硫酸盐还原菌转化Zn2+的实验研究

2015-01-29武文琪武淇淇

化工技术与开发 2015年11期

武文琪，张瑶，武淇淇，陈越，贺聪

（山西财经大学，山西太原 030006）

电镀、冶金、制革、采矿等工业生产都会产生含重金属废水,由于重金属易在生物体和水体内积聚,并对人体健康有重要影响,因此重金属作为第一类污染物必须有效去除[1]。重金属具有长期性、隐蔽性、不可生物降解性、不可逆转性、生物富集放大和持久性等特性,即使水环境中的浓度较小,也可能会威胁到水体—植物—动物生态系统，并且进一步通过食物链富集影响到人类健康。与其它类型的污染不同[2]，由于锌离子在环境中无法被生物分解，因而一旦进入环境后就会在环境中不断地积累而难以去除，造成环境的长期污染。人们如果摄入过多的锌就可能会出现干呕、腹泻的症状，严重的有可能会引起锌中毒。所以研究如何高效安全地处理重金属离子污染已经成为一个非常重要的课题。

目前含重金属废水的处理方法主要有沉淀法、离子交换法、电渗析和反渗透等方法，但是这些方法的处理成本比较高，处理效果也不是很好。自20世纪80年代以来，人们开始转向研究微生物法处理重金属废水[3]，在一定浓度重金属锌的废水中，微生物在不同条件下对重金属锌的转化程度不同。利用硫酸盐还原菌(SRB)治理酸性矿山水及重金属污染近年来成为研究热点，因此我们可以通过研究在不同的条件下微生物对重金属锌的转化效果，从而利用微生物处理水环境中的重金属锌。

1 实验

1.1 实验仪器

WFZ-UV2000型紫外可见分光光度计，SPY型电热恒温水浴锅，JY92-Ⅱ型超声波细胞破碎仪，L8-8型超速离心机，TGL-16G型高速冷冻离心机，XJ-ⅡB型低速大容量多管离心机，高压蒸汽灭菌锅。

1.2 菌种和模拟废水

菌种：取自山西大学；培养基：蒸馏水900mL，NH4Cl 1.0g，MgSO4·7H2O 2.0g，Na2SO41.0g，乳酸钠（70%）3.5mL，酵母粉 1.0g， K2HPO40.5g，抗坏血酸0.1g，PbNO31.0g。

锌离子初始浓度分别为 17.76、35.52、71.04、106.56 mg·L-1。

本实验中，通过 1mol·L-1HCl和 1mol·L-1NaOH 控制进水pH值。培养基的制备和实验过程中所用的试剂均为分析纯或优级纯药品或试剂。

1.3 实验方法

按培养基配方配置培养基，在培养基中加入一定量的乙酸锌，使培养基中乙酸锌的浓度为200mg·L-1，将培养基分为5份，并用HCl溶液和NaOH溶液将5份培养基调节pH分别为5、6、7、8、9，然后将培养基分装到小瓶中，每个系列分装8个小瓶，用于不同培养时间的取样。用高压蒸汽锅在121℃下灭菌30min，然后在超净台上接种已经培养好的处于相同的、最大活力的硫酸盐还原菌，设定好温度和光照条件，在培养基中培养。

按培养基配方配置培养基，用HCl溶液和NaOH溶液将培养基调至pH=7.4，将培养基分为4份，在每份培养基中加入不同量的乙酸锌，使培养基中乙酸锌的浓度分别为50mg·L-1、100mg·L-1、200mg·L-1、300mg·L-1、然后将培养基分装到小瓶中，每个系列分装8个小瓶，用于不同培养时间的取样。用高压蒸汽锅在121℃下灭菌30min，然后在超净台上接种已经培养好的处于相同的、最大活力的硫酸盐还原菌，设定好温度和光照条件，在培养基中培养。定时取水样，培养一定时间后吸取上清液，稀释一定倍数后进行分析。溶液中的重金属离子用原子吸收分光光度法测定。

2 实验结果及分析

2.1 初始 pH 值对 SRB 去除重金属的影响

图1是初始pH值对SRB去除重金属的影响。从图1可以看出，取96h培养时间的样品，Zn2+去除率与pH值密切相关，pH值为7时，去除率最高，达到99.66%。

pH值对SRB的影响是氢离子与细胞膜中的酶相互作用的结果，对细胞壁上的酶活性也有一定影响。适宜的pH值对SRB的生长繁殖至关重要[4]。pH是影响硫酸盐还原菌生理代谢功能的重要决定因子，影响主要体现在：①pH引起硫酸盐还原菌细胞膜内电荷变化，从而影响其对底物的吸收；②pH影响硫酸盐还原菌代谢过程中各种酶的稳定性和活性；③改变细胞内的pH，影响了ATP合成与许多生化反应的进行[5]。

图 1 初始 p H 值对 SRB 去除重金属的影响

2.2 时间对SRB去除重金属的影响

图2 是时间对SRB去除重金属的影响。从图2可以看出，取pH=7，乙酸锌浓度为200mg·L-1的样品进行测定，随着时间的增加，反应越完全，锌离子的去除率越大。这是因为，在其他条件一定的情况下，随时间的增加，微生物生长进入稳定期，菌体大量增长，使得去除效果也逐渐递增。当Zn2+反应时间达到60h后，去除率随时间的增加提高缓慢，此时的去除率已经达到了96%以上。

图2 时间对SRB去除重金属的影响

2.3 重金属初始浓度对SRB去除重金属的影响

图3 是重金属初始浓度对SRB去除重金属的影响。从图3可以看出，选择pH=7，培养时间为96h的样品进行测定，随着重金属初始浓度的升高，锌离子去除率呈降低的趋势，当Zn2+的初始浓度达到71.04mg·L-1后，去除率随初始浓度的增长开始明显下降，重金属对SRB的抑制作用开始显现，因此去除率呈下降趋势。当锌离子初始浓度为71.04mg·L-1时去除率为99.66%，锌离子初始浓度为106.56mg·L-1时去除率为98.55%。