CN109987720B - 一种希瓦氏菌膜处理污水重金属离子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种希瓦氏菌膜处理污水重金属离子的方法，涉及一种通过希瓦氏菌产生电子使有害重金属离子还原形成无毒性物质的方法。同时，通过藻酸盐固定希瓦氏菌形成膜结构，一方面可以固定细菌，防止其泄漏造成对环境的二次污染，另一方面该希瓦氏菌膜还便于回收，有利于其重复利用，保护环境。通过此处理方法发现：希瓦氏菌膜处理重金属离子24小时左右后，重金属离子的去除率达到80%以上，当处理时间达到72小时后，其去除率超过95%。

Description

一种希瓦氏菌膜处理污水重金属离子的方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，尤其涉及一种希瓦氏菌膜处理污水重金属离子的方法。
背景技术
随着工业化的不断发展、社会经济的飞速发展，工业废水排放日趋增多。大量的工业废水对环境造成严重污染，尤其是含重金属的工业废水严重威胁人类的健康，因此重金属废水处理任务艰巨。
传统的重金属处理方法主要有：沉淀法、吸附法、电化学处理法等。然而这些方法处理效率低、费用高，且容易引起二次污染。因此，寻找一种经济、有效的重金属处理方法称为污水处理领域的一个重要方面。
近年来，有人提出用革兰氏阴性菌吸附固着污水中重金属离子的方法，其虽然可以实现重金属的吸附净化，但是处理过程仍相对较复杂，而且也不易回收细菌。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种希瓦氏菌膜处理污水重金属离子的方法。希瓦氏菌产生电子使有害重金属离子还原形成无毒性物质，同时膜又能固定细菌，防止二次污染，而且还便于回收。具体技术方案如下：
一种希瓦氏菌膜处理污水重金属离子的方法，包括如下步骤：
（1）将12.5g LB培养基溶于500ml去离子水配置LB培养基，然后将希瓦氏菌（Shewanella ）在LB培养基中培养2-3天，使其处于对数生长期；
（2）将希瓦氏菌菌液按3%-50%体积在4000转/分钟离心20分钟后分散接种到藻酸盐（2%）溶液中，藻酸盐浓度过高会形成凝胶；
（3）将步骤2获得的希瓦氏菌分散溶液和氯化钙溶液通过3D打印机制作成希瓦氏菌膜（3厘米*3厘米）；
（4）矿物质培养基：氨三乙酸 1.5g， MgSO4 3.0g， MnSO4 50g，NaCl 1.0g， FeSO4100mg， CaCl2 100mg， CoCl2 100mg， ZnSO4 100mg， CuSO4 10mg，AlK(SO4)2 10mg， Na2MoO410mg，蒸馏水 1L；
（5）配置HEPES（羟乙基哌嗪乙硫磺酸）缓冲溶液：6.5g HEPES，8g氯化钠，0.198g七水合磷酸氢二钠溶于400ml去离子水中，用氢氧化钠调节pH为7.2~7.4，然后定容500ml。接着向50ml该缓冲溶液中加入500uL上述矿物质培养基及750uL乳酸溶液（2摩尔/升），配成细菌培养液；
（6）将重金属离子（Cd2+，Cr6+和Pb2+中的一种或多种）用上述培养基配成离子浓度为10ppm；
（7）将步骤3制备的希瓦氏菌膜置于步骤6中配置的重金属离子溶液中，然后将其于摇床上放置3-72小时；
（8）对反应体系进行浊度检测，看是否有细菌漏出；
（9）对反应体系进行离心处理，转速4000转/分钟，时间20分钟。离心后取上清，用紫外分光光谱检测各重金属离子含量，发现去除率能达到90%以上。
优选的，所述步骤2）离心的希瓦氏菌菌液体积为6%-50%；
优选的，所述步骤2）离心后希瓦氏菌分散液中可加入氧化石墨烯溶液，形成希瓦氏菌/藻酸盐/氧化石墨烯混合溶液；所述氧化石墨烯的质量分数为2%-5%；
优选的，所述步骤2）藻酸盐的粘性是中等粘性；
优选的，所述步骤7）重金属离子溶液处理时间为24-72小时。
本发明的优点：
（1）通过细菌产生电子的特性实现有害重金属离子的还原；
（2）通过希瓦氏菌/藻酸盐/氧化石墨烯复合膜对重金属离子进行处理，实现了希瓦氏菌的泄漏及有效回收，防止对环境造成二次污染。
附图说明
图1 为实施例1中不同体积菌液制备的复合膜对重金属离子的处理效果示意图；
图2为实施例2中含氧化石墨烯和不含氧化石墨烯复合膜对重金属离子处理效果的影响示意图；
图3为实施例3中不同粘性藻酸盐对复合膜处理重金属离子效率的影响示意图；
