正反两面，30℃干燥处理20min，再置于1wt%的CaCl2溶液中进行交联反应，反应时间为60min，取出，20℃干燥至水分含量为5wt%，即得。
2.根据权利要求1所述的复合生物制剂，其特征在于，所述恶臭假单胞菌发酵液、地衣芽孢杆菌发酵液、阴沟肠杆菌发酵液、嗜热侧孢霉菌发酵液以及蜡状芽孢杆菌发酵液的浓度均为1×1010cuf/ml。
3.按照权利要求1或2所述的复合生物制剂在处理含汞废水中的应用。
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