CN109486716A - 一种水中重金属处理复合菌剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水中重金属处理复合菌剂及其制备方法，属于重金属处理领域。本发明微生物菌剂按照重量份数计，包括：假单胞菌20‑30份，芽孢杆菌15‑30份，葡萄球菌5‑15份，毕赤酵母5‑15份。本发明微生物菌剂能够快速高效吸附去除重金属离子，本发明微生物菌剂2d对镉、铜、铅、铬的去除效率分别达到81.0％、56.5％、52.0％、74.0％，其中对镉、铬的吸附去去除效果最为明显；此外，本发明微生物菌剂还能够有效提高受处理污水中污染物的去除效率，较少用量即可实现80％以上CODMn去除率、85％以上TN去除率、80％以上TP去除率、80％以上的NH4 +‑N去除率，符合污水处理厂污染物排放标准，具有很好的应用前景。

Description

一种水中重金属处理复合菌剂及其制备方法
技术领域
本发明具体涉及一种水中重金属处理复合菌剂及其制备方法，属于重金属处理领域。
背景技术
随着经济社会发展，重金属废水种类日趋增加，电镀、采矿和金属制造业、工业机器生产、摄影和彩绘、农药、纺织、油漆和染料等工业排放废水常含有镉、铜、镍、锡和钙等重金属。重金属废水的大量排放使得重金属已经成为了环境水污染的重要污染物之一。与有机污染物不同的是重金属不会衰减，因此，水一旦被重金属污染，很难被修复。另外，重金属产生的生物效应是长期存在的，大多数金属离子及其化合物易于被水中悬浮颗粒所吸附而沉淀于水底的沉积层中，长期污染水体.某些重金属及其化合物能在鱼类及其他水生生物体内以及农作物组织内富集、累积并参与生物圈循环。人通过饮水及食物链的作用，使重金属在体内富集而中毒，甚至导致死亡.震惊世界的“骨痛病”就是由于镉慢性中毒，导致镉代替了骨骼中的钙而使骨质变软，最后发生废用性萎缩、并发性肾功能衰竭和感染等合并症而死亡。重金属污染还常常伴随着有氰、砷、氟等有害物质的污染，对人体造成很大危害，如氟化物可导致骨质疏松、骨质增殖或变形，还可引起湿疹及各种皮炎；砷及所有含砷的化合物在人体内积累是致癌、致畸物质。
目前处理重金属处理技术主要有化学处理法、物理化学处理法和生物处理法这3大类，目前已有报道的常用方法，包括化学沉淀法、混凝-絮凝、电化学法、膜分离、离子交换以及吸附都存在相应的局限行，比如化学沉淀法对于低浓度重金属废水的处理效果欠佳，因为氢氧化物的沉淀作用会产生大量低密度的沉淀物，不但大幅度地增加了脱水和处置沉淀物的工作量，而且在酸性条件下，硫化物沉淀剂也产生了如H2S等次级污染物；混凝-絮凝工艺的操作成本较高，且其过程产生的污泥体积不断地增加，会阻碍废水处理中污泥对重金属的吸附作用；电化学处理技术需要很高的投资成本和昂贵的电费；膜分离(微滤、超滤、纳滤、反渗透)会产生膜易污染、堵塞和透过率比较低等问题；，离子交换树脂不能适用于去除所有的重金属，普适性较差，为了去除废水中不同类型的重金属，需要采用不同的离子交换树脂。
生物吸附剂因具有广泛的原料来源、低廉的价格和快速吸附的特点，在重金属废水处理领域吸引了众多研究者的关注。微生物菌剂是由几种具有不同降解功能、互生或共生关系的微生物以适当的比例进行组合或混合培养所制成的制剂。通过向废水处理系统中投加功能微生物菌剂，提高难降解有机污染物的处理效率，是目前常用的生物强化技术。然而，该技术在重金属处理方面还没有较为成熟的研究，因此，发明一种快速、低廉的微生物菌剂处理重金属离子的方法是有迫切的市场需求的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种微生物菌剂，具有较好重金属离子去除效果，还具有很好的去污性能。具有针对性强、见效快、操作简便等特点，在环境有机污染治理中具有较好的应用前景。
本发明的第一个目的是提供一种微生物菌剂，所述微生物菌剂按照重量份数计，包括：假单胞菌20-30份，芽孢杆菌15-30份，葡萄球菌5-15份，毕赤酵母5-15份。
在本发明的一种实施方式中，所述微生物菌剂按照重量份数计，包括：假单胞菌25份，芽孢杆菌20份，葡萄球菌15份，毕赤酵母10份。
在本发明的一种实施方式中，所述假单胞菌包括铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)、布氏假单胞菌(Pseudomonas brenneri)、恶臭假单胞菌(Pseudomonasputida)以及施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)中的一种或多种。
在本发明的一种实施方式中，所述芽孢杆菌包括蜡样芽孢杆菌(Bacilluscereus)。
在本发明的一种实施方式中，所述毕赤酵母包括膜醭毕赤酵母(PichiaMembranifaciens)。
在本发明的一种实施方式中，所述的微生物菌剂的制备方法，包括：
按照重量份数比，将假单胞菌，芽孢杆菌，葡萄球菌，毕赤酵母混合，即得微生物菌剂。
