CN111876341A - 一种还原去除六价铬的生物制剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于重金属污染处理技术领域，涉及一种还原去除六价铬的生物制剂及其制备方法和应用。一种还原去除六价铬的生物制剂，包括数量分数＞90%的嗜热厌氧菌属细菌。还包括数量分数＞2%的梭菌属细菌。本发明还提供了所述生物制剂的制备方法和应用。本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：采高温筛选分离出的生物制剂，具有较广的温度使用范围（25‑60℃）和pH条件(4‑7)，制备工艺简单，制作成本低、还原效率高、使用寿命长的优点，尤其是具有优异的六价铬还原能力，还原效率高达97%以上，在六价铬污染场地修复方面具有良好的应用潜力。

Description

一种还原去除六价铬的生物制剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于重金属污染处理技术领域，涉及一种还原去除六价铬的生物制剂及其制备方法和应用。
背景技术
铬是一种广泛使用的有毒重金属，在电镀，皮革、电子，印染和金属加工等行业都有大量使用。铬在环境中主要以三价和六价的化合物形式存在。三价铬是生物所必需的微量营养元素，具有较低的毒性，而六价铬具有致癌、致畸和致突变性，且具有高水溶性和迁移性。根据我国工业废水排放标准，六价铬的浓度限值为0.5mg/L，然而目前工业废水和废渣中的六价铬浓度超过该限值1000倍。如果该工业含铬废水在没有得不到有效处理的前提下进入自然环境，将会导致严重的生态风险和健康危害。
目前六价铬的处理主要采用物理化学的方法，比如无机物还原（亚铁或亚硫酸钠）、吸附和电化学等技术。然而，这些技术具有成本高且产生易造成二次污染的固体废弃物的缺点。而且，这些技术并不适用于低浓度的六价铬的去除。为了克服物化处理方法的缺陷，生物技术引起越来越多的关注。而且微生物还原的技术对低浓度的六价铬（<100 mg/l）展现出更加环保高效的优点。
已经报道的利用微生物还原六价铬的公开文献中，大多利用单一菌株进行六价铬的还原，这种方式存在的缺点是对反应条件要求较高，需要适宜的pH和温度条件才能达到较高的还原率。对环境条件的局限性要求，限制了其在六价铬污染治理修复中的应用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种还原去除六价铬的生物制剂及其制备方法和应用。本发明的生物制剂，具有良好的生物活性及化学稳定性，对重金属铬污染物去除率高，且重复利用率高、使用寿命长。尤其是对工作环境条件要求不高，适应范围广。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种还原去除六价铬的生物制剂，包括数量分数＞90%的嗜热厌氧菌属细菌。
作为本发明的一种优选方式，所述的生物制剂还包括数量分数＞2%的梭菌属细菌。
作为本发明的一种优选方式，所述生物制剂的浓度为（1～9）*109cell/ml。
本发明还提供了所述生物制剂的制备方法，该方法包括：
将城市生活污泥在100-130℃ 温度下处理10-30分钟，自然冷却、沉降后的上清液即为含有嗜热厌氧菌属的菌剂；
向上述菌剂中加入碳源在25-60℃ 、pH 4.5-6、厌氧条件下活化5-20天，获得所述还原去除六价铬的生物制剂。
进一步优选地，所述碳源的浓度为0.5～1.5g/L。
进一步优选地，所述的碳源选自葡萄糖、醋酸钠、淀粉、工业糖或秸秆中的任一种或几种的混合。
进一步优选地，所述城市污泥的微生物含量为（0.1～9）*109cell/ml。
进一步优选地，所述的城市污泥取自污水处理厂。
本发明还提供了所述生物制剂的应用，该生物制剂可以用于修复六价铬污染的土壤，以及用于含有六价铬的污水、废气、废渣等的还原处理。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：本发明采高温筛选分离出的生物制剂，具有较广的温度使用范围（25-60℃）和pH条件(4-7)，制备工艺简单，制作成本低、还原效率高、使用寿命长的优点，尤其是具有优异的六价铬还原能力，还原效率高达97%以上，在六价铬污染场地修复方面具有良好的应用潜力。
附图说明
图1为本发明实施例中制备的微生物菌剂成分含量占比示意图；
图2为本发明实施中微生物菌剂对六价铬去除能力示意图；
图3为本发明实施中微生物菌剂重复实践应用图；
图4为本发明实施中微生物菌剂对六价铬的去除效果示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
实施例1 一种还原去除六价铬的生物制剂，该生物制剂包括如下质量百分比的微生物组分：嗜热厌氧菌属细菌＞90% 、梭菌属细菌＞2%，余量为菌悬液。
实施例2 上述还原去除六价铬的生物制剂的制备方法包括以下步骤：
（1）将从污水处理厂取来的污泥用孔径为1 mm滤网进行过滤，以去除大粒径杂质，然后在灭菌锅内于120-130℃的条件下处理过滤后的污泥10-30分钟，自然冷却、沉降后的上清液即为含有嗜热厌氧菌属的细菌原液。
（2）把上述含有嗜热厌氧菌属的细菌原液作为菌种分装在500ml的培养瓶，接种率为30-50%，投加碳源并使其浓度为0.5-1.5g/L，然后调节pH为5-6，在25-60℃ 的温度下厌氧活化5-20天，即获得本发明的生物制剂。其中碳源可为葡萄糖、醋酸钠、淀粉、工业糖或秸秆中的任一种或几种的混合。
生物制剂中微生物群落组成成分如下：95%以上为嗜热厌氧菌属，2.5%左右为梭菌属，其余为不能检测出的不明菌属，如图1所示。
微生物检测方法如下：
（1）取50mL活化后的生物菌剂置于离心管中，经离心机离心后去掉上清液（3000rpm，15min），将获得的底泥沉淀置于冰箱冷冻室内暂存。
（2）送样检测，经DNA提取及16SrRNA基因测序得到微生物种群数据，此部分工作由北京奥维森基因科技有限公司完成。
本发明提供了上述生物制剂对六价铬的还原去除能力的验证实验，具体为：
使用无菌水配制Cr(VI)贮备液（1000mg/L），作为实验样品测试六价铬还原菌剂的效果。
实施例3
（1）取培养好的菌液分装在100mL的培养瓶中，接种率为8-15%，投加葡萄糖并使其浓度为0.5-1g/L, 然后调节pH为5-6，加入Cr(VI)贮备液并使初始Cr(VI)浓度为100mg/L，去除空气后放置在55℃ 、固定转速的恒温水浴培养箱中。
（2）根据六价铬还原速率，在不同时间间隔进行取样：还原前期每2-4小时取样一次，还原中后期6-12小时取样一次，使用二苯碳酰二肼分光光度法测定剩余Cr(VI)浓度。
（3）在Cr(VI)几乎被完全还原后继续投加Cr(VI)贮备液并使其浓度为100mg/L。连续运行三个阶段内Cr(VI)的去除率，如图2所示。
（4）实验结果显示：第一阶段，97%的六价铬在42小时内被完全还原；第二阶段，99%的六价铬在36小时内被完全还原；第三阶段，99%的六价铬在36小时内被完全还原。展现出超强的Cr(VI)去除能力。
实施例4
（1）取培养好的菌液分装在100mL的培养瓶中，接种率为8-15%，投加乙酸并使其浓度为0.5-1g/L, 然后调节pH为5-6，加入Cr(VI)贮备液并使初始Cr(VI)浓度为100mg/L，去除空气后放置在55℃、固定转速的恒温水浴培养箱中。
（2）根据六价铬还原速率，在不同时间间隔进行取样，还原前期每2-4小时取样一次，还原中后期6-12小时取样一次，使用二苯碳酰二肼分光光度法测定剩余Cr(VI)浓度。
（3）在Cr(VI)几乎被完全还原后继续投加Cr(VI)贮备液并使其浓度为100mg/L。连续运行三个阶段内Cr(VI)的去除率，如图3所示。
（4）实验结果显示：第一阶段，98%的六价铬在47小时内被完全还原；第二阶段，99%的六价铬在29小时内被完全还原；第三阶段，98%的六价铬在44小时内被完全还原。展现出超强的Cr(VI)去除能力。
实施例5
（1）取培养好的菌液分装在100mL的培养瓶中，接种率为8-15%，投加秸秆并使其浓度为1-1.5g/L, 然后调节pH为5-6，加入Cr(VI)贮备液并使初始Cr(VI)浓度为500mg/L，去除空气后放置在55℃、固定转速的恒温水浴培养箱中。
（2）根据六价铬还原速率，在不同时间间隔进行取样，还原前期每2-4小时取样一次，还原中后期6-12小时取样一次，使用二苯碳酰二肼分光光度法测定剩余Cr(VI)浓度。Cr(VI)的去除率，如图4所示。
（3）实验结果显示：89%的初始浓度为500mg/L的Cr(VI)在83小时内被完全还原。且随着时间的推移， Cr(VI)可逐渐被完全还原，可见此生物制剂可以用于高浓度Cr(VI)废水的还原。

