工業(yè)園區(qū)重金屬污染廢水生物法處理技術(shù)研究

關(guān)鍵詞：工業(yè)園區(qū)；培養(yǎng)基；重金屬污染廢水；低溫細(xì)菌；真菌

中圖分類號(hào)：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

重金屬?gòu)U水是對(duì)人類危害最大、對(duì)生態(tài)污染最嚴(yán)重的一種工業(yè)廢水，其排放不僅危害人類、其他生物以及水環(huán)境等，也會(huì)造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。其中重金屬主要包括有顯著生物毒性的金屬以及有顯著毒性的金屬。其中汞、鎘、鎳、銅、鉛已被列入優(yōu)先控制污染物的名單，這是由于蛋白質(zhì)與以上重金屬結(jié)合后會(huì)導(dǎo)致生物中毒，同時(shí)能夠在生物體內(nèi)不斷積累，帶來(lái)更大危害。因此對(duì)該問(wèn)題十分關(guān)注，一直在對(duì)重金屬污染廢水的排放量進(jìn)行控制。然而由于重金屬污染廢水的毒性較大，能夠在底泥、藻類中積累，或與其他毒素結(jié)合形成更大毒性的有機(jī)物，同時(shí)危害持續(xù)時(shí)間極大，排放具備動(dòng)態(tài)性等，因此不僅需要對(duì)其進(jìn)行排放量的控制，更要對(duì)其進(jìn)行積極地處理，重金屬污染問(wèn)題已經(jīng)日益嚴(yán)重，尋找環(huán)保、有效的處理方法變得十分重要。

目前在重金屬污染廢水的處理中，通常應(yīng)用兩大類處理方式，一種是溶解狀態(tài)轉(zhuǎn)變方法，一種是濃縮和分離方法。很多學(xué)者都在對(duì)更加簡(jiǎn)單、環(huán)保的方式進(jìn)行探索，提出了一些新的處理方式。如石通杉等人提出一種重金屬吸附方法，主要通過(guò)原位合成法對(duì)S-MnO₂吸附劑進(jìn)行制備，并通過(guò)BET/BJH、SEM、FT -IR、XRD等方法來(lái)表征，考察反應(yīng)溶液酸堿度、水浴溫度、吸附劑用量、反應(yīng)時(shí)間對(duì)S-MnO吸附劑吸附能力的影響。劉金香等人對(duì)改性微生物吸附劑與微生物改性方法等進(jìn)行研究，并對(duì)微生物吸附劑的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了討論。現(xiàn)綜合各種目前取得的研究成果，提出一種工業(yè)園區(qū)重金屬污染廢水生物法處理技術(shù)。

1試驗(yàn)材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)備與儀器

在試驗(yàn)中，使用的設(shè)備與儀器具體名稱、型號(hào)和廠家信息分別如下：（1）pH計(jì)、MT-5000、聚創(chuàng)設(shè)備儀器制造有限公司；（2）滅菌鍋、MVS-83、宏藝設(shè)備制造有限公司；（3）恒溫培養(yǎng)箱、HWS-1000、宏藝設(shè)備制造有限公司；（4）分光光度計(jì)、OIL8C、立辰科技裝備制造有限公司；（5）無(wú)菌操作臺(tái)、SW-CJ-2D、立辰科技裝備制造有限公司；（6）電子天平、DE-123RT、豪奧儀器制造有限公司；（7）壓力蒸汽消毒器、TY-200、申才醫(yī)療器械有限公司；（8）冷凍恒溫振蕩器、PX-100、東南儀器制造有限公司；（9）熒光電子顯微鏡、BX51、奧林巴斯公司；（10）臺(tái)式離心機(jī)、TGL-16G、安亭科學(xué)儀器制造廠。其中分光光度計(jì)擁有1cm的比色皿光程。

1.2試驗(yàn)試劑

試驗(yàn)中使用的試劑包括鉛離子標(biāo)準(zhǔn)液、鋅離子標(biāo)準(zhǔn)液。

鉛離子標(biāo)準(zhǔn)液的制備方法如下：在去離子水中加入硝酸鉛，將其配制為鉛離子標(biāo)準(zhǔn)液，鉛離子含量為10g/L。鉛離子標(biāo)準(zhǔn)液的作用為調(diào)節(jié)吸附體系與培養(yǎng)基的鉛離子濃度。

鋅離子標(biāo)準(zhǔn)液的制備方法如下：在去離子水中加入硫酸鋅七水，將其配制為鋅離子標(biāo)準(zhǔn)液，鋅離子含量為10g/L。鋅離子標(biāo)準(zhǔn)液的作用為調(diào)節(jié)吸附體系與培養(yǎng)基的鋅離子濃度。