图4为实施例4中8%希瓦氏菌/中等粘性藻酸盐/氧化石墨烯复合膜处理重金属离子不同时间的效率示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施示例中，重金属离子以Cr6+为代表。
实施例1：
（1）将12.5g LB培养基溶于500ml去离子水配置LB培养基，然后将希瓦氏菌（Shewanella ）在LB培养基中培养2-3天，使其处于对数生长期；
（2）将希瓦氏菌菌液按不同体积在4000转/分钟离心20分钟后分散接种到藻酸盐（2%）和氧化石墨烯（2%）混合溶液中；
（3）将步骤2获得的希瓦氏菌分散溶液和氯化钙溶液通过3D打印机制作希瓦氏菌膜（3厘米*3厘米）；
（4）矿物质培养基：氨三乙酸 1.5g， MgSO4 3.0g， MnSO4 50g，NaCl 1.0g， FeSO4100mg， CaCl2 100mg， CoCl2 100mg， ZnSO4 100mg， CuSO4 10mg，AlK(SO4)2 10mg， Na2MoO410mg，蒸馏水 1L；
（5）配置HEPES（羟乙基哌嗪乙硫磺酸）缓冲溶液：6.5g HEPES，8g氯化钠，0.198g七水合磷酸氢二钠溶于400ml去离子水中，用氢氧化钠调节pH为7.2~7.4，然后定容500ml。接着向50ml该缓冲溶液中加入500uL上述矿物质培养基及750uL乳酸溶液（2摩尔/升），配成细菌培养液；
（6）将重金属离子（Cd2+，Cr6+和Pb2+中的一种或多种）用上述培养基配成离子浓度为10ppm；
（7）将步骤3制备的复合膜置于步骤6中配置的重金属离子溶液中，然后将其于摇床上放置72小时；
（8）对反应体系进行浊度检测，看是否有细菌漏出；
（9）对反应体系进行离心处理，转速4000转/分钟，时间20分钟。离心后取上清，用紫外分光光谱检测各重金属离子含量。
实施例2：
（1）将12.5g LB培养基溶于500ml去离子水配置LB培养基，然后将希瓦氏菌（Shewanella ）在LB培养基中培养2-3天，使其处于对数生长期；
（2）将希瓦氏菌菌液按8%体积在4000转/分钟离心20分钟后分别分散接种到藻酸盐（2%）、藻酸盐（2%）和氧化石墨烯（2%）混合溶液中；
（3）将步骤2获得的希瓦氏菌分散溶液和氯化钙溶液通过3D打印机制作希瓦氏菌膜（3厘米*3厘米）；
（4）矿物质培养基：氨三乙酸 1.5g， MgSO4 3.0g， MnSO4 50g，NaCl 1.0g， FeSO4100mg， CaCl2 100mg， CoCl2 100mg， ZnSO4 100mg， CuSO4 10mg，AlK(SO4)2 10mg， Na2MoO410mg，蒸馏水 1L；
（5）配置HEPES（羟乙基哌嗪乙硫磺酸）缓冲溶液：6.5g HEPES，8g氯化钠，0.198g七水合磷酸氢二钠溶于400ml去离子水中，用氢氧化钠调节pH为7.2~7.4，然后定容500ml。接着向50ml该缓冲溶液中加入500uL上述矿物质培养基及750uL乳酸溶液（2摩尔/升），配成细菌培养液；
（6）将重金属离子（Cd2+，Cr6+和Pb2+中的一种或多种）用上述培养基配成离子浓度为10ppm；
（7）将步骤3制备的复合膜置于步骤6中配置的重金属离子溶液中，然后将其于摇床上放置72小时；
（8）对反应体系进行浊度检测，看是否有细菌漏出；
（9）对反应体系进行离心处理，转速4000转/分钟，时间20分钟。离心后取上清，用紫外分光光谱检测各重金属离子含量。
实施例3：
（1）将12.5g LB培养基溶于500ml去离子水配置LB培养基，然后将希瓦氏菌（Shewanella ）在LB培养基中培养2-3天，使其处于对数生长期；
（2）将希瓦氏菌菌液按8%体积在4000转/分钟离心20分钟后分散接种到不同粘性藻酸盐（2%）和氧化石墨烯（2%）混合溶液中；
（3）将步骤2获得的希瓦氏菌分散溶液和氯化钙溶液通过3D打印机制作希瓦氏菌膜（3厘米*3厘米）；
（4）矿物质培养基：氨三乙酸 1.5g， MgSO4 3.0g， MnSO4 50g，NaCl 1.0g， FeSO4100mg， CaCl2 100mg， CoCl2 100mg， ZnSO4 100mg， CuSO4 10mg，AlK(SO4)2 10mg， Na2MoO410mg，蒸馏水 1L；
（5）配置HEPES（羟乙基哌嗪乙硫磺酸）缓冲溶液：6.5g HEPES，8g氯化钠，0.198g七水合磷酸氢二钠溶于400ml去离子水中，用氢氧化钠调节pH为7.2~7.4，然后定容500ml。接着向50ml该缓冲溶液中加入500uL上述矿物质培养基及750uL乳酸溶液（2摩尔/升），配成细菌培养液；
