CN110218722A - 一种用于去除废水中低浓度铜离子的干粉菌剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于去除废水中低浓度铜离子的干粉菌剂，通过铜耐性细菌发酵后和固定化载体混合制备得到，所述的铜耐性细菌为自主分离的蜡状芽孢杆菌(Bacillus sp.)，保藏于中国微生物菌种保藏中心管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC NO.7368的CR1自主分离的蜡状芽孢杆菌(Bacillus sp.)。提供了CR1蜡状芽孢杆菌(保藏编号为CGMCC NO.7368)的一种新应用，其发酵液与固定化载体混合后制成的高效干粉菌剂，适合处理2mg/L～16mg/L低浓度铜污染废水，处理时间较短和出水浓度低，实现了工业化应用。
Description
技术领域
本发明涉及环境微生物技术领域，尤其是涉及一种用于去除废水中低浓度铜离子的干粉菌剂。
背景技术
环境污染是二十一世纪人类面临的最严峻的挑战之一。其中，重金属污染具有长期性、累积性、潜伏性和不可逆性等特点，对人类健康和生态安全的影响更为严重和深远，已成为全球关注的焦点。铜矿山开采、冶炼、电镀行业以及电子行业每年排放大量的含铜废水，废水中铜离子含量在15mg/L左右。重金属铜离子排放对水体、土壤具有很大的危害性。铜是人体必需微量元素之一，但铜若在人体内超标会对人体的脏器造成负担，尤其是肝和胆。如何有效去除工业废水中的重金属一直是环境工程水处理领域的热点问题。
目前处理废水中高浓度铜离子的方法主要有物理吸附法和化学沉淀法：物理吸附法具有吸附剂来源广泛、成本低、操作方便和吸附效果好的优势，但吸附剂的使用寿命短，再生困难，难以回收铜离子；化学沉淀法具有技术成熟、投资少、处理成本低、管理方便和自动化程度高的优势，但会产生含重金属污泥，若污泥没有得到妥善的处理还会产生二次污染。
物理吸附法和化学沉淀法的共同缺陷是难以去除废水中低浓度(2mg/L～16mg/L)的铜。微生物法适宜处理低浓度铜废水，特别是近年来，污染控制型微生物菌剂开发日益受到重视。微生物吸附在处理低浓度重金属工业废水中显示了独特的优势。但是，微生物资源较少、去除效率较低以及无法耐受重金属的毒性等问题是限制微生物活细胞吸附应用的瓶颈，导致生物吸附还只是处于实验室阶段，在实用化和工业化应用还存在困难。
发明内容
本发明的目的是提供CR1蜡状芽孢杆菌(保藏编号为CGMCC NO.7368)的一种新应用，将其与固定化载体混合制备成干粉菌剂，用于去除废水中低浓度铜离子，对于重金属毒性耐受较好，并且能够快速、有效的去除废水中低浓度的铜，便于工业化应用。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种用于去除废水中低浓度铜离子的干粉菌剂，通过铜耐性细菌发酵液和固定化载体混合制备得到，所述的铜耐性细菌为自主分离的蜡状芽孢杆菌(Bacillus sp.)，保藏于中国微生物菌种保藏中心管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC NO.7368的CR1自主分离的蜡状芽孢杆菌(Bacillus sp.)。
作为本发明更优的技术方案，所述的铜耐性细菌发酵步骤如下：将自主分离的蜡状芽孢杆菌通过平板划线法分离纯化之后，进行菌种复壮，蜡状芽孢杆菌以转接比例1％～10％于Luria-Bertani(LB)培养基，培养至吸收波长600nm下的光密度值(OD600)至1～1.2，获得铜耐性细菌发酵液。
作为本发明更优的技术方案，所述的固定化载体为滑石粉，细度为80-150目。
作为本发明更优的技术方案，所述的铜耐性细菌发酵液与固定化载体得重量比为60:1。
作为本发明更优的技术方案，所述的铜耐性细菌发酵后和固定化载体混合步骤如下：将铜耐性细菌发酵液于8000rpm，离心5min，移除上清液并用磷酸盐缓冲溶液(PBS)反复冲洗并离心3次，将清洗并移除上清液的底部菌泥重悬到高温灭菌后的LB培养基中，并将重悬菌液与高温灭菌后的固定化载体混合；将混合体系用8层纱布封口于100～120rpm，25～30℃震荡培养，并于25～30℃下烘干，收集即得干粉菌剂。
作为本发明更优的技术方案，所述的重悬的LB培养基与固定化载体的重量比例为3～4:1～2。
作为本发明更优的技术方案，所述的重悬的LB培养基与固定化载体的重量比例为4:1。
