混合硫酸鹽還原菌群還原Cr(Ⅵ)的初步研究

李 光，方曉蘭，蔡志輝

(1.岳陽職業技術學院，湖南 岳陽 414000；2.岳陽同聯藥業有限公司，湖南 岳陽 414000)

含Cr(Ⅵ)廢水主要來源于油墨、染料及油漆顏料的生產、制革、金屬清洗、預電鍍和電鍍等行業[1～3]，含Cr(Ⅵ)廢水的盲目排放對區域水體和生態系統造成嚴重的環境污染，并危害到了人類的生存和健康。目前，對于含Cr(Ⅵ)廢水的處理方法主要是將六價鉻還原為三價鉻，傳統方法包括化學還原法、電解法和離子交換法等[4，5]，正在興起的生物修復法是國家鼓勵的具有發展前景的環境友好型方法。

硫酸鹽還原細菌(Sulfate-reducing bacterium，SRB)，是能將硫酸鹽、亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽等硫氧化物以及元素硫還原形成硫化氫的細菌的統稱，已廣泛用于含Cr(Ⅵ)廢水的處理。從電鍍淤泥中分離出的高效還原桿菌——脫硫弧菌在菌廢比為1∶1.4、Cr(Ⅵ)濃度為75 mg·L-1時，Cr(Ⅵ)去除率達99%[6～10]。

作者在此以硫酸鹽等作為電子受體，以乳酸鹽、氫氣、乙酸鹽等作為電子供體，利用混合硫酸鹽還原菌群將Cr(Ⅵ)還原為低價態、易沉淀的Cr(Ⅲ)。探討了pH值、培養溫度等對Cr(Ⅵ)去除率的影響。為生物法處理含Cr(Ⅵ)廢水的應用提供參考。

1 實驗

1.1 菌種與培養基

Cr(Ⅵ)高耐受性硫酸鹽還原菌群取自湖南精細化工產業園廢水污泥，經富集、馴化得到。

硫酸鹽還原菌培養基(g·L-1)：乳酸鈉4.0，硫酸鎂2.0，酵母膏1.0，氯化銨1.0，磷酸氫二鉀0.5，硫酸鈉0.5，氯化鈣0.1。

1.2 試劑與儀器

重鉻酸鉀、二苯碳酰二肼等均為分析純。

UV751GD型紫外可見分光光度計，電子天平(METTLER TOLEDO)，恒溫培養箱，冰箱，高壓滅菌鍋，超凈工作臺。

1.3 方法

1.3.1 混合菌群對Cr(Ⅵ)耐受性的研究

將馴化得到的混合菌群以5%接種量接種于一系列不同Cr(Ⅵ)濃度梯度的培養基中，通過觀察菌群的生長情況分析其耐受Cr(Ⅵ)的能力。

1.3.2 培養條件對混合菌群還原Cr(Ⅵ)能力的影響

在100 mL輸液瓶中加入100 mL滅菌的培養基，調節其pH值為7.0，接種5%硫酸鹽還原菌群溶液，并加Cr(Ⅵ)至終濃度為30 mg·L-1，于37 ℃恒溫培養36 h。取1 mL溶液移入EP管中，于4000 r·min-1離心10 min，吸取0.5 mL上清液稀釋至50 mL，測定540 nm處的吸光度，計算Cr(Ⅵ)去除率。以雙蒸水為空白對照。

首先固定其它條件不變，按上述方法，在Cr(Ⅵ)濃度分別為30 mg·L-1、40 mg·L-1、50 mg·L-1、60 mg·L-1的條件下，分別考察pH值(1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0)和培養溫度(18 ℃、24 ℃、28 ℃、30 ℃、32 ℃、36 ℃、38 ℃、42 ℃、45 ℃)對混合菌群還原能力的影響。

根據上述實驗結果，設計綜合影響實驗，在Cr(Ⅵ)濃度為50 mg·L-1、培養時間為36 h的條件下，考察pH值和培養溫度對Cr(Ⅵ)去除率的共同影響。實驗因素與水平見表1。

