工業園區重金屬污染廢水生物法處理技術研究

關鍵詞：工業園區；培養基；重金屬污染廢水；低溫細菌；真菌

中圖分類號：X703.1 文獻標志碼：B

前言

重金屬廢水是對人類危害最大、對生態污染最嚴重的一種工業廢水，其排放不僅危害人類、其他生物以及水環境等，也會造成嚴重的資源浪費。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、鉛已被列入優先控制污染物的名單，這是由于蛋白質與以上重金屬結合后會導致生物中毒，同時能夠在生物體內不斷積累，帶來更大危害。因此對該問題十分關注，一直在對重金屬污染廢水的排放量進行控制。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，或與其他毒素結合形成更大毒性的有機物，同時危害持續時間極大，排放具備動態性等，因此不僅需要對其進行排放量的控制，更要對其進行積極地處理，重金屬污染問題已經日益嚴重，尋找環保、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，通常應用兩大類處理方式，一種是溶解狀態轉變方法，一種是濃縮和分離方法。很多學者都在對更加簡單、環保的方式進行探索，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，主要通過原位合成法對S-MnO₂吸附劑進行制備，并通過BET/BJH、SEM、FT -IR、XRD等方法來表征，考察反應溶液酸堿度、水浴溫度、吸附劑用量、反應時間對S-MnO吸附劑吸附能力的影響。劉金香等人對改性微生物吸附劑與微生物改性方法等進行研究，并對微生物吸附劑的相關問題進行了討論。現綜合各種目前取得的研究成果，提出一種工業園區重金屬污染廢水生物法處理技術。

1試驗材料與方法

1.1試驗設備與儀器

在試驗中，使用的設備與儀器具體名稱、型號和廠家信息分別如下：（1）pH計、MT-5000、聚創設備儀器制造有限公司；（2）滅菌鍋、MVS-83、宏藝設備制造有限公司；（3）恒溫培養箱、HWS-1000、宏藝設備制造有限公司；（4）分光光度計、OIL8C、立辰科技裝備制造有限公司；（5）無菌操作臺、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）臺式離心機、TGL-16G、安亭科學儀器制造廠。其中分光光度計擁有1cm的比色皿光程。

1.2試驗試劑

試驗中使用的試劑包括鉛離子標準液、鋅離子標準液。

鉛離子標準液的制備方法如下：在去離子水中加入硝酸鉛，將其配制為鉛離子標準液，鉛離子含量為10g/L。鉛離子標準液的作用為調節吸附體系與培養基的鉛離子濃度。

鋅離子標準液的制備方法如下：在去離子水中加入硫酸鋅七水，將其配制為鋅離子標準液，鋅離子含量為10g/L。鋅離子標準液的作用為調節吸附體系與培養基的鋅離子濃度。

1.3低溫細菌與真菌的采集

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

首先將采集的四種低溫細菌接種到四種培養基中，并在四種培養基中加入鋅離子標準液，調節其中的鋅離子濃度。接著在150 r/min、30℃的條件下對菌種進行二十四小時的培養，并觀察四種細菌的生長狀況。然后將采集的四種真菌接種到四種培養基中，并在四種培養基中加入鉛離子標準液，調節其中的鉛離子濃度。接著在250 r/min、50℃的條件下對菌種進行十六個小時的培養，并觀察四種真菌的生長狀況。

1.4誘變處理

使用紫外誘變處理方式對培養的四種細菌和真菌進行紫外誘變處理。取出培養到對數期末期的細菌菌種與真菌菌種，加入無菌水將菌種稀釋到104、105、106倍，置于消毒后的無菌培養皿中。使用紫外燈進行垂直照射，在照射時不斷進行攪拌，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℃的溫度下進行三天的培養，對菌落生長情況進行觀察與計數。在誘變處理前，需要打開紫外燈進行二十分鐘的預熱。為防止誘變后出現菌種光復活的情況，在暗室中進行誘變及培養。在各細菌與真菌的最佳誘變距離與最佳誘變時間下篩選比較理想的菌種作為實驗菌種。