有益效果主要包括但是不限于以下几个方面：
本发明提供了CR1蜡状芽孢杆菌(保藏编号为CGMCC NO.7368)的一种新应用，其发酵液与固定化载体混合后制成的高效干粉菌剂，对铜离子具有较好的耐受能力，比表面积大，菌体附着能力强，细菌负载数量多并且细菌活性高，性质稳定，易于储存，密度比水体略大便于收集与装填，避免了菌剂密度较小悬浮难以收集的情况，并且由于微生物的生长需要营养还能够去除部分化学需氧量(COD)，净化水体。
本发明的干粉菌剂制备方法简单可行，原材料取得简单且成本低廉、反应条件温和。
本发明的干粉菌剂适合处理低浓度(2mg/L～16mg/L)的铜污染废水，处理时间较短和出水浓度低，实现了工业化应用。
附图说明
图1是本发明的含铜废水的干粉菌剂的细菌负载效果评价结果图；
图2是实施例1制备得到的干粉菌剂在初始铜浓度4mg/L的去除率曲线图；
图3是实施例1制备得到的干粉菌剂在初始铜浓度8mg/L的去除率曲线图；
图4是实施例1制备得到的干粉菌剂在初始铜浓度16mg/L的去除率曲线图；
图5是实施例2制备得到的干粉菌剂在初始铜浓度4mg/L的去除率曲线图；
图6是实施例2制备得到的干粉菌剂在初始铜浓度8mg/L的去除率曲线图；
图7是实施例2制备得到的干粉菌剂在初始铜浓度16mg/L的去除率曲线图。
图8是实施例3制备得到的干粉菌剂在初始铜浓度4mg/L的去除率曲线图；
图9是实施例3制备得到的干粉菌剂在初始铜浓度8mg/L的去除率曲线图；
图10是实施例3制备得到的干粉菌剂在初始铜浓度16mg/L的去除率曲线图。
具体实施方式
根据本发明，加入至所述受到铜污染的环境中的菌剂形式没有特别的限定，只要保证加入后所述菌剂能够在所述受到铜污染的环境中起作用即可，加入的所述菌剂的形式可以根据需要进行变化。本发明对加入到铜污染环境中菌剂的数量也没有特别的限制，这可以根据所述环境中铜的含量来决定，例如，当所述环境中的铜的含量较高对于所述菌剂的生存较不利时，可以提高所述菌剂的接种量。当所述环境中的铜的含量较低或所述环境对于所述菌剂的生存影响较小时，可以减少所述菌剂的接种量。本发明所述的细菌属于自主分离细菌并保藏于CGMCC。本发明的菌种的平板划线培养、菌种发酵震荡培养以及低温烘干，光密度浓度检测，LB培养基以及磷酸缓冲溶液PBS为本领域的常规方式方法，不是本发明的创新点，此处不详述。
为了使本技术领域的人员更好的理解本申请中的技术方案，下面参考图1-图10描述根据本发明具体实施例，对本申请的技术方案进行清楚完整的描述。显然，所描述的实例仅仅是本申请一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。
实施例1
处理含铜离子废水的干粉菌剂按照如下工艺制备而得：
将自主分离的蜡状芽孢杆菌通过平板划线法分离纯化之后，进行菌种复壮，蜡状芽孢杆菌以转接比例1％于LB培养基，培养至对数生长期OD600＝1获得铜耐性细菌发酵液。
固定化载体选取为150目滑石粉。
铜耐性细菌发酵液与固定化载体的重量比例为60:1，将铜耐性细菌发酵液于8000rpm，离心5min，移除上清液并用磷酸盐缓冲溶液(PBS)反复冲洗并离心3次，将清洗并移除上清液的底部菌泥重悬到高温灭菌后的LB培养基中，并将重悬菌液与高温灭菌后的固定化载体混合，其中重悬的LB培养基与固定化载体的重量比例为4：1；将混合体系用8层纱布封口于120rpm，防止外部细菌进入，30℃条件下震荡培养，并于28℃下烘干，收集即得干粉菌剂。
实施例2
处理含铜离子废水的干粉菌剂按照如下工艺制备而得：
将自主分离的蜡状芽孢杆菌通过平板划线法分离纯化之后，进行菌种复壮，蜡状芽孢杆菌以转接比例5％于LB培养基，培养至对数生长期OD600＝1.1获得铜耐性细菌发酵液。
固定化载体选取90目滑石粉。
铜耐性细菌发酵液与固定化载体的重量比例为60：1，将铜耐性细菌发酵液于8000rpm，离心5min，移除上清液并用磷酸盐缓冲溶液(PBS)反复冲洗并离心3次，将清洗并移除上清液的底部菌泥重悬到高温灭菌后的LB培养基，并将重悬菌液与高温灭菌后的固定化载体混合，其中重悬的LB培养基与固定化载体的重量比例为3:2；将混合体系用8层纱布封口于110rpm，28℃条件下震荡培养，并于25℃下烘干，收集即得干粉菌剂。
实施例3
处理含铜离子废水的干粉菌剂按照如下工艺制备而得：
将自主分离的蜡状芽孢杆菌通过平板划线法分离纯化之后，进行菌种复壮，蜡状芽孢杆菌以转接比例5％于LB培养基，培养至对数生长期OD600＝1.1获得铜耐性细菌发酵液。