在本发明的一种实施方式中，所述的微生物菌剂按照重量份数计，还可以包括5-20份镰刀菌。
本发明的第二个目的是提供一种重金属离子处理方法，所述方法是利用上述的微生物菌剂。
在本发明的一种实施方式中，所述方法中微生物菌剂的添加量不低于0.2％。
在本发明的一种实施方式中，所述方法还可以包括将微生物菌剂富集于载体上，所述载体为海绵状立方体载体ACP或者PM。
在本发明的一种实施方式中，所述菌种相对载体的含量不低于10μg/g。
在本发明的一种实施方式中，所述菌种相对载体的含量优选50～150μg/g。
在本发明的一种实施方式中，所述载体内部为交错型网状结构，个体体积为1dm3。
本发明的第三个目的是提供一种污水处理方法，所述方法是利用上述的微生物菌剂，或者利用上述的重金属离子处理方法进行污水处理。
在本发明的一种实施方式中，所述方法中微生物菌剂的添加量不低于0.2％。
在本发明的一种实施方式中，所述方法还可以包括将微生物菌剂富集于载体上，所述载体为海绵状立方体载体ACP或者PM。
在本发明的一种实施方式中，所述菌种相对载体的含量不低于10μg/g。
在本发明的一种实施方式中，所述菌种相对载体的含量优选50～150μg/g。
在本发明的一种实施方式中，所述载体内部为交错型网状结构，个体体积为1dm3。
本发明的有益效果：
1、本发明微生物菌剂能够有效提高受处理污水中污染物的去除效率，较少用量即可实现80％以上CODMn去除率、85％以上TN去除率、80％以上TP去除率、80％以上的NH4 +-N去除率，符合污水处理厂污染物排放标准；
2、本发明微生物菌剂能够快速高效吸附去除重金属离子，本发明微生物菌剂对镉、铜、铅、铬等重金属离子都具有较好的吸附去除效果，2d对镉、铜、铅、铬的去除效率分别达到81.0％、56.5％、52.0％、74.0％，其中对镉、铬的吸附去除效果最为显著，具有很好的应用前景。
具体实施方式
本发明污水取自无锡市某小区河道生态污水：pH为6.53，CODMn为54.61mg/L，TN质量浓度为35.15mg/L，TP质量浓度为3.14mg/L，NH4 +-N质量浓度为31.58mg/L。
实施例1：
微生物菌剂制备：铜绿假单胞菌CICC 10351、蜡样芽孢杆菌CICC 21155分别在营养肉汁琼脂培养基中进行培养，得到的铜绿假单胞菌发酵液CICC 10351和蜡样芽孢杆菌发酵液CICC 21155；葡萄球菌CICC 10311在麦芽汁琼脂培养基中进行培养，得到葡萄球菌CICC 10311发酵液；膜醭毕赤酵母CICC 33242在麦芽汁琼脂培养基中进行培养，得到膜醭毕赤酵母CICC 33242发酵液；
按照重量份数，由25份铜绿假单胞菌CICC 10351发酵液，20份蜡样芽孢杆菌CICC21155发酵液，15份葡萄球菌CICC 10311发酵液，10份膜醭毕赤酵母CICC 33242发酵液混合制备得到复合菌剂。
取污水水样1000mL，分别添加0.2％、0.25％、0.3％、0.5％、1％质量比例的微生物菌剂进行水质降解实验，培养温度30℃，分别培养72h，测定CODMn、TN、TP、NH4 +-N质去除效果，具体去除率结果见表1。
表1不同添加量菌剂的CODMn、TN、TP、NH4 +-N去除效果
菌剂添加量 COD<sub>Mn</sub>(mg/L) TN(mg/L) TP(mg/L) NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N(mg/L)
0(未加) 54.61 35.15 3.14 31.58
0.2％ 9.88 6.93 0.62 6.22
0.25％ 7.35 5.75 0.49 4.96
0.3％ 6.02 4.96 0.35 3.45
0.5％ 5.64 4.20 0.22 2.89
1％ 4.89 3.86 0.19 2.05
检测方法：CODMn采用酸性高锰酸盐氧化法测定(GB 11892－1989)；TN采用碱性过硫酸钾紫外分光光度法测定(GB 11894－89)；NH4+-N采用纳氏试剂比色法测定(GB 7479－87)；TP采用过硫酸钾氧化-钼锑抗分光光度法测定(GB11893－89)。
由表1可知，该微生物菌剂较少用量即可实现80％以上CODMn去除率、85％以上TN去除率、80％以上TP去除率、80％以上的NH4 +-N去除率，符合污水处理厂污染物排放标准。
实施例2：
参照实施例1所示的配方制备得到微生物菌剂，室温将0.2％微生物菌剂富集于20mg海绵状立方体载体ACP膜，富集24h；取污水水样1000mL，将富集后的载体ACP膜加入至污水中进行水质降解实验，培养温度30℃，分别培养72h，测定CODMn、TN、TP、NH4 +-N质去除效果，去除率分别为89.8％、86.5％、90.5％、88.8％。
实施例3：
取200mL污水水样4份，分别加入0.04mg镉、铜、铅、铬，分别得到四4种样品，样品中各金属离子的浓度为0.2mg/kg；
将实施例1中的微生物菌剂，0.3％接种量接种到4种样品中，30℃避光摇床培养，第2、3天取样，利用原子吸收分光光度法测定样品中金属离子的含量，如表2所示。