利用實驗菌種對某工業園區重金屬污染廢水進行處理，也就是將實驗菌種投入到重金屬污染廢水中，觀察實驗菌種的重金屬吸附能力。污染廢水重金屬原始最高運行排放濃度見表1。

誘變處理技術主要是通過對現有的工藝技術進行改進，減少或不使用毒性金屬的用量，在生產過程中，采取誘變處理、化學沉淀和離子交換等措施，經處置后的水體中的重金屬含量低于排放標準就可以進行回收利用。對新形成的重金屬濃縮產品進行再利用或無害化處置。

2試驗結果

2.1沉降效果測試

培養四種細菌和四種真菌作為實驗對象，四種細菌、四種真菌的實驗菌種菌落形態存在很大不同，產孢子、菌絲形態等特性都不相同。八種實驗菌種的沉降效果測試結果見圖1。

根據圖1，實驗細菌菌種1、2、4的沉降效果較好；實驗真菌菌種1、2的沉降效果較好，說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算結果

在最優誘變條件的判定中，分別在不同誘變時間與誘變距離下實施誘變，計算菌種致死率，以對最優誘變條件進行判定。其中致死率的計算公式具體如式（1）：

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

不同誘變距離下四種細菌的致死率計算結果見表2。

根據表2的計算結果，細菌1與細菌2在誘變距離為40 cm時，致死率分別為82.30%、84.20%，處于最佳致死率范圍內，因此細菌1與細菌2的最佳誘變距離是40 cm；細菌3與細菌4在誘變距離為50 cm時，致死率分別為84.20%、87.20%，處于最佳致死率范圍內，因此細菌3與細菌4的最佳誘變距離是50 cm。

不同誘變時間下四種細菌的致死率計算結果見表3。在計算中分別取四種細菌對應的最佳誘變距離，將照射時間分別定為40 s、50 s、60 s、70 s、80 s、90 s、100 s、110 s。

根據表3的計算結果，細菌1與細菌3在誘變時間為90 s時處于最佳致死率范圍內，因此二者的最佳誘變時間為90 s；細菌2與細菌4在誘變時間為100 s時處于最佳致死率范圍內，因此二者的最佳誘變時間為100 s。

2.3鉛離子吸附效果

實驗菌種對于鉛離子的吸附效果見表4。

由表4的鉛離子吸附效果表明，實驗細菌菌種對于鉛離子的去除率最高可達38.32%，對于鉛離子的吸附容量最高可達24.30 mg/g，為細菌2；實驗真菌菌種對于鉛離子的去除率最高可達51.20%，對于鉛離子的吸附容量最高可達36.32 mg/g，為真菌2。整體來看實驗真菌菌種對于鉛離子的吸附效果更好。

2.4鋅離子吸附效果

實驗菌種對于鋅離子的吸附效果如表5所示。

根據表5的數據，實驗細菌菌種對于鋅離子的去除率最高可達45.32%，對于鋅離子的吸附容量最高可達31.54mg／g，為細菌2；實驗真菌菌種對于鋅離子的去除率最高可達62.30%，對于鋅離子的吸附容量最高可達45.63 mg/g，為真菌4。整體來看實驗真菌菌種對于鋅離子的吸附效果更好。

3結語

工業園區一直是重金屬污染廢水排放的重災區，因此對工業園區重金屬污染廢水處理問題進行研究。研究設計了一種工業園區重金屬污染廢水生物法處理技術，培養了八個菌種，實現了重金屬污染廢水的環保處理，對于重金屬污染廢水治理有一定啟示意義。通過研究得到如下結論：實驗菌種的重金屬污水凈化效果較好。細菌1與細菌2的最佳誘變距離是40 cm，細菌3與細菌4的最佳誘變距離是50 cm；細菌1與細菌3在誘變時間為90 s時處于最佳致死率范圍內，因此二者的最佳誘變時間為90 s；細菌2與細菌4在誘變時間為100 s時處于最佳致死率范圍內，因此二者的最佳誘變時間為100 s。整體來看實驗真菌菌種對于鉛離子、鋅離子的吸附效果更好。