固定化载体选取80目滑石粉。
铜耐性细菌发酵液与固定化载体的重量比例为60：1，将铜耐性细菌发酵液于8000rpm，离心5min，移除上清液并用磷酸盐缓冲溶液(PBS)反复冲洗并离心3次，将清洗并移除上清液的底部菌泥重悬到高温灭菌后的LB培养基，并将重悬菌液与高温灭菌后的固定化载体混合，其中重悬的LB培养基与固定化载体的重量比例为3:2；将混合体系用8层纱布封口于110rpm，28℃条件下震荡培养，并于25℃下烘干，收集即得干粉菌剂。
实施例4
用于处理含铜离子废水的干粉菌剂的细菌负载效果评价实验。
实验例：本发明实施例1制备的干粉菌剂并设置三组平行。
对比例：选择硅藻土、蛭石作为固定化载体并设置三组平行其余同实施例1。
方法：取部分制得的干粉菌剂加入PBS溶液并磁力搅拌2h，取上清液并进行梯度稀释，通过平板菌落计数法计算每克菌剂的菌落数。所述干粉菌剂的活菌数均大于109CFU/g。
结果如图1和表1所示，其中阴影表示菌落数，柱状图上方“I”形为误差棒。
表1
| 材料 | 菌落数(*10<sup>9</sup>CFU/g) | 标准差 |
| 滑石粉 | 2.8 | 0.70 |
| 硅藻土 | 1.9 | 0.57 |
| 蛭石 | 1.3 | 0.35 |
结论：本发明的干粉菌剂的活菌数均大于109CFU/g，最优为干粉菌剂选取铜耐性细菌发酵液和滑石粉制备，滑石粉对自主分离的蜡状芽孢杆菌(Bacillus sp.)负载效果最好。
实施例5
实施例1中制备的干粉菌剂应用于去除废水中低浓度的铜离子实验。
样品：取含铜废水水样，其中铜浓度4、8、16mg/L
菌剂组：本发明实施例1制备的干粉菌剂，每个浓度设置三组平行
对照组：本发明实施例1使用的固定化载体，每个浓度设置三个平行
处理工艺：将废水pH调节为7，投加蛋白胨，NaCl，酵母提取物。每100mL废液投加2g材料。生物处理44h。将处理后溶液通过高速离心机8000rpm离心5min。通过哈希(HACH)多参数便携式比色计(DR900，美国哈希)测定溶液铜含量并计算去除率。去除率和处理时间如表2和图2-4所示。
表2
| 铜离子浓度(mg/L) | 处理时间(h) | 对照组去除率(％) | 菌剂组去除率(％) |
| 4 | 44 | 92.25 | 95.33 |
| 8 | 44 | 72.29 | 94.71 |
| 16 | 44 | 75.46 | 95.27 |
实施例6
实施例2中制备的干粉菌剂应用于去除废水中低浓度的铜离子实验。
样品：取含铜废水水样，其中铜浓度4、8、16mg/L
菌剂组：本发明实施例2制备的干粉菌剂，每个浓度设置三组平行
对照组：本发明实施例2使用的固定化载体，每个浓度设置三个平行
处理工艺：将废水pH调节为7，投加蛋白胨，NaCl，酵母提取物。每100mL废液投加2g材料。生物处理44h。将处理后溶液通过高速离心机8000rpm离心5min。通过哈希(HACH)多参数便携式比色计(DR900,美国哈希)测定溶液铜含量并计算去除率。去除率和处理时间如表3和图5-7所示
表3
| 铜离子浓度(mg/L) | 处理时间(h) | 对照组去除率(％) | 菌剂组去除率(％) |
| 4 | 44 | 90.50 | 95.03 |
| 8 | 44 | 72.08 | 90.54 |
| 16 | 44 | 74.71 | 94.58 |
实施例7
实施例5中制备的干粉菌剂应用于去除废水中低浓度的铜离子实验。
样品：取含铜废水水样，其中铜浓度4、8、16mg/L
菌剂组：本发明实施例3制备的干粉菌剂，每个浓度设置三组平行
对照组：本发明实施例3使用的固定化载体，每个浓度设置三个平行
处理工艺：将废水pH调节为7，投加蛋白胨，NaCl，酵母提取物；每100mL废液投加2g材料；生物处理44h；将处理后溶液通过高速离心机8000rpm离心5min；通过哈希(HACH)多参数便携式比色计(DR900,美国哈希)测定溶液铜含量并计算去除率；去除率如表4所示。
| 铜离子浓度(mg/L) | 处理时间(h) | 对照组去除率(％) | 菌剂组去除率(％) |
| 4 | 44 | 89.23 | 94.2 |
| 8 | 44 | 71.1 | 93.3 |
| 16 | 44 | 74.1 | 94.22 |
结论：本发明的菌剂中的细菌选取合理，铜耐受性良好，大幅提高单一吸附载体的吸附效率，配合高效固定化载体，能够有效的去除废水中的铜。