（6）将重金属离子（Cd2+，Cr6+和Pb2+中的一种或多种）用上述培养基配成离子浓度为10ppm；
（7）将步骤3制备的复合膜置于步骤6中配置的重金属离子溶液中，然后将其于摇床上放置72小时；
（8）对反应体系进行浊度检测，看是否有细菌漏出；
（9）对反应体系进行离心处理，转速4000转/分钟，时间20分钟。离心后取上清，用紫外分光光谱检测各重金属离子含量。
实施例4：
（1）将12.5g LB培养基溶于500ml去离子水配置LB培养基，然后将希瓦氏菌（Shewanella ）在LB培养基中培养2-3天，使其处于对数生长期；
（2）将希瓦氏菌菌液按8%体积在4000转/分钟离心20分钟后分散接种到中等粘性藻酸盐（2%）溶液中；
（3）将步骤2获得的希瓦氏菌分散溶液和氯化钙溶液通过3D打印机制作希瓦氏菌膜（3厘米*3厘米）；
（4）矿物质培养基：氨三乙酸 1.5g， MgSO4 3.0g， MnSO4 50g，NaCl 1.0g， FeSO4100mg， CaCl2 100mg， CoCl2 100mg， ZnSO4 100mg， CuSO4 10mg，AlK(SO4)2 10mg， Na2MoO410mg，蒸馏水 1L；
（5）配置HEPES（羟乙基哌嗪乙硫磺酸）缓冲溶液：6.5g HEPES，8g氯化钠，0.198g七水合磷酸氢二钠溶于400ml去离子水中，用氢氧化钠调节pH为7.2~7.4，然后定容500ml。接着向50ml该缓冲溶液中加入500uL上述矿物质培养基及750uL乳酸溶液（2摩尔/升），配成细菌培养液；
（6）将重金属离子（Cd2+，Cr6+和Pb2+中的一种或多种）用上述培养基配成离子浓度为10ppm；
（7）将步骤3制备的复合膜置于步骤6中配置的重金属离子溶液中，然后将其于摇床上放置3-72小时；
（8）对反应体系进行浊度检测，看是否有细菌漏出；
（9）对反应体系进行离心处理，转速4000转/分钟，时间20分钟。离心后取上清，用紫外分光光谱检测各重金属离子含量。

Claims (3)

1.一种希瓦氏菌膜处理污水重金属离子的方法，包括以下步骤：
（1）将12.5g LB培养基溶于500ml去离子水配置LB培养基，然后将希瓦氏菌（Shewanella ）在LB培养基中培养2-3天，使其处于对数生长期；
（2）将希瓦氏菌菌液在4000转/分钟离心20分钟后按3%-50%体积分散接种到藻酸盐溶液中，藻酸盐浓度过高会形成凝胶；
（3）将步骤2获得的希瓦氏菌分散溶液和氯化钙溶液通过3D打印机制作成希瓦氏菌膜；
（4）矿物质培养基：氨三乙酸 1.5g， MgSO4 3.0g， MnSO4 50g，NaCl 1.0g， FeSO4100mg， CaCl2 100mg， CoCl2 100mg， ZnSO4 100mg， CuSO4 10mg，AlK(SO4)2 10mg， Na2MoO410mg，蒸馏水 1L；
（5）配置HEPES缓冲溶液：6.5g HEPES，8g氯化钠，0.198g七水合磷酸氢二钠溶于400ml去离子水中，用氢氧化钠调节pH为7.2~7.4，然后定容500ml；
接着向500ml该缓冲溶液中加入500uL上述矿物质培养基及750uL浓度为2摩尔/升的乳酸溶液，配成细菌培养液；
（6）将重金属离子用步骤（5）的细菌培养液配成重金属离子浓度为10ppm的溶液，重金属离子为Cd2+，Cr6+和Pb2+中的一种或多种；
（7）将步骤3制备的希瓦氏菌膜置于步骤6中配置的重金属离子溶液中，然后将其于摇床上放置3-72小时；
（8）对反应体系进行浊度检测，看是否有细菌漏出；
（9）对反应体系进行离心处理，转速4000转/分钟，时间20分钟，离心后取上清液，用紫外分光光谱检测各重金属离子含量，发现去除率能达到90%以上；所述步骤（2）离心的希瓦氏菌菌液体积浓度为6%-50%；
所述步骤（2）离心后希瓦氏菌分散液中加入氧化石墨烯溶液，形成希瓦氏菌/藻酸盐/氧化石墨烯混合溶液；所述氧化石墨烯溶液的质量分数为2%-5%。
2.根据权利要求1所述的希瓦氏菌膜处理污水重金属离子的方法，其特征在于所述步骤（2）藻酸盐的粘性是中等粘性。
3.根据权利要求1所述的希瓦氏菌膜处理污水重金属离子的方法，其特征在于所述步骤（7）重金属离子溶液处理时间为24-72小时。
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