CN115368906A - 一种针铁矿固载铁硫还原菌复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种针铁矿固载铁硫还原菌复合材料及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN115368906A
CN115368906A CN202210768249.1A CN202210768249A CN115368906A CN 115368906 A CN115368906 A CN 115368906A CN 202210768249 A CN202210768249 A CN 202210768249A CN 115368906 A CN115368906 A CN 115368906A
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid
goethite
composite material
reducing bacteria
bacterial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210768249.1A
Other languages
English (en)
Inventor
吴平霄
吕冰欣
廖芷珊
陈雨晴
李义豪
朱能武
党志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN202210768249.1A priority Critical patent/CN115368906A/zh
Publication of CN115368906A publication Critical patent/CN115368906A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K17/00—Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials
    • C09K17/40—Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials containing mixtures of inorganic and organic compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/002—Reclamation of contaminated soil involving in-situ ground water treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/08—Reclamation of contaminated soil chemically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/10—Reclamation of contaminated soil microbiologically, biologically or by using enzymes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • C02F3/345—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used for biological oxidation or reduction of sulfur compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C2101/00—In situ
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2101/00—Agricultural use

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种针铁矿固载铁硫还原菌复合材料及其制备方法与应用。从矿区选出一株硫酸盐还原能力较强的菌株，选育出一株高效去除重金属且稳定性好的菌株；然后制备矿物针铁矿；再制备矿物微生物复合材料。本发明的一种针铁矿固载铁硫还原菌复合材料对于高浓度含镉废水处理效果好。本发明还涉及制备液体和固体菌剂的方法及其应用。该方法工艺简便，原料来源丰富，适于工业化生产。本发明通过含铁矿物的添加，影响了微生物间的相互作用方式，定向调控微生物群落组成，促进微生物的种间电子传递，有效提高了厌氧生物反应器中高价重金属污染物的还原量及还原率。

Description

一种针铁矿固载铁硫还原菌复合材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及环境微生物技术领域，具体是涉及一种针铁矿固载铁硫还原菌复合材料及其 制备方法与应用。
背景技术
