申请日2017.06.22
公开(公告)日2017.09.12
IPC分类号C12N11/14; C12N11/10; C12N11/08; C12N1/20; B01J20/20; B01J20/24; B01J20/26; B01J20/30; C02F3/34; C02F1/28; C12R1/10; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种固定化内生菌生物吸附剂处理含铅废水的方法，包括以下步骤：将固定化内生菌生物吸附剂加入含铅废水中，恒温振荡下进行吸附，以去除废水中的铅;其中固定化内生菌生物吸附剂的制备包括(1)制备改性碳纳米管;(2)将聚乙烯醇、海藻酸钠和改性碳纳米管加水混合均匀，制备固定化基质;(3)将内生菌悬液与固定化基质搅拌均匀后，挤压到氯化钙溶液中进行交联反应。本发明的方法对废水中的Pb2+具有强去除能力，吸附容量大，吸附效率好，稳定性好，且重复利用率高。
权利要求书
1.一种固定化内生菌生物吸附剂处理含铅废水的方法，包括以下步骤：将固定化内生菌生物吸附剂加入含铅废水中，恒温振荡下进行吸附，以去除废水中的铅;在恒温振荡前调节所述含铅废水的pH值至2～5，所述吸附的时间为0.25h～24h，所述吸附的温度为20℃～35℃，所述固定化内生菌生物吸附剂的用量为0.15g/50mL含铅废水～0.85g/50mL含铅废水，所述含铅废水中铅离子的初始浓度为10mg/L～500mg/L;
所述固定化内生菌生物吸附剂由以下方法制备得到：
(1)改性碳纳米管的制备：将多壁碳纳米管与混酸进行混合，所述混酸由浓硫酸和浓硝酸组成，混合后在110℃～130℃温度和10r/min～30r/min搅拌的条件下，冷却回流1h～3h，然后在室温下放置24h～72h，再进行离心分离，将所得沉淀物洗涤至中性，经真空抽滤和真空干燥后，得到改性碳纳米管;
(2)固定化基质的制备：将聚乙烯醇、海藻酸钠和步骤(1)得到的改性碳纳米管加入水中混合，搅拌均匀后，静置冷却并灭菌，得到固定化基质;其中，聚乙烯醇、海藻酸钠、改性碳纳米管与固定化基质的比例为2g～8g∶1g～6g∶0.2g～0.5g∶100mL;
(3)生物吸附剂的制备：将内生菌悬液加入到步骤(2)所得固定化基质中，内生菌悬液与固定化基质的体积比为5～20∶100，搅拌均匀后，经注射装置挤压到氯化钙溶液中进行交联反应，交联反应时间为10h～48h，得到固定化内生菌生物吸附剂，本步骤的操作均在室温无菌环境下进行。
2.根据权利要求1所述的固定化内生菌生物吸附剂处理含铅废水的方法，其特征在于，所述含铅废水的pH值为3～5，所述吸附的时间为10h～24h，所述吸附的温度为25℃～35℃，所述固定化内生菌生物吸附剂的用量为0.25g/50mL含铅废水～0.65g/50mL含铅废水，所述含铅废水中铅离子的初始浓度为10mg/L～200mg/L。
3.根据权利要求2所述的固定化内生菌生物吸附剂处理含铅废水的方法，其特征在于，所述含铅废水的pH值为5，所述吸附的时间为12h，所述吸附的温度为30℃，所述固定化内生菌生物吸附剂的用量为0.25g/50mL含铅废水，所述铅离子在废水中的初始浓度为100mg/L。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的固定化内生菌生物吸附剂处理含铅废水的方法，其特征在于，所述固定化内生菌生物吸附剂对含铅废水的吸附-解吸循环使用次数≤20次。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的固定化内生菌生物吸附剂处理含铅废水的方法，其特征在于，所述固定化内生菌生物吸附剂制备过程中：步骤(2)中，聚乙烯醇、海藻酸钠、改性碳纳米管与固定化基质的比例为6g∶2g∶0.5g∶100mL;步骤(3)中，内生菌悬液与固定化基质的体积比为15∶100，交联反应时间为10h。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的固定化内生菌生物吸附剂处理含铅废水的方法，其特征在于，所述固定化内生菌生物吸附剂制备的步骤(3)中，所述内生菌悬液由以下方法制备得到：