Claims (9)

1.一种还原去除六价铬的生物制剂，其特征在于，包括数量分数＞90%的嗜热厌氧菌属细菌。
2.根据权利要求1所述的还原去除六价铬的生物制剂，其特征在于，还包括数量分数＞2%的梭菌属细菌。
3.根据权利要求2所述的还原去除六价铬的生物制剂，其特征在于，所述的生物制剂的浓度为（1～9）*109cell/ml。
4.一种还原去除六价铬的生物制剂的制备方法，其特征在于，包括：
将城市污泥在100-130℃ 温度下处理10-30分钟，自然冷却、沉降后的上清液即为含有嗜热厌氧菌属的菌剂；
向上述菌剂中加入碳源在25-60℃、pH 4.5-6、厌氧条件下活化5-20天，获得所述还原去除六价铬的生物制剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碳源的浓度为0.5～1.5g/L。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的碳源选自葡萄糖、醋酸钠、淀粉、工业糖或秸秆中的任一种或几种的混合。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，城市污泥的微生物含量为（0.1～9）*109cell/ml。
8.根据权利要求4-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述的城市污泥取自污水处理厂。
9.一种如权利要求1-3任一项所述的生物制剂的应用，该生物制剂用于修复六价铬污染的土壤，以及用于含有六价铬的污水、废气、废渣还原处理。
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