随着工业化和城市化进程的加快，我国土壤重金属污染问题日趋严重，农田重金属污染 已经使得粮食和农副产品出现了品质下降的恶果，同时人体健康也受到了巨大的威胁。对于 土壤重金属污染修复而言，原位钝化技术具有修复周期短、效率高、成本低、效果好等特点。 一些微生物如铁硫还原菌与矿物复合后既能起到还原高价重金属离子的作用，又强化了矿物 对重金属离子的锁定能力，实现解毒和锁定的双重目标，最终达到修复重金属污染土壤的目 的。因此，矿物/微生物复合材料为优化微生物修复技术在重金属污染土壤修复方面的应用 提供一个重要的研究方向。另外，将微生物单一的修复技术发展到矿物-微生物联合的修复 技术、综合集成的工程修复技术，发挥了土壤综合生态功能的原位自然修复，更是土壤修复 技术的一个新趋势。
微生物菌剂价格低廉、容易获取，且可以对土壤中重金属进行固定、迁移或转化，近年 来被广泛应用于重金属污染土壤的修复。其中，硫酸盐还原菌(SRB)能够以有机物作为生 长的能源，将呈氧化态的硫还原为硫离子与Cd结合生成CdS，达到钝化目的。土壤系统中 铁还原菌(FeRB)为主导的铁循环过程也是调控重金属迁移转化的关键因子之一。FeRB活 性的刺激导致淹水土壤Fe(Ⅲ)的还原和Fe(Ⅱ)含量的增加，促进了低晶态和非晶态铁氧化物 结合态中Cd的固存。细菌在土壤中并不是游离存在的，近80％～90％的微生物最终附着在 土壤矿物或矿物-有机物复合体上形成细菌-矿物复合体。矿物-微生物复合体作用于土壤，能 够进一步改变土壤中重金属元素的吸附、迁移行为。微生物与矿物的相互作用一方面涉及两 者电位、表面位点密度的变化，从而影响微生物对重金属的积累作用；另一方面，矿物会对 微生物的活性造成影响，调控其内在生理机制，最终影响微生物在矿物表面的定殖能力、对 植物的促生作用以及对重金属的固定能力。矿物-微生物复合体吸附重金属的性能与微生物 种类、矿物类型、矿物/微生物质量比、环境因素等密切相关。除吸附作用外，微生物还可 通过分泌有机酸、无机酸溶解矿物，在次生矿物生成过程中对重金属进行固定。研究表明， 铁硫还原类微生物作用于铁硫酸盐矿物后会生成次生矿物，这些次生矿物的形成和相转变过 程对重金属等有毒元素的迁移转化起着重要作用。富砷尾矿沉积物中As的动力学表现出两 个不同的阶段：首先吸附在矿物上的As(V)被释放，并被生物硫化物立即还原为As(III)；然 后吸附到新形成的纳米Fe硫化物(如FeS，FeS2)上或与S2-共沉淀，从溶液中去除释放的 As，生成纳米硫化砷(As2S3)。FeRB/SRB在还原含铁硫矿物过程中，会生成不同类型含 铁二次矿物，大部分含铁二次矿物具有较强的吸附和固定重金属能力，最终对土壤中重金属 的环境行为造成影响。矿物-微生物复合体修复重金属的研究主要停留在实验室阶段，将矿 物-微生物技术联合用于实际重金属污染土壤修复尚属少见，因此，此技术的研究开发应用 具有重要的理论和现实意义。目前国内市场的环保用菌剂多为进口产品，如丹麦生物技术公 司诺维信和日本EM研究机构的菌剂。日本琉球大学比嘉照夫教授1983年研制的EM(有 效微生物群)技术，是采用独特工艺，将经过仔细筛选的好氧和厌氧性有益微生物，以适当 比例混合培养发酵制成微生物活菌制剂，已经被多国广泛用于种植业、养殖业及环境净化。 进口菌剂种类多、针对性强、效果好，但价格较高。国内许多环保菌剂企业的产品为EM菌 剂仿制品或由多种功能菌复配而成的菌剂，针对性不强；国内高校科研机构的研究较深入， 也有一些自主产品，但研发成果与生产相背离。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足，本发明的目的之一是提供一株可用于土壤重金属 污染环境治理的微生物菌剂及其制备方法；本发明的目的之二是提供可用于重金属固定的上 述菌株与含铁矿物复的材料备方法合物本发明的目的之三是将上述微生物-矿物复合材料应 用于土壤重金属污染环境治理和生态修复中。
本发明通过以下技术方案来实现：一种矿物型生物复合材料制备方法，包括如下步骤：
步骤1高效重金属吸附菌剂的筛选与制备，具体步骤如下：
称取矿区植物根际土8-10g，分别溶解到装有70-90ml无菌水及玻璃珠的三角瓶中，密 封后置于恒温摇床上室温振荡25-30min，吸取0.8-1ml土壤悬浮液加入到装有70-90ml无菌 液体培养基A的三角锥瓶中，摇匀，轻轻加入无菌液体石蜡封住液面，液体石蜡层的厚度 约为2-3cm，塞紧塞子，30-35℃恒温静置培养，4-5d后观察到三角瓶中的液体呈现浓厚的 墨色。采用双皿叠加法进行菌株的分离纯化。首先做梯度稀释，将稀释10-5-10-7倍的土壤悬 液加到外皿中，倒入准备好的呈液态的固体培养基B，立即将菌液与培养基混合均匀，快速 将内皿与外皿同向叠加，若有气泡应慢慢挤压排出，使内外两皿之间呈无氧状态。每个梯度 做三个平行。最后，将平板倒置于生化培养箱中进行培养，温度设定为30-35℃，培养3-4d， 观察平板上长出黑色的菌落。挑选较大、生长较快的菌落，分别接入到装有8-10m液体富 集培养基A中，培养至对数期，再按照前述方法进一步做梯度稀释，同样选取梯度为10-3、10-5、10-7涂布，再培养。重复以上的操作3次，直至固体培养基上长出的为纯菌落，得到 具有硫还原能力的菌株若干。将上述所得菌株冲入含有重金属Cd浓度为100mg/L溶液的纯 水中，分别在0.5、1、2、4、8、12、24、48、72、96h取样分析重金属浓度，得到其吸附曲线，择优筛选出重金属镉去除能力最强的菌株。