表1 綜合影響實驗因素與水平

1.4 分析測試

參照國家標準《固體廢物總鉻的測定——二苯碳酰二肼分光光度法》，取待測Cr(Ⅵ)溶液0.5 mL于50 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，加入0.5 mL H2SO4、0.5 mL H3PO4、2 mL 0.2%二苯碳酰二肼溶液，顯色10 min后，用10 mm光程比色皿于540 nm處測定吸光度。

2 結果與討論

2.1 混合菌群對Cr(Ⅵ)的耐受性(圖1)

圖1 Cr(Ⅵ)濃度對混合菌群生長的影響

由圖1可知，當培養基中Cr(Ⅵ)濃度為10～50 mg·L-1時，對菌體生長無明顯影響；當Cr(Ⅵ)濃度為55 mg·L-1和60 mg·L-1時，菌群基本上不生長。這表明混合菌群對濃度為10～50 mg·L-1的Cr(Ⅵ)耐受能力較強。

2.2 不同pH值下混合菌群對Cr(Ⅵ)的去除效果

硫酸鹽還原菌群的pH值范圍很寬，當pH值為4.0～8.0時，SRB生長良好；當pH值<4.0或pH值>8.0時，PbAc試紙檢測不到H2S，表明SRB無法生長。

不同pH值下混合菌群對Cr(Ⅵ)的去除效果見表2。

表2 不同pH值下的Cr(Ⅵ)去除率

由表2可以看出，當Cr(Ⅵ)濃度為30 mg·L-1、40 mg·L-1、50 mg·L-1、pH值為4.0～8.0時，Cr(Ⅵ)的去除率較高；當pH值為7.0、Cr(Ⅵ)濃度為30 mg·L-1時，Cr(Ⅵ)去除率達到最高，為95.5%。這是因為，硫酸鹽還原菌的代謝產物H2S一般在中性條件下與Cr(Ⅵ)反應，將Cr(Ⅵ)還原成Cr(Ⅲ)，最后在中性或微堿性的條件下以Cr(OH)3或Cr(Ⅲ)的形式被微生物吸附去除。因此，中性至微堿性的pH值(4.0～8.0)環境既利于混合菌群的生長代謝，更利于Cr(Ⅵ)的還原。

2.3 不同培養溫度下混合菌群對Cr(Ⅵ)的去除效果(表3)

由表3可以看出，當Cr(Ⅵ)濃度為30 mg·L-1、40 mg·L-1、50 mg·L-1、培養溫度為30～42 ℃時，Cr(Ⅵ)的去除率較高；當培養溫度為36 ℃或38 ℃、Cr(Ⅵ)濃度為30 mg·L-1時，Cr(Ⅵ)去除率達到最高，為95.2%。這是因為，硫酸鹽還原菌的最佳生長溫度是36 ℃，屬于典型的中溫菌。當培養溫度高于45 ℃后，OD值迅速下降；55 ℃時，PbAc試紙檢測不到H2S，表明此溫度下硫酸鹽還原菌無法生長，失去對Cr(Ⅵ)的去除作用。

表3 不同培養溫度下的Cr(Ⅵ)去除率

2.4 綜合影響實驗結果(表4)

表4 綜合影響實驗結果

由表4可知，在Cr(Ⅵ)濃度為50 mg·L-1、培養時間為36 h、培養溫度為36 ℃、pH值為7.0時，Cr(Ⅵ)去除率達到最高，為97.6%。

3 結論

采用混合硫酸鹽還原菌群處理含Cr(Ⅵ)廢水，確定最佳還原條件為：Cr(Ⅵ)濃度50 mg·L-1、培養溫度36 ℃、培養時間36 h、pH值7.0。此條件下，Cr(Ⅵ)去除率達到97.6%?；旌狭蛩猁}還原菌群能適應較寬的溫度和pH值范圍，且性能穩定，用于高濃度含Cr(Ⅵ)廢水的處理，效果顯著、去除率高、運行成本低、無二次污染。

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