內聚甲醇固定化硫酸鹽還原菌小球去除硫酸鹽和鉻

林潔松，張鴻郭,2*，吳夢杰，溫項斯，陳光仕，歐文煒，陳梓瑩，鄧康藍，王筱虹

(1.廣州大學環(huán)境科學與工程學院,廣東 廣州 510006;2.廣東省放射性核素污染控制與資源化重點實驗室,廣東 廣州 510006)

?

環(huán)境保護與催化

內聚甲醇固定化硫酸鹽還原菌小球去除硫酸鹽和鉻

林潔松1，張鴻郭1,2*，吳夢杰1，溫項斯1，陳光仕1，歐文煒1，陳梓瑩1，鄧康藍1，王筱虹1

(1.廣州大學環(huán)境科學與工程學院,廣東 廣州 510006;2.廣東省放射性核素污染控制與資源化重點實驗室,廣東 廣州 510006)

水污染防治工程；硫酸鹽還原菌；固定化；甲醇；鉻；硫酸鹽

隨著工業(yè)發(fā)展及快速城鎮(zhèn)化的推進，重金屬污染日趨嚴重。鉻在工業(yè)領域應用廣泛，由于種種原因導致大量的毒害性Cr6+進入環(huán)境水體，對環(huán)境水質安全構成嚴重威脅。接觸鉻酸鹽發(fā)生肺癌的危險比一般人高出38倍。Cr6+的毒性比Cr3+約高100倍。目前，將Cr6+污染列為重點防治對象[1-2]。

處理含鉻廢水的方法主要有石灰沉淀法、離子交換法、多孔材料吸附法、化學氧化還原和電解還原法等，但這些方法普遍存在處理設備復雜、運行成本高和二次污染的可能[2-3]。此外，硫酸鹽污染往往伴隨有Cr6+，當前對于硫酸鹽和Cr6+同步去除的研究極為有限。尋找一種對環(huán)境友好、可規(guī)?；a、條件溫和、處理效率高且能同步去除硫酸鹽和Cr6+污染的方法是處理重金屬廢水領域的熱點。

硫酸鹽還原菌(SRB)固定化技術是將SRB高度密集于一個有限的空間并且使其保持一定活性的方法，具有處理效果好、利于固液分離、可重復利用、回收方便和抗重金屬離子抑制能力強等優(yōu)點[4]。柴立元等[5]研究了SRB去除Cr6+的可行性，水中停留時間6 h，Cr6+去除率達99.68%。SRB在吸附重金屬和還原硫酸鹽的過程中需要電子供體，通過添加碳源作為電子供體可以提高SRB吸附重金屬和還原硫酸鹽的效率[6]。王璞[7]利用內聚營養(yǎng)源固定化SRB污泥，為SRB提供了良好的內部環(huán)境，固定化小球能高效處理Cd2+和硫酸鹽，硫酸鹽和Cd2+去除率分別達到95%和98.5%。目前，關于碳源對固定化影響的研究主要集中在外部碳源，缺乏對內聚碳源影響的研究[8-9]。

1 實驗部分

1.1 儀器與方法

PHS-25型實驗室pH計；HYG-A全溫搖瓶柜；YQX-Ⅱ厭氧培養(yǎng)箱；SFC-01B型電熱恒溫鼓風干燥箱；01J2003-04型立式壓力蒸汽滅菌器；JSM(7001F)-EDS高分辨率場發(fā)射電子顯微鏡；日立UV-2910紫外分光光度計。

實驗所使用的SRB與陳煒婷等[12]的研究為同一菌種。聚乙烯醇、海藻酸鈉、二氧化硅、活性炭、硼酸、氯化鈉、氯化鈣、硫化鈉、重鉻酸鉀、硫酸鈉、氫氧化鈉和甲醇均為國產，分析純。

1.2 內聚甲醇SRB固定化小球的制備

內聚甲醇固定化SRB小球采用本實驗室小球成型成熟工藝[14]，制備流程如圖1所示，成型小球保存在4 ℃冰箱中備用。

圖 1 固定化SRB小球制備流程Figure 1 Preparation process flow of immobilized SRB beads

2 結果與討論

亞甲基蘭滲透實驗表明，固定化SRB小球具有較好的傳質性能。

2.1 Cr6+去除量

內聚甲醇固定化SRB小球對Cr6+的處理效果如圖2所示。由圖2可以看出，從開始添加小球到作用24 h內，Cr6+去除量呈逐步升高的趨勢,在(24～36) h，Cr6+的去除量相對平緩。由于SRB存在生長的適應過程，隨著內聚小球內細菌不斷增長，在SRB的作用下，Cr6+去除量又緩慢增加。在48 h,Cr6+去除量達到最大。最終部分內聚菌體死亡解體，導致Cr6+外泄，使Cr6+去除量在(48～72) h明顯下降,與狄軍貞等[15]研究結果一致。