实施例5-7的出水浓度如表5所示：
表5
本申请和现有技术中利用微生物菌剂的对废水的处理方法对比如表6：
表6
综上所述，本发明提供的CR1蜡状芽孢杆菌(保藏编号为CGMCC NO.7368)的一种新应用制备得到的干粉菌剂具有如下优势：处理时间较短、制备方法简单和出水浓度低。最后，还要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或者联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于去除废水中低浓度铜离子的干粉菌剂，通过铜耐性细菌发酵后和固定化载体混合制备得到，所述的铜耐性细菌为自主分离的蜡状芽孢杆菌(Bacillus sp.)，保藏于中国微生物菌种保藏中心管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC NO.7368的CR1自主分离的蜡状芽孢杆菌(Bacillus sp.)。
2.如权利要求1所述的一种用于去除废水中低浓度铜的干粉菌剂，其特征在于：所述的铜耐性细菌发酵步骤如下：所述的铜耐性细菌发酵步骤如下：将自主分离的蜡状芽孢杆菌通过平板划线法分离纯化之后，进行菌种复壮，蜡状芽孢杆菌以转接比例1％～10％于LB培养基，培养至吸收波长600nm下的光密度值至1～1.2，获得铜耐性细菌发酵液。
3.如权利要求1所述的一种用于去除废水中低浓度铜的干粉菌剂，其特征在于：所述的固定化载体为滑石粉，细度为80-150目。
4.如权利要求1所述的一种用于去除废水中低浓度铜的干粉菌剂，其特征在于：所述的铜耐性细菌发酵液与固定化载体得重量比为60:1。
5.如权利要求1所述的一种用于去除废水中低浓度铜的干粉菌剂，其特征在于：所述的铜耐性细菌发酵液和固定化载体混合步骤如下：将铜耐性细菌发酵液于8000rpm，离心5min，移除上清液并用磷酸盐缓冲溶液反复冲洗并离心3次，将清洗并移除上清液的底部菌泥重悬到高温灭菌后的LB培养基中，并将重悬菌液与高温灭菌后的固定化载体混合；将混合体系用8层纱布封口于100～120rpm，25～30℃震荡培养，并于25～30℃下烘干，收集即得干粉菌剂。
6.如权利要求1所述的一种用于去除废水中低浓度铜的干粉菌剂，其特征在于：所述的重悬的LB培养基与固定化载体的重量比例为3～4:1～2。
7.如权利要求1所述的一种用于去除废水中低浓度铜的干粉菌剂，其特征在于：所述的重悬的LB培养基与固定化载体的重量比例为4:1。
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| CN201910512430.4A CN110218722A (zh) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | 一种用于去除废水中低浓度铜离子的干粉菌剂 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112250197A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-22 | 佛山经纬纳科环境科技有限公司 | 一种运用细菌解毒作用处理含铜含铬工业废水的方法 |
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| WO2008146961A1 (en) * | 2007-05-04 | 2008-12-04 | Pyung Kang Special Vehicle Co., Ltd. | Bacillus cereus bc3 kccm 10859p reducing nasty odor and heavy metal and clarification methods for resource recovery from food waste or livestock waste water by using it |
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2019
- 2019-06-14 CN CN201910512430.4A patent/CN110218722A/zh active Pending
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