其中所述液体培养基A的组成为K2HPO4 0.4-0.5g，(NH4)2SO4 2.0-2.5g，NaHCO30.4-0.5g，CaCl2 0.1-0.2g，MgSO4 0.8-1.0g，酵母膏1.2-1.5g，乳酸钠1.5-2.0mL中，0.3-0.5g (NH3)2Fe(SO4)2，半胱胺酸盐0.3-0.5g，蒸馏水0.8-1L，pH值6.8-7.2。
其中所述固体培养基B的组成为K2HPO4 0.4-0.5g，(NH4)2SO4 2.0-2.5g，NaHCO30.4-0.5g， CaCl2 0.1-0.2g，MgSO4 0.8-1.0g，酵母膏1.2-1.5g，乳酸钠1.5-2.0mL中，0.3-0.5g (NH3)2Fe(SO4)2，半胱胺酸盐0.3-0.5g，琼脂粉0.8％-1％，蒸馏水0.8-1L，pH值6.8-7.2。
步骤2矿物(针铁矿)的制备
1)配制浓度为0.1～10mol/L的KOH溶液；
2)配制浓度为0.1～5mol/L的Fe(NO3)3溶液；
3)移取步骤1)中的碱溶液与步骤2)中的铁盐溶液至密闭容器中，在60～90℃温度及密 闭条件下反应6～12h，所述碱溶液与所述铁盐溶液按的摩尔比为0.02～100:1的比例加入调 至pH 12.0；
4)将步骤3)反应后的沉淀洗涤干燥研磨过筛得到前驱体粉末
步骤3矿物微生物复合材料的制备
1)将步骤1得到的菌株接种至液体培养基A中培养至对数期。密封后置于恒温摇床上 室温振荡25-30min在28-30℃的温度下以120-180rpm摇动6-12小时。将菌液离心获得菌体 沉淀；
2)将步骤2所得粉末在120℃高压蒸汽灭菌20min；
3)将1)中菌体沉淀和2)矿物固体沉淀以重量比1：50倍数混合，接种与液体培养基B中。摇匀，轻轻加入无菌液体石蜡封住液面，液体石蜡层的厚度约为2-3cm，塞紧塞子， 30-35℃恒温静置培养培养2-3d；
4)将所述矿物固定化载体与所述菌悬液混合，加入生理盐水、培养液进行培养，之后 用生理盐水进行洗涤、自然烘干得到所述矿物原矿固定化微生物菌剂。
其中所述液体培养基A的组成为：胰蛋白胨5-10g，酵母粉3-5g，NaCl 5-10g，蒸馏水0.8-1L，pH值6.8-7.5。
液体培养基B的组成为：K2HPO4 0.4-0.5g，(NH4)2SO4 2.0-2.5g，NaHCO3 0.4-0.5g，CaCl2 0.1-0.2g，MgSO4 0.8-1.0g，酵母膏1.2-1.5g，乳酸钠1.5-2.0mL中，半胱胺酸盐0.3-0.5g， 蒸馏水0.8-1L，pH值6.8-7.2。
步骤4针铁矿固载微生物水肥与固肥的制作
1)将步骤1得到的菌株接种至LB培养基中培养至对数期。密封后置于恒温摇床上室 温振荡25-30min在28℃的温度下以180rpm摇动12小时。将菌液离心获得菌体沉淀；
2)将步骤2所得粉末在120℃高压蒸汽灭菌20min；
①将1)中菌体沉淀和2)矿物固体沉淀以重量比1：50倍数混合，接种与SRB培养基中。摇匀，轻轻加入无菌液体石蜡封住液面，液体石蜡层的厚度约为2-3cm，塞紧塞子，30-35℃ 恒温静置培养培养2-3d。静置培养8-12hrs，得到一级种子液；
②二级三角瓶液体培养
将一级种子液按照3-5％的接种量接入装有50-100ml液体培养基A的三角瓶中，28-32℃，150-200rpm培养8-12hrs；
③发酵罐发酵
将一级培养液按照5-10％的接种量分别接入装有发酵培养基C的发酵罐中，进行发酵 培养,罐温28-32℃，培养pH6.8-7.5，通气培养30-48hrs；
所述的培养基C组成为：所述的培养基C组成为：针铁矿5-10g/L，K2HPO4 0.4-0.5g/L， NaHCO3 0.4-0.5g/L，CaCl2 0.1-0.2g/L，MgSO4 0.8-1.0g/L，酵母膏1.2-1.5g/L，乳酸钠1.5-2.0mL/L中，pH值6.8-7.2。
3)将步骤1)中得到的发酵液打入储液罐即得液态菌剂，有效活菌数可达5-10×109 CFU/ml
将针铁矿、秸秆粉、草炭土、麸皮和豆粕用高速粉碎机粉碎，过目筛，按照质量百分比 为20-30:20-30:5-10:30-50的比例均匀混合；所得的固态基质混匀，28-32℃发酵5-7days，即 得本发明提供的菌剂液体菌剂在植物浸种或浸根时以100-200倍的液体菌剂稀释液浸泡种 子或植物根部2-5hrs，育苗期或生长期灌根采用300-600倍的液体菌剂稀释液10-40ml/Kg 土壤剂量浇灌稀释液，整个生长期灌根1-3次；固态菌剂作为基肥和追肥使用，使用剂量为 5-20g/Kg土壤。到固体菌剂，菌体密度达到1-2×109CFU/g。
