硫酸鹽還原菌轉(zhuǎn)化Zn2+的實驗研究

武文琪，張 瑤，武淇淇，陳 越，賀 聰

（山西財經(jīng)大學(xué)，山西 太原 030006）

電鍍、冶金、制革、采礦等工業(yè)生產(chǎn)都會產(chǎn)生含重金屬廢水,由于重金屬易在生物體和水體內(nèi)積聚,并對人體健康有重要影響,因此重金屬作為第一類污染物必須有效去除[1]。重金屬具有長期性、隱蔽性、不可生物降解性、不可逆轉(zhuǎn)性、生物富集放大和持久性等特性,即使水環(huán)境中的濃度較小,也可能會威脅到水體—植物—動物生態(tài)系統(tǒng)，并且進一步通過食物鏈富集影響到人類健康。與其它類型的污染不同[2]，由于鋅離子在環(huán)境中無法被生物分解，因而一旦進入環(huán)境后就會在環(huán)境中不斷地積累而難以去除，造成環(huán)境的長期污染。人們?nèi)绻麛z入過多的鋅就可能會出現(xiàn)干嘔、腹瀉的癥狀，嚴(yán)重的有可能會引起鋅中毒。所以研究如何高效安全地處理重金屬離子污染已經(jīng)成為一個非常重要的課題。

目前含重金屬廢水的處理方法主要有沉淀法、離子交換法、電滲析和反滲透等方法，但是這些方法的處理成本比較高，處理效果也不是很好。自20世紀(jì)80年代以來，人們開始轉(zhuǎn)向研究微生物法處理重金屬廢水[3]，在一定濃度重金屬鋅的廢水中，微生物在不同條件下對重金屬鋅的轉(zhuǎn)化程度不同。利用硫酸鹽還原菌(SRB)治理酸性礦山水及重金屬污染近年來成為研究熱點，因此我們可以通過研究在不同的條件下微生物對重金屬鋅的轉(zhuǎn)化效果，從而利用微生物處理水環(huán)境中的重金屬鋅。

1 實驗

1.1 實驗儀器

WFZ-UV2000型紫外可見分光光度計，SPY型電熱恒溫水浴鍋，JY92-Ⅱ型超聲波細胞破碎儀，L8-8型超速離心機，TGL-16G型高速冷凍離心機，XJ-ⅡB型低速大容量多管離心機，高壓蒸汽滅菌鍋。

1.2 菌種和模擬廢水

菌種：取自山西大學(xué)；培養(yǎng)基：蒸餾水900mL，NH4Cl 1.0g，MgSO4·7H2O 2.0g，Na2SO41.0g，乳酸鈉（70%）3.5mL，酵母粉 1.0g， K2HPO40.5g，抗壞血酸0.1g，PbNO31.0g。

鋅離子初始濃度分別為 17.76、35.52、71.04、106.56 mg·L-1。

本實驗中，通過 1mol·L-1HCl和 1mol·L-1NaOH 控制進水pH值。培養(yǎng)基的制備和實驗過程中所用的試劑均為分析純或優(yōu)級純藥品或試劑。

1.3 實驗方法

按培養(yǎng)基配方配置培養(yǎng)基，在培養(yǎng)基中加入一定量的乙酸鋅，使培養(yǎng)基中乙酸鋅的濃度為200mg·L-1，將培養(yǎng)基分為5份，并用HCl溶液和NaOH溶液將5份培養(yǎng)基調(diào)節(jié)pH分別為5、6、7、8、9，然后將培養(yǎng)基分裝到小瓶中，每個系列分裝8個小瓶，用于不同培養(yǎng)時間的取樣。用高壓蒸汽鍋在121℃下滅菌30min，然后在超凈臺上接種已經(jīng)培養(yǎng)好的處于相同的、最大活力的硫酸鹽還原菌，設(shè)定好溫度和光照條件，在培養(yǎng)基中培養(yǎng)。