(a)植物样品预处理：将新鲜植物样品东南景天洗净并将其根茎叶分别切成2cm～3cm的小段;
(b)植物样品表面的消毒：将预处理后的植物样品的根茎叶在乙醇溶液中浸泡2min～5min后转移到次氯酸钠溶液中继续浸泡0.5min～2min，将浸泡后的植物根茎叶样品用无菌水多次冲洗以去除表面的消毒液，并取最后一次洗涤液涂布平板上进行恒温培养作为表面消毒的对照，若对照平板无菌落则证明表面消毒充分，后续步骤所分离获得的均为植物内生菌;
(c)内生菌的分离和浸出：将经过表面消毒后的植物根茎叶样品置于含纤维素酶和十二烷基硫酸钠的灭菌PBS溶液中研磨，将研磨液转入容器中搅拌，将植物组织的内生菌充分浸出，得到内生菌浸出液和植物残渣;
(d)内生菌的分离纯化：在无菌条件下将内生菌浸出液作梯度稀释，分别取原液和不同稀释倍数的稀释液涂布于TSB琼脂平板，另将植物残渣直接印记至TSB琼脂平板上，所有平板恒温培养，然后挑取不同形态的菌落，其中真菌至察氏培养基中，细菌至TSB固体培养基中，划线培养至纯后，得到内生菌，具体为内生地衣芽孢杆菌;
(e)内生菌悬液的制备：将内生菌接种培养为种子液，种子液再接种至发酵培养基中培养，得到内生菌悬液。
说明书
固定化内生菌生物吸附剂处理含铅废水的方法
技术领域
本发明属于重金属污染废水生物修复领域，具体涉及一种固定化内生菌生物吸附剂处理含铅废水的方法。
背景技术
随着经济的快速发展，人类在城市化建设、工农业生产等过程中向环境中排放了大量的重金属。重金属污染物释放进入环境介质后，不易分解，同时通过生物累积作用，参与食物链循环并在生物体内积累与放大，因而具有明显的生物毒性，对生态系统和公众健康产生了巨大威胁。近年来，在众多的污染物治理中，重金属污染治理受到了越来越多的关注。近几十年来，利用物理、化学方法治理铅污染废水的方法取得了很大发展并被成功地应用，主要有淋洗法、化学沉淀法、电化学法、氧化还原法、离子交换法、膜技术法、反向渗透法、蒸发治理等方法。但这些方法存在治理费用高、效率低下、需要大量劳动力、处理过程缺乏选择性及容易带来二次污染等缺点。因而努力寻求新的方法来治理铅污染变得很迫切。作为环境友好型技术的生物修复技术在治理铅污染中具有重要的意义，研究发现：在重金属污染地区生存的微生物能够进化出一系列的生存手段来应对重金属的环境压力。重金属的生物修复法的关键就是利用这些微生物进化出来对抗重金属污染的生存机制来处理环境中特别是水体环境中的重金属污染。因此，如何筛选驯化出重金属耐性强的微生物并开发出能有效处理重金属污染废水的生物吸附材料和生物修复技术成为当务之急。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种吸附容量高、吸附效率好、稳定性好、对废水中的重金属铅有强去除能力且重复利用率高的固定化内生菌生物吸附剂处理含铅废水的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种固定化内生菌生物吸附剂处理含铅废水的方法，包括以下步骤：将固定化内生菌生物吸附剂加入含铅废水中，恒温振荡下进行吸附，以去除废水中的铅;在恒温振荡前调节所述含铅废水的pH值至2～5，所述吸附的时间为0.25h～24h，所述吸附的温度为20℃～35℃，所述固定化内生菌生物吸附剂的用量为0.15g/50mL含铅废水～0.85g/50mL含铅废水，所述含铅废水中铅离子的初始浓度为10mg/L～500mg/L;
所述固定化内生菌生物吸附剂由以下方法制备得到：
(1)改性碳纳米管的制备：将多壁碳纳米管与混酸进行混合，所述混酸由浓硫酸和浓硝酸组成，混合后在110℃～130℃温度和10r/min～30r/min搅拌的条件下，冷却回流1h～3h，然后在室温下放置24h～72h，再进行离心分离，将所得沉淀物洗涤至中性，经真空抽滤和真空干燥后，得到改性碳纳米管;