上述方法中，步骤1所得菌株在固体培养基A菌落颜色呈乳白色，圆形凸起，边缘整齐；在固体培养基B出现较为分散的黑色菌落，有整齐的边缘，圆形菌落的直径约长 1.8mm，细菌呈杆状。G-，好氧或兼性厌氧，呈长杆状；其最适的生长温度31~35℃，最适的pH值为6.8~7.5；在液体培养基C中硫还原能力为84.5±0.5%；在固体培养基A能够耐受120mg/L的Cd2+生长，在含Cr6+的液体培养基A中能够耐受500mg/L的Cr6+生长；在重金属污染环境中具有一定的生长优势。已保藏于广东省微生物菌种保藏中心，保藏编号为GDMCC NO：62448，保藏日期为2022年04月29日，分类学名称为：Enterobacter chengduensis。所述固体培养基A 的组成为：胰蛋白胨5-10 g，酵母粉 3-5 g，NaCl 5-10 g，琼脂粉0.8%-1%，蒸馏水0.8-1L，pH值 6.8-7.5。固体培养基B的组成为：K2HPO4 0.4-0.5g，(NH4)2SO4 2.0-2.5g，NaHCO3 0.4-0.5g，CaCl2 0.1-0.2g，MgSO4 0.8-1.0g，酵母膏1.2-1.5g，乳酸钠 1.5-2.0mL中，0.3-0.5g(NH3)2Fe(SO4)2，半胱胺酸盐0.3-0.5g，琼脂粉0.8%-1%，蒸馏水0.8-1L，pH值6.8-7.2.液体培养基C的组成为K2HPO4 0.4-0.5g，(NH4)2SO4 2.0-2.5g，NaHCO3 0.4-0.5g，CaCl2 0.1-0.2g，MgSO4 0.8-1.0g，酵母膏1.2-1.5g，乳酸钠 1.5-2.0mL中，半胱胺酸盐0.3-0.5g，蒸馏水0.8-1L，pH值6.8-7.2。
本发明中一种针铁矿固载铁硫还原菌复合材料，含有以下重量份成分：针铁矿原矿1～8 份、生理盐水0.5～5份、硫酸铵0.1～2份、碳酸氢钠1～10份、磷酸氢二钾0.2-2份、乳酸钠 2～10份、硫酸镁0.1～2份、微生物菌剂0.3～5份。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
本发明通过含铁矿物的添加，影响了微生物间的相互作用方式，定向调控微生物群落组 成，促进微生物的种间电子传递，有效提高了厌氧生物反应器中高价重金属污染物的还原量 及还原率。
附图说明
图1为实施案例筛选出菌株的形态图；
图2为实施案例筛选出菌株的SEM图；
图3为实施案例针铁矿固载S19-1的SEM图；
图4为实施案例针铁矿固载S19-1的XRD图；
图5实施案例针铁矿固载S19-1对Cd的吸附曲线；
图6实施案例针铁矿固载S19-1对Cd的吸附动力学拟合；
图7为实施案例土壤施用针铁矿固载S19-1固定砷的效果图。
具体实施方式
下面结合实施案例对本发明进行进一步描述
实施例1
一株具有硫酸盐还原能力菌株的筛选方法，具体步骤如下：
(1)称取矿区植物根际土壤10g，分别溶解到装有90ml无菌水及玻璃珠的三角瓶中，密封 后置于恒温摇床上室温振荡30min，吸取1ml土壤悬浮液加入到装有90ml无菌液体培养基 A的三角锥瓶中，摇匀，轻轻加入无菌液体石蜡封住液面，液体石蜡层的厚度约为3cm，塞 紧塞子，30℃恒温静置培养，5d后观察到三角瓶中的液体呈现浓厚的墨色。
(2)采用双皿叠加法进行菌株的分离纯化。首先做梯度稀释，将稀释10-5-10-7倍的土壤悬 液加到外皿中，倒入准备好的呈液态的固体培养基B，立即将菌液与培养基混合均匀，快速 将内皿与外皿同向叠加，若有气泡应慢慢挤压排出，使内外两皿之间呈无氧状态。每个梯度 做三个平行。最后，将平板倒置于生化培养箱中进行培养，温度设定为30℃，培养3d，观 察平板上长出黑色的菌落附图1所示。挑选较大、生长较快的菌落，分别接入到装有10ml液 体培养基A中，培养至对数期，再按照前述方法进一步做梯度稀释，同样选取梯度为10-3、 10-5、10-7涂布，再培养。重复以上的操作3次，直至固体培养基上长出的为纯菌落，得到 具有硫还原能力的菌株若干。
(3)将上述所得菌株冲入含有重金属Cd浓度为100mg/L溶液的纯水中，分别在0.5、1、2、 4、8、12、24、48、72、96h取样分析重金属浓度，得到其吸附曲线。筛选出重金属镉去除能力最强的菌株。于2019年1月21日保藏于广东省微生物保藏中心，保藏号为GDMCC NO.：62448，保藏日期为2022年04月29日。
其中所述液体培养基A的组成为K2HPO4 0.5g，(NH4)2SO4 2.5g，NaHCO3 0.5g，CaCl20.2g， MgSO4 01.0g，酵母膏1.5g，乳酸钠2.0mL中，0.5g(NH3)2Fe(SO4)2，半胱胺酸盐0.5g，蒸馏 水1L，pH值7.2。
固体培养基B的组成为K2HPO4 0.5g，(NH4)2SO4 2.5g，NaHCO3 0.5g，CaCl2 0.2g，MgSO4 1.0g， 酵母膏1.5g，乳酸钠2.0mL中，0.5g(NH3)2Fe(SO4)2，半胱胺酸盐0.5g，琼脂粉1％，蒸馏 水1L，pH值6.8。
实施例2
菌株对Cd的抗性以及菌剂特性测定，测定步骤如下：