圖 2 Cr6+去除量Figure 2 Removal amounts of Cr6+

甲醇固定化SRB去除Cr6+的過程不僅與小球的吸附特性有關，同時也受到SRB還原作用等的影響。內聚甲醇固定化SRB小球對Cr6+最大去除量達301.20 μg·g-1,最大去除率達99.40%。

圖去除量Figure 3 Removal amounts of

2.3 內聚甲醇固定化SRB處理機制探討

圖 4 內聚甲醇固定化SRB小球SEM照片F(xiàn)igure 4 SEM images of immobilized SRB beads with cohesive methanol

由圖4可以看出，內聚甲醇固定化SRB小球吸附前，內部呈現(xiàn)錯綜復雜的網狀結構，可為SRB提供良好的生長環(huán)境，并且大量的孔洞也提供了良好的傳質通道；吸附后表面出現(xiàn)少許顆粒物質，不排除Cr6+被還原后在小球內生成少許沉淀物的可能[18]。

3 結 論

(1) 內聚甲醇固定化SRB小球內SRB具有較好的生長特性，內聚甲醇可以提高SRB的生物吸附能力。

[1]王婷，劉文，李學釗，等.鈦酸鹽納米片光催化-吸附協(xié)同去除水中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ) [J].環(huán)境化學，2015，34(10)：1777-1784.Wang Ting,Liu Wen,Li Xuezhao,et al.Simultaneous removal of Cr(Ⅵ) and Cr(Ⅲ) by titanate nanosheets through photocatalysis combined with adsorption[J].Environmental Chemistry,2015,34(10):1777-1784.

[2]劉恢.改性活性污泥處理含鉻廢水的研究[D].長沙：中南大學，2004.

Liu Hui.Treatment of chromium modified wastewater with modified activated sludge[D].Changsha：Central South University,2004.

[3]Fenglian F,Qi W.Removal of heavy metal ions from wastewaters:a review[J].Journal of Environmental Management,2011,92(3):407-418.

[4]Liu P W G，Liou J W，Li Y T，et al.The optimal combination of entrapped bacteria for diesel remediation in seawater[J].International Biodeterioration & Biodegradation，2015，102：383-391.

[5]柴立元，唐寧，閔小波，等.硫酸鹽還原菌包埋固定化技術處理含鉻廢水[J].中南大學學報：自然科學版，2005，36(6)：965-970.

Chai Liyuan,Tang Ning,Min Xiaobo,et al.Treatment of chromium wastewater by immobilized sulfate-reducing bacteria-containing activated sludge[J].Journal of Central South University:Natural Science Edition,2005,36(6):965-970.

[6]季夢蘭，嚴俊，林華，等.Cr(Ⅵ)的微生物還原去除機理與應用研究進展[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2015，41(12):59-72.

Ji Menglan,Yan Jun,Lin Hua,et al.Research progress on principles and applications of microbial reduction of hexavalent chromium[J].Industrial Safety and Environmental Protection,2015,41(12):59-72.

[7]王璞．基于內聚營養(yǎng)源SRB污泥固定化技術的碳源內聚及處理含鎘廢水研究[D]．長沙：中南大學，2007．

Wang Pu.Based in the carbon cohesive source SRB sludge immobilization polyethylene and treatment of wastewater containing cadmium research[D].Changsha:Central South University,2007.

[8]蘇宇，王進，彭書傳,等.以稻草和污泥為碳源硫酸鹽還原菌處理酸性礦山排水[J].環(huán)境科學，2010，31(8)：1858-1863.

Su Yu,Wang Jin,Peng Shuchuan,et al.Rice straw and sewage sludge as carbon sources for sulfate-reducing bacteria treating acid mine drainage[J].Environmental Science,2010,31(8):1858-1863.

[9]趙宇華，葉央芳，劉學東.硫酸鹽還原菌及其影響因子[J].環(huán)境污染與防治，1997，19(5)：41-43.