(2)固定化基质的制备：将聚乙烯醇、海藻酸钠和步骤(1)得到的改性碳纳米管加入水中混合，搅拌均匀后，静置冷却并灭菌，得到固定化基质;其中，聚乙烯醇、海藻酸钠、改性碳纳米管与固定化基质的比例为2g～8g∶1g～6g∶0.2g～0.5g∶100mL;
(3)生物吸附剂的制备：将内生菌悬液加入到步骤(2)所得固定化基质中，内生菌悬液与固定化基质的体积比为5～20∶100，搅拌均匀后，经注射装置挤压到氯化钙溶液中进行交联反应，交联反应时间为10h～48h，得到固定化内生菌生物吸附剂，本步骤的操作均在室温无菌环境下进行。
上述的固定化内生菌生物吸附剂处理含铅废水的方法中，优选的，所述含铅废水的pH值为3～5，所述吸附的时间为10h～24h，所述吸附的温度为25℃～35℃，所述固定化内生菌生物吸附剂的用量为0.25g/50mL含铅废水～0.65g/50mL含铅废水，所述含铅废水中铅离子的初始浓度为10mg/L～200mg/L。
上述的固定化内生菌生物吸附剂处理含铅废水的方法中，优选的，所述含铅废水的pH值为5，所述吸附的时间为12h，所述吸附的温度为30℃，所述固定化内生菌生物吸附剂的用量为0.25g/50mL含铅废水，所述铅离子在废水中的初始浓度为100mg/L。
上述的固定化内生菌生物吸附剂处理含铅废水的方法中，优选的，所述固定化内生菌生物吸附剂对含铅废水的吸附-解吸循环使用次数≤20次。
上述的固定化内生菌生物吸附剂处理含铅废水的方法中，优选的，所述固定化内生菌生物吸附剂制备过程中：步骤(2)中，聚乙烯醇、海藻酸钠、改性碳纳米管与固定化基质的比例为6g∶2g∶0.5g∶100mL;步骤(3)中，内生菌悬液与固定化基质的体积比为15∶100，交联反应时间为10h。
上述的固定化内生菌生物吸附剂处理含铅废水的方法中，优选的，所述固定化内生菌生物吸附剂制备的步骤(3)中，所述内生菌悬液由以下方法制备得到：
(a)植物样品预处理：将新鲜植物样品东南景天洗净并将其根茎叶分别切成2cm～3cm的小段;
(b)植物样品表面的消毒：将预处理后的植物样品的根茎叶在乙醇溶液中浸泡2min～5min后转移到次氯酸钠溶液中继续浸泡0.5min～2min，将浸泡后的植物根茎叶样品用无菌水多次冲洗以去除表面的消毒液，并取最后一次洗涤液涂布平板上进行恒温培养作为表面消毒的对照，若对照平板无菌落则证明表面消毒充分，后续步骤所分离获得的均为植物内生菌;
(c)内生菌的分离和浸出：将经过表面消毒后的植物根茎叶样品置于含纤维素酶和十二烷基硫酸钠的灭菌PBS溶液中研磨，将研磨液转入容器中搅拌，将植物组织的内生菌充分浸出，得到内生菌浸出液和植物残渣;
(d)内生菌的分离纯化：在无菌条件下将内生菌浸出液作梯度稀释，分别取原液和不同稀释倍数的稀释液涂布于TSB琼脂平板，另将植物残渣直接印记至TSB琼脂平板上，所有平板恒温培养，然后挑取不同形态的菌落，其中真菌至察氏培养基中，细菌至TSB固体培养基中，划线培养至纯后，得到内生菌，具体为内生地衣芽孢杆菌;
(e)内生菌悬液的制备：将内生菌接种培养为种子液，种子液再接种至发酵培养基中培养，得到内生菌悬液。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明采用了一种新型的固定化内生菌生物吸附剂处理含铅废水，吸附容量高，吸附效率好，吸附剂在废水中的稳定性好，对废水中的重金属铅有强去除能力，并且吸附-解吸过程的重复利用率高，多次重复后吸附效率仍然能保护较高水平，能够广泛用于处理水体环境中的重金属污染。
2、本发明处理含铅废水采用的生物吸附剂是首次以重金属重污染区域的植物东南景天体内提取的内生地衣芽孢杆菌作为固定化用的微生物、并首次将碳纳米管进行改性后结合聚乙烯醇、海藻酸钠固定化内生地衣芽孢杆菌制得，该生物吸附剂的吸附性能好，重复利用率高，可有效解决现有生物吸附剂所存在的缺陷，并且制备过程简单易行，易于控制，生产周期短，成本低廉，技术通用性好。