将菌株接种于液体培养基A中富集培养，生长至指数期，6000-8000rpm离心8-10min，用 0.85％的无菌NaCl溶液洗涤三次后，再用0.85％的无菌NaCl溶液调整菌液浓度为107CFU/ ml，吸取1ml分别接种于含40，80，120mg/L Cd和50，100，200mg/L Cr的液体培养基 A中培养，在第60、120、240、360、480、600、720和1440min时测量菌液上清液的OD600 值。得到一株对重金属Cd和Cr具有耐受能力的菌株。其特征在于该菌株具有以下特性： 在固体培养基B上如附图1(左)所示菌落颜色呈乳白色，圆形凸起，边缘整齐；在固体培 养基C上如附图1(右)所示出现较为分散的黑色菌落，有整齐的边缘，圆形菌落的直径约 长1.8mm；扫描电镜图为附图2所示，菌体清晰，聚在一起，细菌呈杆状。为G-，好氧或 兼性厌氧，呈长杆状；其最适的生长温度31～35℃，最适的pH值为6.8～7.5；在液体培养基 D中硫还原能力为84.5±0.5％；在固体培养基A能够耐受120mg/L的Cd生长，在含Cr的 液体培养基A中能够耐受500mg/L的Cr6+生长；在重金属污染环境中具有一定的生长优势， 说明能够耐受较高浓度的Cd，在污染较为严重的Cd污染土壤中能够生长，具有修复Cd污 染土壤的潜力。
其中所述液体培养基A的组成：胰蛋白胨10g，酵母粉5g，NaCl 10g，蒸馏水1L，pH值6.8
固体培养基B的组成为：胰蛋白胨10g，酵母粉5g，NaCl 10g，琼脂粉1％，蒸馏水0.8-1L， pH值6.8。
固体培养基C的组成为：K2HPO4 0.5g，(NH4)2SO4 2.5g，NaHCO3 0.5g，CaCl2 0.2g，MgSO4 1.0g，酵母膏1.5g，乳酸钠2.0mL中，0.5g(NH3)2Fe(SO4)2，半胱胺酸盐-0.5g，琼脂粉1％， 蒸馏水1L，pH值6.8。
液体培养基D的组成为K2HPO4 0.5g，(NH4)2SO4 2.5g，NaHCO3 0.5g，CaCl2 0.2g，MgSO4 1.0g， 酵母膏1.5g，乳酸钠2.0mL中，半胱胺酸盐0.5g，蒸馏水1L，pH值6.8
实施例3
本发明实施案例还提供一种针铁矿固定化微生物菌剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将针铁矿分散在去离子水中，经过150r/min搅拌、6000r/min离心、洗涤4次、静置30min、在70℃干燥24h、粉碎得到针铁矿原矿固定化载体；
(2)将复合菌置于液体培养基A中活化，在25-30℃培养2天后，接种至SRB培养基进行培养，离心收集湿菌体、加入生理盐水混匀得到菌悬液；
(3)将针铁矿固定化载体与菌悬液混合，加入SRB培养基中进行培养，之后用生理盐 水进行洗涤、自然烘干得到粘土矿物原矿固定化微生物菌剂，属氧化物复合材料。
其中所述液体培养基A的组成为：胰蛋白胨5-10g，酵母粉3-5g，NaCl 5-10g，蒸馏水 0.8-1L，pH值6.8-7.5。
液体培养基B的组成为：K2HPO4 0.4-0.5g，(NH4)2SO4 2.0-2.5g，NaHCO3 0.4-0.5g，CaCl2 0.1-0.2g，MgSO4 0.8-1.0g，酵母膏1.2-1.5g，乳酸钠1.5-2.0mL中，半胱胺酸盐0.3-0.5g， 蒸馏水0.8-1L，pH值6.8-7.2。
所制备的针铁矿固载SRB复合材料的形貌和结构表征如图3、图4所示。其中图3为SEM图、图4为XRD图。从图3中可知，复合材料中SRB菌株均匀地缠绕分布在针铁矿 上，可清晰地看出菌体表面较为均匀地分布小颗粒，可能为材料副产物FeS。由图4可知, 针铁矿固载SRB复合材料的XRD谱图上具备针铁矿的特征峰，说明为菌株与针铁矿相互 作用，形成了微生物-矿物复合材料。
实施例4
本发明实施例还提供一种针铁矿固定化微生物菌剂在含镉废水处理上的应用。具体步骤 如下：
(1)准确称取多份0.05g复合材料分别置于100ml锥形瓶中,分别向离心管中移取配制好 的Cd溶液，同时加入碳源硫源模拟实际废水，充分混合后使得Cd浓度为100mg/L置于 30±1℃水浴振荡器上震荡,震荡时间为60、120、240、360、480、600、720和1440min时后，取溶液过0.45um滤膜，原子吸收分光光度计测定溶液中Cd的浓度,测试结果如图5所示。复合材料对Cd吸附几乎在30分钟内就可以达到吸附平衡，之后Cd的吸附随着时间的 变化不大，说明微生物矿物复合材料能快速的对Cd进行固定去除，且吸附量高达89mg/g， 对应去除率几乎为100％。
(2)准确称取多份0.05g微生物矿物复合材料分别置于100ml锥形瓶，分别向离心管中移 取25mL配制好的不同初始浓度的Cd溶液(初始浓度Cd设置为20,50,100,120,150mg/L)，同 时加入碳源硫源模拟实际废水，充分混合后置于28-32℃水浴振荡器上震荡24h后，取上清 液过0.45um滤膜,原子吸收分光光度计测定溶液中Cd的浓度,测试结果如图5所示。从图6 中可以看出，Freundlich吸附方程能较好的描述针铁矿固定化微生物复合材料对Cd的吸附 特征，这说明复合材料对Cd的吸附属于多分子层吸附，Langmuir拟合可知复合材料对于镉 的吸附属于化学吸附。
实施例5
菌剂接种对水稻土壤中镉的固定作用，具体步骤如下：
1)选取长势一致的水稻苗移植到盆栽中，每盆3株水稻；在水稻各个生长时期采集10g 土壤样品和10ml土壤孔隙水(样品于-20℃以下冰箱保存待测)，每盆取3个平行样，测量 土壤As、Cd、Fe有效态。