1.3低溫細(xì)菌與真菌的采集

進(jìn)行低溫細(xì)菌與真菌的采集，首先采集低溫細(xì)菌，分別在家用冰箱、食堂用冰箱、水池、冷庫(kù)中采集四種低溫細(xì)菌；接著進(jìn)行真菌采集，分別在污水管道、污水溝渠、林區(qū)、閣樓中采集四種真菌。

首先將采集的四種低溫細(xì)菌接種到四種培養(yǎng)基中，并在四種培養(yǎng)基中加入鋅離子標(biāo)準(zhǔn)液，調(diào)節(jié)其中的鋅離子濃度。接著在150 r/min、30℃的條件下對(duì)菌種進(jìn)行二十四小時(shí)的培養(yǎng)，并觀察四種細(xì)菌的生長(zhǎng)狀況。然后將采集的四種真菌接種到四種培養(yǎng)基中，并在四種培養(yǎng)基中加入鉛離子標(biāo)準(zhǔn)液，調(diào)節(jié)其中的鉛離子濃度。接著在250 r/min、50℃的條件下對(duì)菌種進(jìn)行十六個(gè)小時(shí)的培養(yǎng)，并觀察四種真菌的生長(zhǎng)狀況。

1.4誘變處理

使用紫外誘變處理方式對(duì)培養(yǎng)的四種細(xì)菌和真菌進(jìn)行紫外誘變處理。取出培養(yǎng)到對(duì)數(shù)期末期的細(xì)菌菌種與真菌菌種，加入無(wú)菌水將菌種稀釋到104、105、106倍，置于消毒后的無(wú)菌培養(yǎng)皿中。使用紫外燈進(jìn)行垂直照射，在照射時(shí)不斷進(jìn)行攪拌，使兩種菌體均懸浮于空中。

分別取100μL未誘變的菌液與100μL誘變后的菌液涂抹于平板上，在40℃的溫度下進(jìn)行三天的培養(yǎng)，對(duì)菌落生長(zhǎng)情況進(jìn)行觀察與計(jì)數(shù)。在誘變處理前，需要打開(kāi)紫外燈進(jìn)行二十分鐘的預(yù)熱。為防止誘變后出現(xiàn)菌種光復(fù)活的情況，在暗室中進(jìn)行誘變及培養(yǎng)。在各細(xì)菌與真菌的最佳誘變距離與最佳誘變時(shí)間下篩選比較理想的菌種作為實(shí)驗(yàn)菌種。

利用實(shí)驗(yàn)菌種對(duì)某工業(yè)園區(qū)重金屬污染廢水進(jìn)行處理，也就是將實(shí)驗(yàn)菌種投入到重金屬污染廢水中，觀察實(shí)驗(yàn)菌種的重金屬吸附能力。污染廢水重金屬原始最高運(yùn)行排放濃度見(jiàn)表1。

誘變處理技術(shù)主要是通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的工藝技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，減少或不使用毒性金屬的用量，在生產(chǎn)過(guò)程中，采取誘變處理、化學(xué)沉淀和離子交換等措施，經(jīng)處置后的水體中的重金屬含量低于排放標(biāo)準(zhǔn)就可以進(jìn)行回收利用。對(duì)新形成的重金屬濃縮產(chǎn)品進(jìn)行再利用或無(wú)害化處置。

2試驗(yàn)結(jié)果

2.1沉降效果測(cè)試

培養(yǎng)四種細(xì)菌和四種真菌作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，四種細(xì)菌、四種真菌的實(shí)驗(yàn)菌種菌落形態(tài)存在很大不同，產(chǎn)孢子、菌絲形態(tài)等特性都不相同。八種實(shí)驗(yàn)菌種的沉降效果測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1。

根據(jù)圖1，實(shí)驗(yàn)細(xì)菌菌種1、2、4的沉降效果較好；實(shí)驗(yàn)真菌菌種1、2的沉降效果較好，說(shuō)明以上菌種的重金屬污水凈化效果較好。

2.2不同誘變距離下的致死率計(jì)算結(jié)果

在最優(yōu)誘變條件的判定中，分別在不同誘變時(shí)間與誘變距離下實(shí)施誘變，計(jì)算菌種致死率，以對(duì)最優(yōu)誘變條件進(jìn)行判定。其中致死率的計(jì)算公式具體如式（1）：