按培養(yǎng)基配方配置培養(yǎng)基，用HCl溶液和NaOH溶液將培養(yǎng)基調(diào)至pH=7.4，將培養(yǎng)基分為4份，在每份培養(yǎng)基中加入不同量的乙酸鋅，使培養(yǎng)基中乙酸鋅的濃度分別為50mg·L-1、100mg·L-1、200mg·L-1、300mg·L-1、然后將培養(yǎng)基分裝到小瓶中，每個系列分裝8個小瓶，用于不同培養(yǎng)時間的取樣。用高壓蒸汽鍋在121℃下滅菌30min，然后在超凈臺上接種已經(jīng)培養(yǎng)好的處于相同的、最大活力的硫酸鹽還原菌，設(shè)定好溫度和光照條件，在培養(yǎng)基中培養(yǎng)。定時取水樣，培養(yǎng)一定時間后吸取上清液，稀釋一定倍數(shù)后進行分析。溶液中的重金屬離子用原子吸收分光光度法測定。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 初始 pH 值對 SRB 去除重金屬的影響

圖1是初始pH值對SRB去除重金屬的影響。從圖1可以看出，取96h培養(yǎng)時間的樣品，Zn2+去除率與pH值密切相關(guān)，pH值為7時，去除率最高，達到99.66%。

pH值對SRB的影響是氫離子與細胞膜中的酶相互作用的結(jié)果，對細胞壁上的酶活性也有一定影響。適宜的pH值對SRB的生長繁殖至關(guān)重要[4]。pH是影響硫酸鹽還原菌生理代謝功能的重要決定因子，影響主要體現(xiàn)在：①pH引起硫酸鹽還原菌細胞膜內(nèi)電荷變化，從而影響其對底物的吸收；②pH影響硫酸鹽還原菌代謝過程中各種酶的穩(wěn)定性和活性；③改變細胞內(nèi)的pH，影響了ATP合成與許多生化反應(yīng)的進行[5]。

圖 1 初始 p H 值對 SRB 去除重金屬的影響

2.2 時間對SRB去除重金屬的影響

圖2 是時間對SRB去除重金屬的影響。從圖2可以看出，取pH=7，乙酸鋅濃度為200mg·L-1的樣品進行測定，隨著時間的增加，反應(yīng)越完全，鋅離子的去除率越大。這是因為，在其他條件一定的情況下，隨時間的增加，微生物生長進入穩(wěn)定期，菌體大量增長，使得去除效果也逐漸遞增。當(dāng)Zn2+反應(yīng)時間達到60h后，去除率隨時間的增加提高緩慢，此時的去除率已經(jīng)達到了96%以上。

圖2 時間對SRB去除重金屬的影響

2.3 重金屬初始濃度對SRB去除 重金屬的影響

圖3 是重金屬初始濃度對SRB去除重金屬的影響。從圖3可以看出，選擇pH=7，培養(yǎng)時間為96h的樣品進行測定，隨著重金屬初始濃度的升高，鋅離子去除率呈降低的趨勢，當(dāng)Zn2+的初始濃度達到71.04mg·L-1后，去除率隨初始濃度的增長開始明顯下降， 重金屬對SRB的抑制作用開始顯現(xiàn)，因此去除率呈下降趨勢。當(dāng)鋅離子初始濃度為71.04mg·L-1時去除率為99.66%，鋅離子初始濃度為106.56mg·L-1時去除率為98.55%。

圖 3 重金屬初始濃度對 SRB 去除重金屬的影響

3 結(jié)論

1）在研究了初始pH值、培養(yǎng)時間、重金屬初始濃度等3個因素對硫酸鹽還原菌處理Zn2+的影響后，確定了最佳的處理條件為：pH=7，培養(yǎng)時間60h，初始濃度越低去除率越高。

2）實驗表明，在最佳條件下，Zn2+去除率可以達到99.66%以上，效果比較理想，這說明利用硫酸鹽還原菌處理重金屬廢水還是比較可行的。本實驗數(shù)據(jù)可以為硫酸鹽還原菌處理酸性重金屬廢水提供基礎(chǔ)參數(shù)和技術(shù)支持，為治理酸性重金屬廢水提供了一條新的可行的工藝。

[1] 馬春花. 硫酸鹽還原菌處理含重金屬廢水的實驗研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010，20(2)：26-28.

[2] 王倩.銅尾礦砂重金屬環(huán)境危害及風(fēng)險評估研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2012.

[3] 周泉宇，譚凱旋，曾晟，劉棟.硫酸鹽還原菌和零價鐵協(xié)同處理含鈾廢水[J].原子能科學(xué)與技術(shù)，2009，43(9)：808-812.

[4] 黃志，徐建平，馬春艷，羅亞楠.硫酸鹽還原菌處理重金屬離子[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報，2013(3)：43-46.

[5] 梁慧鋒.生物吸附法處理重金屬廢水的研究[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊：服務(wù)科學(xué)，2010(4)：121-122.