2)将上述制备的每盆土壤分别加入10ml实施例4中制备的液体菌剂，以加入同等剂 量的死菌体为对照组，每个实验组设三个平行，充分混匀后25℃培养28天，按照每克干土 加入8ml浓度为1M的MgCl2(pH 7.0)溶液，(25±1)℃，150rpm振荡提取1h，8000rpm离 心15分钟，取上清液用火焰原子吸收光谱法测定土壤中可交换态Cd的含量。结果表明： 加入活菌剂组与对照组相比能够明显降低土壤中可溶性镉的含量，在，加活菌剂组土壤中可 交换性Cd的含量比对照组分别降低，菌剂对可交换性Cd的固定效率高达77％-91.4％，结 果见附图7。水稻成熟后，将整个植株取出，用自来水-去离子水洗净，于70摄氏度烘至恒 重，取一部分新鲜根测定根表铁膜及其As、Cd含量。将根、茎、叶、谷粒分开，谷粒脱壳。 将各部位粉碎测量Cd、As含量及形态。

Claims (10)

1.一种针铁矿固载铁硫还原菌复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：筛选与制备高效重金属吸附菌剂；
步骤2制备矿物针铁矿；
步骤3矿物微生物复合材料的制备：
1)将步骤1得到的高效重金属吸附菌剂接种至液体培养基A中培养至对数期；密封后置于恒温摇床上室温振荡25-30min在28-30℃的温度下以120-180rpm摇动6-12小时；将菌液离心获得菌体沉淀；
2)将步骤2所得粉末在120℃高压蒸汽灭菌20min；
3)将1)中菌体沉淀和2)矿物固体沉淀以重量比1：50倍数混合，接种与液体培养基B中；摇匀，轻轻加入无菌液体石蜡封住液面，液体石蜡层的厚度约为2-3cm，塞紧塞子，30-35℃恒温静置培养培养2-3d；
4)将所述矿物固定化载体与所述菌悬液混合，加入生理盐水、培养液进行培养，之后用生理盐水进行洗涤、自然烘干得到所述矿物原矿固定化微生物菌剂。
2.根据权利要求1所述针铁矿固载铁硫还原菌复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1具体为：称取矿区植物根际土8-10g，分别溶解到装有70-90ml无菌水及玻璃珠的三角瓶中，密封后置于恒温摇床上室温振荡25-30min，吸取0.8-1ml土壤悬浮液加入到装有70-90ml无菌液体培养基A的三角锥瓶中，摇匀，轻轻加入无菌液体石蜡封住液面，液体石蜡层的厚度约为2-3cm，塞紧塞子，30-35℃恒温静置培养，4-5d后观察到三角瓶中的液体呈现浓厚的墨色；采用双皿叠加法进行菌株的分离纯化；首先做梯度稀释，将稀释10-5-10-7倍的土壤悬液加到外皿中，倒入准备好的呈液态的固体培养基B，立即将菌液与培养基混合均匀，快速将内皿与外皿同向叠加，若有气泡应慢慢挤压排出，使内外两皿之间呈无氧状态，每个梯度做三个平行，最后，将平板倒置于生化培养箱中进行培养，温度设定为30-35℃，培养3-4d，观察平板上长出黑色的菌落；挑选较大、生长较快的菌落，分别接入到装有8-10m液体富集培养基A中，培养至对数期，再按照前述方法进一步做梯度稀释，同样选取梯度为10-3、10-5、10-7涂布，再培养，重复以上的操作3次，直至固体培养基上长出的为纯菌落，得到具有硫还原能力的菌株若干；将上述所得菌株冲入含有重金属Cd浓度为100mg/L溶液的纯水中，分别在0.5、1、2、4、8、12、24、48、72、96h取样分析重金属浓度，得到其吸附曲线，择优筛选出重金属镉去除能力最强的菌株。
3.根据权利要求2所述针铁矿固载铁硫还原菌复合材料的制备方法，其特征在于，所述液体培养基A的组成为K2HPO4 0.4-0.5g，(NH4)2SO4 2.0-2.5g，NaHCO3 0.4-0.5g，CaCl20.1-0.2g，MgSO4 0.8-1.0g，酵母膏1.2-1.5g，乳酸钠1.5-2.0mL中，0.3-0.5g(NH3)2Fe(SO4)2，半胱胺酸盐0.3-0.5g，蒸馏水0.8-1L，pH值6.8-7.2；
其中所述固体培养基B的组成为K2HPO4 0.4-0.5g，(NH4)2SO4 2.0-2.5g，NaHCO3 0.4-0.5g，CaCl2 0.1-0.2g，MgSO4 0.8-1.0g，酵母膏1.2-1.5g，乳酸钠1.5-2.0mL中，0.3-0.5g(NH3)2Fe(SO4)2，半胱胺酸盐0.3-0.5g，琼脂粉0.8％-1％，蒸馏水0.8-1L，pH值6.8-7.2。
4.根据权利要求1所述针铁矿固载铁硫还原菌复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2具体为：
1)配制浓度为0.1～10mol/L的KOH溶液；
2)配制浓度为0.1～5mol/L的Fe(NO3)3溶液；
3)移取步骤1)中所得的KOH溶液与步骤2)中的Fe(NO3)3溶液至密闭容器中，在60～90℃温度及密闭条件下反应6～12h，所述碱溶液与所述铁盐溶液按的摩尔比为0.02～100:1的比例加入调至pH 12.0；
4)将步骤3)反应后的沉淀洗涤干燥研磨过筛得到前驱体粉末。
5.根据权利要求1所述针铁矿固载铁硫还原菌复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述液体培养基A的组成为：胰蛋白胨5-10g，酵母粉3-5g，NaCl 5-10g，蒸馏水0.8-1L，pH值6.8-7.5；
