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(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 岳陽(yáng) 414000；2.岳陽(yáng)同聯(lián)藥業(yè)有限公司，湖南 岳陽(yáng) 414000)

含Cr(Ⅵ)廢水主要來(lái)源于油墨、染料及油漆顏料的生產(chǎn)、制革、金屬清洗、預(yù)電鍍和電鍍等行業(yè)[1～3]，含Cr(Ⅵ)廢水的盲目排放對(duì)區(qū)域水體和生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，并危害到了人類的生存和健康。目前，對(duì)于含Cr(Ⅵ)廢水的處理方法主要是將六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻，傳統(tǒng)方法包括化學(xué)還原法、電解法和離子交換法等[4，5]，正在興起的生物修復(fù)法是國(guó)家鼓勵(lì)的具有發(fā)展前景的環(huán)境友好型方法。

硫酸鹽還原細(xì)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(xì)菌的統(tǒng)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(shí)，Cr(Ⅵ)去除率達(dá)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(jià)態(tài)、易沉淀的Cr(Ⅲ)。探討了pH值、培養(yǎng)溫度等對(duì)Cr(Ⅵ)去除率的影響。為生物法處理含Cr(Ⅵ)廢水的應(yīng)用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 菌種與培養(yǎng)基

Cr(Ⅵ)高耐受性硫酸鹽還原菌群取自湖南精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)園廢水污泥，經(jīng)富集、馴化得到。

硫酸鹽還原菌培養(yǎng)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(jì)，電子天平(METTLER TOLEDO)，恒溫培養(yǎng)箱，冰箱，高壓滅菌鍋，超凈工作臺(tái)。

1.3 方法

1.3.1 混合菌群對(duì)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(yǎng)基中，通過(guò)觀察菌群的生長(zhǎng)情況分析其耐受Cr(Ⅵ)的能力。

1.3.2 培養(yǎng)條件對(duì)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(yǎng)基，調(diào)節(jié)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(yǎng)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(cè)定540 nm處的吸光度，計(jì)算Cr(Ⅵ)去除率。以雙蒸水為空白對(duì)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(yǎng)溫度(18 ℃、24 ℃、28 ℃、30 ℃、32 ℃、36 ℃、38 ℃、42 ℃、45 ℃)對(duì)混合菌群還原能力的影響。

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)綜合影響實(shí)驗(yàn)，在Cr(Ⅵ)濃度為50 mg·L-1、培養(yǎng)時(shí)間為36 h的條件下，考察pH值和培養(yǎng)溫度對(duì)Cr(Ⅵ)去除率的共同影響。實(shí)驗(yàn)因素與水平見表1。

表1 綜合影響實(shí)驗(yàn)因素與水平

1.4 分析測(cè)試

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《固體廢物總鉻的測(cè)定——二苯碳酰二肼分光光度法》，取待測(cè)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(cè)定吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 混合菌群對(duì)Cr(Ⅵ)的耐受性(圖1)

圖1 Cr(Ⅵ)濃度對(duì)混合菌群生長(zhǎng)的影響

由圖1可知，當(dāng)培養(yǎng)基中Cr(Ⅵ)濃度為10～50 mg·L-1時(shí)，對(duì)菌體生長(zhǎng)無(wú)明顯影響；當(dāng)Cr(Ⅵ)濃度為55 mg·L-1和60 mg·L-1時(shí)，菌群基本上不生長(zhǎng)。這表明混合菌群對(duì)濃度為10～50 mg·L-1的Cr(Ⅵ)耐受能力較強(qiáng)。

2.2 不同pH值下混合菌群對(duì)Cr(Ⅵ)的去除效果

硫酸鹽還原菌群的pH值范圍很寬，當(dāng)pH值為4.0～8.0時(shí)，SRB生長(zhǎng)良好；當(dāng)pH值<4.0或pH值>8.0時(shí)，PbAc試紙檢測(cè)不到H2S，表明SRB無(wú)法生長(zhǎng)。

不同pH值下混合菌群對(duì)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(dāng)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(shí)，Cr(Ⅵ)的去除率較高；當(dāng)pH值為7.0、Cr(Ⅵ)濃度為30 mg·L-1時(shí)，Cr(Ⅵ)去除率達(dá)到最高，為95.5%。這是因?yàn)椋蛩猁}還原菌的代謝產(chǎn)物H2S一般在中性條件下與Cr(Ⅵ)反應(yīng)，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(huán)境既利于混合菌群的生長(zhǎng)代謝，更利于Cr(Ⅵ)的還原。

2.3 不同培養(yǎng)溫度下混合菌群對(duì)Cr(Ⅵ)的去除效果(表3)

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

表3 不同培養(yǎng)溫度下的Cr(Ⅵ)去除率

2.4 綜合影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表4)

表4 綜合影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果

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

3 結(jié)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(yǎng)溫度36 ℃、培養(yǎng)時(shí)間36 h、pH值7.0。此條件下，Cr(Ⅵ)去除率達(dá)到97.6%。混合硫酸鹽還原菌群能適應(yīng)較寬的溫度和pH值范圍，且性能穩(wěn)定，用于高濃度含Cr(Ⅵ)廢水的處理，效果顯著、去除率高、運(yùn)行成本低、無(wú)二次污染。

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