Zhao Yuhua,Ye Yangfang,Liu Xuedong.Sulfate reducing bacteria and its influencing factors[J].Environmental Pollution and Control,1997,19(5):41-43.

[10]翟曉峰,蔣成愛,吳光學,等.以甲醇為碳源生物反硝化過程釋放一氧化二氮的試驗研究[J].環(huán)境科學,2013,34(4):1421-1427.

Zhai Xiaofeng,Jiang Chengai,Wu Guangxue,et al.Nitrous oxide emission during denitrification for activated sludge acclimated with methanol as the organic carbon[J].Environmental Science,2013,34(4):1421-1427.

[11]Glombitza F.Treatment of acid lignite mine flooding water by means of microbial sulfate reduction[J].Waste Management,2001,21(21):197-203.

[12]陳煒婷，張鴻郭，陳永亨，等.pH、溫度及初始鉈濃度對硫酸鹽還原菌脫鉈的影響[J].環(huán)境工程學報，2014，8(10)：4105-4109.

Chen Weiting,Zhang Hongguo,Chen Yongheng,et al.Effect of pH,temperature and initial concentration on thallium removal by sulfate-reducing bacteria[J].Chinese Journal of Environmental Engineering,2014,8(10):4105-4109.

[13]國家環(huán)保局.水和廢水監(jiān)測分析方法[M].北京：中國環(huán)境科學出版社，1997.

[14]李猛,張鴻郭,周子倩,等.固定化SRB處理低濃度含鉻廢水[J].環(huán)境工程,2016,34(4):20-24.

Li Meng,Zhang Hongguo,Zhou Ziqian,et al.Treatment of the wastewater containing low concentration of chromium by immobilized SRB[J].Environmental Engineering,2016,34(4):20-24.

[15]狄軍貞，江富，朱志濤，等.玉米芯為碳源固定化硫酸鹽還原菌污泥代謝特性[J].環(huán)境工程學報，2015，9(4)：1687-1692.

Di Junzhen,Jiang Fu,Zhu Zhitao,et al.Metabolic properties of immobilized sulfate reducing bacteria sludge with corncob as carbon source[J].Chinese Journal of Environmental Engineering,2015,9(4):1687-1692.

[16]Fude L，Harris B，Urrutia M M，et al.Reduction of Cr(Ⅵ) by a consortium of sulfate-reducing bacteria (SRB Ⅲ)[J].Applied & Environmental Microbiology，1994，60(5)：1525-1531.

[17]Lovley D R，Phillips E J.Reduction of chromate by desulfovibrio vulgaris and its c(3) cytochrome[J].Applied & Environmental Microbiology，1994，60(2)：726-728.

[18]陳濤.硫酸鹽還原菌的分離純化和篩選及其去除重金屬鉻的研究[D].成都：四川大學，2006.Chen Tao.Sulfate-reducing bacteria purification and screening and removal of heavy metal chromium[D].Chengdu:Sichuan University,2006.

Removal of chromium and sulfate by immobilized sulfate reducing bacteria with cohesive methanol

LinJiesong1,ZhangHongguo1,2*,WuMengjie1,WenXiangsi1,ChenGuangshi1,OuWenwei1,ChenZiying1,DengKanglan1,WangXiaohong1

(1.School of Environmental Science and Engineering,Guangzhou University,Guangzhou 510006,Guangdong,China; 2.Guangdong Provincial Key Laboratory of Radionuclides Pollution Control and Resources,Guangzhou 510006,Guangdong,China)

water pollution control engineering;sulfate reducing bacteria;immobilization;methanol;chromium;sulfate

TQ426.97;X701 Document code: A Article ID: 1008-1143(2016)10-0077-04

2016-07-03

國家自然科學基金(51208022，41372248)資助項目；廣州市珠江科技新星項目(2011061)；廣州大學高水平大學建設項目；2015年廣東省高等教育教學改革項目；廣州大學大學生創(chuàng)新訓練項目(2015151117，201511078042)

林潔松,1994年生，廣東省揭陽市人，主要從事環(huán)境生物技術研究。

張鴻郭，男，副教授，碩士研究生導師，主要從事環(huán)境生物技術研究。

10.3969/j.issn.1008-1143.2016.10.014

TQ426.97;X701

A

1008-1143(2016)10-0077-04

doi:10.3969/j.issn.1008-1143.2016.10.014