液体培养基B的组成为：K2HPO4 0.4-0.5g，(NH4)2SO4 2.0-2.5g，NaHCO3 0.4-0.5g，CaCl20.1-0.2g，MgSO4 0.8-1.0g，酵母膏1.2-1.5g，乳酸钠1.5-2.0mL中，半胱胺酸盐0.3-0.5g，蒸馏水0.8-1L，pH值6.8-7.2。
6.由权利要求1～5任一项所述制备方法制备得到一种针铁矿固载铁硫还原菌复合材料。
7.权利要求6所述针铁矿固载铁硫还原菌复合材料的应用，其特征在于，将针铁矿固载铁硫还原菌复合材料预热后，加入到废水中，所述针铁矿固载铁硫还原菌复合材料的投加量为1～10g/L；所述搅拌时间为1～16h，所述反应温度为15～35℃，用于去除水中的重金属离子。
8.如权利要求7所述针铁矿固载铁硫还原菌复合材料的应用，其特征在于，所述预热活化的预热温度为30～33℃，预热时间为10～35min。
9.权利要求6所述针铁矿固载铁硫还原菌复合材料的应用，其特征在于，菌株直接施用的微生物固体以及液体菌剂，包括以下步骤：
1)菌种发酵
①将所述的菌株，按照0.5-1％的接种量接入装有10-15ml液体培养基A的试管中，28-32℃，静置培养8-12h，得到一级种子液；
②二级三角瓶液体培养
将一级种子液按照3-5％的接种量接入装有50-100ml液体培养基A的三角瓶中，28-32℃，150-200rpm培养8-12h；
③发酵罐发酵
将一级培养液按照5-10％的接种量分别接入装有发酵培养基B的发酵罐中，进行发酵培养,罐温28-32℃，培养pH6.8-7.5，通气培养30-48h，得到发酵液；
所述的液体培养基A的组成为K2HPO4 0.4-0.5g，(NH4)2SO4 2.0-2.5g，NaHCO3 0.4-0.5g，CaCl20.1-0.2g，MgSO4 0.8-1.0g，酵母膏1.2-1.5g，乳酸钠1.5-2.0mL中，半胱胺酸盐0.3-0.5g，蒸馏水0.8-1L，pH值6.8-7.2；
培养基B组成为：麸皮5-10g/L，(NH4)2SO4 2.0-2.5g，K2HPO4 0.4-0.5g/L，NaHCO3 0.4-0.5g/L，CaCl2 0.1-0.2g/L，MgSO4 0.8-1.0g/L，酵母膏1.2-1.5g/L，乳酸钠1.5-2.0mL/L中，pH值6.8-7.2；
2)将秸秆粉、草炭土、麸皮和豆粕用高速粉碎机粉碎，过目筛，按照质量百分比为20-30:20-30:5-10:30-50的比例均匀混合；
3)将步骤1)中得到的发酵液打入储液罐即得液态菌剂，有效活菌数可达5-10×109CFU/ml，将发酵液按照50-100ml/kg的剂量与步骤2)中所得的固态基质混匀，28-32℃发酵5-7d，即得到固体菌剂，菌体密度达到1-2×109CFU/g。
10.权利要求6所述针铁矿固载铁硫还原菌复合材料的应用，其特征在于，菌剂液体菌剂在植物浸种或浸根时以100-200倍的液体菌剂稀释液浸泡种子或植物根部2-5hrs，育苗期或生长期灌根采用300-600倍的液体菌剂稀释液10-40ml/Kg土壤剂量浇灌稀释液，整个生长期灌根1-3次；固态菌剂作为基肥和追肥使用，使用剂量为5-20g/Kg土壤；到固体菌剂，菌体密度达到1-2×109CFU/g。
CN202210768249.1A 2022-07-01 2022-07-01 一种针铁矿固载铁硫还原菌复合材料及其制备方法与应用 Pending CN115368906A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210768249.1A CN115368906A (zh) 2022-07-01 2022-07-01 一种针铁矿固载铁硫还原菌复合材料及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210768249.1A CN115368906A (zh) 2022-07-01 2022-07-01 一种针铁矿固载铁硫还原菌复合材料及其制备方法与应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115368906A true CN115368906A (zh) 2022-11-22

Family

ID=84061803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210768249.1A Pending CN115368906A (zh) 2022-07-01 2022-07-01 一种针铁矿固载铁硫还原菌复合材料及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115368906A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1559664A (zh) * 2004-03-02 2005-01-05 武汉理工大学 细菌矿化纳米针铁矿的制备及其应用
CN101096646A (zh) * 2007-06-01 2008-01-02 广东省生态环境与土壤研究所 一种可加速有机氯降解的铁还原菌-矿物复合菌剂及其制备方法