表2微生物菌剂的金属离子吸附去除效果
取样时间 镉mg/kg 铜mg/kg 铅mg/kg 铬mg/kg
0 0.2 0.2 0.2 0.2
48h 0.038 0.087 0.096 0.052
72h 0.021 0.075 0.087 0.033
由表2可知，本发明微生物菌剂对镉、铜、铅、铬等重金属离子都具有较好的吸附去除效果，2d对镉、铜、铅、铬的去除效率分别达到81.0％、56.5％、52.0％、74.0％，其中对镉、铬的吸附去去除效果最为明显。
此外，发明人还作了如下实验：将微生物菌剂的接种量替换为0.2％、0.5％、1％，结果发现0.2％接种量时，2d去除率基本都在40-50％；0.5％和1％添加量对镉、铜、铅、铬的去除率2d基本达到80％以上。
对照例：
将微生物菌剂的配方替换为菌剂1、菌剂2、菌剂3、菌剂4，其中菌剂1、2、3、4组分如下：
菌剂1：不加假单胞菌，其他条件参照实施例1中菌剂制备方法保持不变；
菌剂2：将毕赤酵母替换为啤酒酵母，其他条件参照实施例1中菌剂制备方法保持不变；(啤酒酵母SacchaeomycescerevisiaeACCC21144参见文献戴友芝,许彩霞.啤酒酵母对水中Cr(VI)的吸附研究[J].湘潭大学自然科学学报，2007,29(3),79-83.)
菌剂3：不加毕赤酵母，其他条件参照实施例1中菌剂制备方法保持不变；
菌剂4：不加葡萄球菌，其他条件参照实施例1中菌剂制备方法保持不变。
按照实施例1中方法进行污水处理，处理后的污水测试结果如表3所示。
表3处理后的污水指标结果(0.2％用量)
菌剂 COD<sub>Mn</sub>(mg/L) TN(mg/L) TP(mg/L) NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N(mg/L)
0(未加) 54.61 35.15 3.14 31.58
菌剂1 38.35 28.79 2.75 28.91
菌剂2 36.18 25.45 2.56 25.33
菌剂3 42.12 30.35 2.33 24.85
菌剂4 26.88 22.24 1.94 18.17
按照实施例3中方法处理重金属离子，处理后的重金属离子含量如表4所示。
表4处理后的重金属离子含量
菌剂 镉mg/kg 铜mg/kg 铅mg/kg 铬mg/kg
菌剂1 0.135 0.155 0.145 0.120
菌剂2 0.128 0.146 0.148 0.153
菌剂3 0.153 0.166 0.170 0.161
菌剂4 0.165 0.184 0.187 0.152
结合表1-4可知，本发明微生物菌剂中各菌种之间相互作用，能够很好的发酵共生；由菌剂1可知，无假单胞菌的体系去污性能明显下降，且吸附能力也不好；由菌剂2可知，啤酒酵母在本发明菌剂体系中与其它菌种共生效果不好，相应的去污效果和金属离子吸附能力都较差；此外，葡萄球菌对菌剂的重金属离子吸附性能具有非常重要的影响，不加葡萄球菌的菌剂(菌剂4)虽然人具有一定的氮磷去除效果，但是金属离子吸附性能很差。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种微生物菌剂，其特征在于，所述微生物菌剂按照重量份数计，包括：假单胞菌20-30份，芽孢杆菌15-30份，葡萄球菌5-15份，毕赤酵母5-15份。
2.根据权利要求1所述的微生物菌剂，其特征在于，所述假单胞菌包括铜绿假单胞菌、布氏假单胞菌、恶臭假单胞菌、施氏假单胞菌中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的微生物菌剂，其特征在于，所述毕赤酵母选用膜醭毕赤酵母。
4.根据权利要求1-3任一所述的微生物菌剂，其特征在于，所述微生物菌剂按照重量份数计，包括：假单胞菌25份，芽孢杆菌20份，葡萄球菌15份，毕赤酵母10份。
5.根据权利要求1所述的微生物菌剂，其特征在于，所述微生物菌剂按照重量份数计，还可以包括5-20份镰刀菌。
6.一种重金属离子处理方法，其特征在于，所述方法是利用权利要求1-5任一所述的微生物菌剂。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法中微生物菌剂的添加量不低于0.2％。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述方法还可以包括将微生物菌剂富集于载体上，所述载体为海绵状立方体载体ACP或者PM。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述菌种相对载体的含量不低于10μg/g。
10.一种污水处理方法，其特征在于，所述方法是利用权利要求1-5任一所述的微生物菌剂进行处理，或者利用权利要求6-9任一所述的重金属离子处理方法进行处理。
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