式（1）中，P指的是致死率；W是指平板上誘變后的菌落數(shù)；E指的是平板上未誘變的菌落數(shù)。其中各菌種的最佳致死率為80%～89%，當(dāng)致死率高于89%，存活的菌株較少，難以篩選比較理想的菌種；當(dāng)致死率低于80%，對(duì)遺傳物質(zhì)產(chǎn)生的影響較小，無(wú)法產(chǎn)生擁有良好遺傳性能的突變體。

不同誘變距離下四種細(xì)菌的致死率計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

根據(jù)表2的計(jì)算結(jié)果，細(xì)菌1與細(xì)菌2在誘變距離為40 cm時(shí)，致死率分別為82.30%、84.20%，處于最佳致死率范圍內(nèi)，因此細(xì)菌1與細(xì)菌2的最佳誘變距離是40 cm；細(xì)菌3與細(xì)菌4在誘變距離為50 cm時(shí)，致死率分別為84.20%、87.20%，處于最佳致死率范圍內(nèi)，因此細(xì)菌3與細(xì)菌4的最佳誘變距離是50 cm。

不同誘變時(shí)間下四種細(xì)菌的致死率計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。在計(jì)算中分別取四種細(xì)菌對(duì)應(yīng)的最佳誘變距離，將照射時(shí)間分別定為40 s、50 s、60 s、70 s、80 s、90 s、100 s、110 s。

根據(jù)表3的計(jì)算結(jié)果，細(xì)菌1與細(xì)菌3在誘變時(shí)間為90 s時(shí)處于最佳致死率范圍內(nèi)，因此二者的最佳誘變時(shí)間為90 s；細(xì)菌2與細(xì)菌4在誘變時(shí)間為100 s時(shí)處于最佳致死率范圍內(nèi)，因此二者的最佳誘變時(shí)間為100 s。

2.3鉛離子吸附效果

實(shí)驗(yàn)菌種對(duì)于鉛離子的吸附效果見(jiàn)表4。

由表4的鉛離子吸附效果表明，實(shí)驗(yàn)細(xì)菌菌種對(duì)于鉛離子的去除率最高可達(dá)38.32%，對(duì)于鉛離子的吸附容量最高可達(dá)24.30 mg/g，為細(xì)菌2；實(shí)驗(yàn)真菌菌種對(duì)于鉛離子的去除率最高可達(dá)51.20%，對(duì)于鉛離子的吸附容量最高可達(dá)36.32 mg/g，為真菌2。整體來(lái)看實(shí)驗(yàn)真菌菌種對(duì)于鉛離子的吸附效果更好。

2.4鋅離子吸附效果

實(shí)驗(yàn)菌種對(duì)于鋅離子的吸附效果如表5所示。

根據(jù)表5的數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)細(xì)菌菌種對(duì)于鋅離子的去除率最高可達(dá)45.32%，對(duì)于鋅離子的吸附容量最高可達(dá)31.54mg／g，為細(xì)菌2；實(shí)驗(yàn)真菌菌種對(duì)于鋅離子的去除率最高可達(dá)62.30%，對(duì)于鋅離子的吸附容量最高可達(dá)45.63 mg/g，為真菌4。整體來(lái)看實(shí)驗(yàn)真菌菌種對(duì)于鋅離子的吸附效果更好。

3結(jié)語(yǔ)

工業(yè)園區(qū)一直是重金屬污染廢水排放的重災(zāi)區(qū)，因此對(duì)工業(yè)園區(qū)重金屬污染廢水處理問(wèn)題進(jìn)行研究。研究設(shè)計(jì)了一種工業(yè)園區(qū)重金屬污染廢水生物法處理技術(shù)，培養(yǎng)了八個(gè)菌種，實(shí)現(xiàn)了重金屬污染廢水的環(huán)保處理，對(duì)于重金屬污染廢水治理有一定啟示意義。通過(guò)研究得到如下結(jié)論：實(shí)驗(yàn)菌種的重金屬污水凈化效果較好。細(xì)菌1與細(xì)菌2的最佳誘變距離是40 cm，細(xì)菌3與細(xì)菌4的最佳誘變距離是50 cm；細(xì)菌1與細(xì)菌3在誘變時(shí)間為90 s時(shí)處于最佳致死率范圍內(nèi)，因此二者的最佳誘變時(shí)間為90 s；細(xì)菌2與細(xì)菌4在誘變時(shí)間為100 s時(shí)處于最佳致死率范圍內(nèi)，因此二者的最佳誘變時(shí)間為100 s。整體來(lái)看實(shí)驗(yàn)真菌菌種對(duì)于鉛離子、鋅離子的吸附效果更好。