CN105948280A (zh) * 2016-07-22 2016-09-21 中国环境科学研究院 以赤铁矿中Fe3+为电子受体的厌氧生物氧化水污染修复方法
CN109081454A (zh) * 2018-09-10 2018-12-25 中国环境科学研究院 铁还原生化处理对垃圾渗滤液膜工艺浓缩液的减量方法
CN112157119A (zh) * 2020-08-12 2021-01-01 中南大学 一种含铁矿物调控微生物还原重金属的修复方法
CN112387778A (zh) * 2020-10-13 2021-02-23 湖南省林业科学院 一种污泥生物炭固定化菌联合植物修复重金属污染土壤的方法
CN113058983A (zh) * 2021-02-14 2021-07-02 北京化工大学 一种生物炭负载赤铁矿-光伏希瓦氏菌复合体修复铬污染土壤的方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1559664A (zh) * 2004-03-02 2005-01-05 武汉理工大学 细菌矿化纳米针铁矿的制备及其应用
CN101096646A (zh) * 2007-06-01 2008-01-02 广东省生态环境与土壤研究所 一种可加速有机氯降解的铁还原菌-矿物复合菌剂及其制备方法
CN105948280A (zh) * 2016-07-22 2016-09-21 中国环境科学研究院 以赤铁矿中Fe3+为电子受体的厌氧生物氧化水污染修复方法
CN109081454A (zh) * 2018-09-10 2018-12-25 中国环境科学研究院 铁还原生化处理对垃圾渗滤液膜工艺浓缩液的减量方法
CN112157119A (zh) * 2020-08-12 2021-01-01 中南大学 一种含铁矿物调控微生物还原重金属的修复方法
CN112387778A (zh) * 2020-10-13 2021-02-23 湖南省林业科学院 一种污泥生物炭固定化菌联合植物修复重金属污染土壤的方法
CN113058983A (zh) * 2021-02-14 2021-07-02 北京化工大学 一种生物炭负载赤铁矿-光伏希瓦氏菌复合体修复铬污染土壤的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021196735A1 (zh) 一种天神芽孢杆菌、其菌剂及在重金属修复领域的应用
CN111423996B (zh) 一种复合菌剂、其制备方法及在土壤修复领域的应用
CN105420147A (zh) 一种强化硝酸钙治理黑臭河流的复合微生物制剂
CN103695317B (zh) 具有耐受重金属特性的高效解磷草酸青霉菌剂的生产方法
CN108795808B (zh) 一株巴达维亚芽胞杆菌及其应用
CN109336716B (zh) 一种碳基生物复合有机肥及其制备方法
Zheng et al. Self-immobilized biochar fungal pellet combined with bacterial strain H29 enhanced the removal performance of cadmium and nitrate
CN108821908A (zh) 一种包含巴达维亚芽胞杆菌hj-1的菌剂及其应用
CN102634465B (zh) 一种具有自生固氮能力的不动杆菌及其应用
CN106399176A (zh) 一种类芽孢杆菌及其在净化水体方面的应用
CN115505536A (zh) 一种黑曲霉ca-5及其应用
CN111069237A (zh) 复合菌株联合废弃生物质的中低品位磷矿堆浸方法
CN112679258A (zh) 一种复合微生物肥料及其制备方法
CN109868242B (zh) 一株耐盐产乙偶姻的枯草芽孢杆菌及其应用
CN113980830B (zh) 施氏假单胞菌、其培养物及其应用
CN112980748B (zh) 一种短短芽孢杆菌、用途及转化褐煤生产腐植酸的方法
CN117050913B (zh) 类芽孢杆菌cbp-2及其应用
CN115838639B (zh) 白茅种子内生真菌df101及其应用
CN109797120B (zh) 一种去除土壤中硝酸盐的微生态制剂的制备方法及其应用
CN111334457A (zh) 一株具有土壤重金属修复作用的天神芽孢杆菌及其应用
CN115368906A (zh) 一种针铁矿固载铁硫还原菌复合材料及其制备方法与应用
CN115739977A (zh) 克里本类芽孢杆菌航天突变菌株在修复Cd污染中的应用
CN110408562B (zh) 一种修复镉污染土壤并促进植物生长的复合微生物菌剂的制备方法及应用
CN110042063B (zh) 一种粉红粘帚霉(Clonostachys rosea)菌株YZC3及其应用
CN116286542B (zh) 一种阴沟肠杆菌cby-9及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination