處理電鍍廢水的耐銅功能菌的篩選及吸附性能

李新琦，溫沁雪，王　瓊，王　進(jìn)，陳志強(qiáng)

(城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(哈爾濱工業(yè)大學(xué))，哈爾濱 150090)

?

處理電鍍廢水的耐銅功能菌的篩選及吸附性能

李新琦，溫沁雪，王瓊，王進(jìn)，陳志強(qiáng)

(城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(哈爾濱工業(yè)大學(xué))，哈爾濱 150090)

摘要:針對(duì)表面加工工業(yè)園區(qū)來(lái)水量不定、水質(zhì)復(fù)雜及物化預(yù)處理單元對(duì)重金屬處理不完全，導(dǎo)致其污水處理廠的生物處理單元受到重金屬影響的問(wèn)題,以電鍍廢水中常見(jiàn)的Cu2+為研究對(duì)象，從電鍍廢水活性污泥中分離得到兩株對(duì)銅離子耐受能力較強(qiáng)的菌株，分別命名為L(zhǎng)2和L3.考察吸附時(shí)間、pH、溫度和初始Cu2+質(zhì)量濃度對(duì)耐銅功能菌吸附去除Cu2+的影響.結(jié)果表明，在LB培養(yǎng)基和電鍍廢水培養(yǎng)基中，L2和L3均有較高的Cu2+最小抑制濃度，且可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)吸附平衡，最佳pH和溫度均為6和28 ℃.在此環(huán)境條件下，Cu2+最大吸附量分別為34.15和45.68 mg/g，可實(shí)現(xiàn)快速高效地去除廢水中的重金屬.

關(guān)鍵詞:銅離子；電鍍廢水；耐銅功能菌；抑制濃度；生物吸附

隨著工業(yè)園區(qū)的發(fā)展和興起，表面加工電鍍工業(yè)園區(qū)的建設(shè)速度加快[1].哈爾濱金禹環(huán)保表面工業(yè)園區(qū)位于阿城西北部，規(guī)模為98.01 hm2.其中，污水處理廠占地面積17 679 m2，工程規(guī)模10 000 t/d.園區(qū)內(nèi)表面加工企業(yè)對(duì)所產(chǎn)生的廢水進(jìn)行廠內(nèi)處理，但園區(qū)內(nèi)企業(yè)眾多，生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品復(fù)雜，園區(qū)污水處理廠不可避免地會(huì)長(zhǎng)期受到重金屬離子的干擾，并存在短期相對(duì)高濃度重金屬負(fù)荷沖擊的風(fēng)險(xiǎn).因此，如何提高電鍍工業(yè)園區(qū)污水生物處理工藝在重金屬離子存在條件下的運(yùn)行穩(wěn)定性，是為數(shù)眾多的表面加工電鍍工業(yè)園區(qū)建設(shè)急需解決的問(wèn)題.目前，針對(duì)含重金屬?gòu)U水的常見(jiàn)處理方法有化學(xué)沉淀法、離子交換法、電化學(xué)處理、膜處理技術(shù)、活性炭吸附等.化學(xué)沉淀法會(huì)產(chǎn)生大量密度較低的污泥，處理難度大[2];由于電極材料的性能難以滿足工藝要求，電化學(xué)法處理效果不好，且存在能耗大、成本高、析氧和析氫等副反應(yīng)多的問(wèn)題[3];在水量大且重金屬質(zhì)量濃度相對(duì)較低的條件下，離子交換法、膜處理技術(shù)及活性炭吸附等處理方法費(fèi)用昂貴[4].近年來(lái)，利用生物工藝處理含重金屬?gòu)U水受到關(guān)注.張曉輝[5]發(fā)現(xiàn)，馴化活性污泥處理含Cr6+和COD分別為15.6和115.3 mg/L的實(shí)際電鍍廢水時(shí)，Cr6+去除率可達(dá)98.2%，COD去除率可達(dá)74.3%.文獻(xiàn)[6]考察釀酒酵母對(duì)重金屬離子的去除能力時(shí)發(fā)現(xiàn)，其對(duì)Pb2+、Cu2+、Zn2+的吸附量可達(dá)300、20和30 mg/g左右[6].吳乾菁等[7]從電鍍污泥和污水中獲得了高效凈化重金屬的復(fù)合功能菌，投入中國(guó)人民解放軍5701工廠使用，當(dāng)進(jìn)水Cr6+、Cu2+、Zn2+質(zhì)量濃度分別為3～120、4～12、2～35 mg/L時(shí)，出水均可達(dá)標(biāo)排放.生物工藝處理含重金屬?gòu)U水的主要原理是利用微生物進(jìn)行吸附，這主要與其表面的去質(zhì)子官能團(tuán)有關(guān)，如羧基、氨基、羰基、羥基等[6,8].目前認(rèn)可度較高的生物吸附機(jī)理主要包括表面絡(luò)合、靜電吸附、離子交換和無(wú)機(jī)微沉淀等[9].革蘭氏陰性菌的脂多糖和磷脂質(zhì)可以給重金屬離子提供結(jié)合點(diǎn)，革蘭氏陽(yáng)性菌表面的磷壁酸可以提供負(fù)電荷，通過(guò)靜電引力吸附重金屬離子[10-11].酵母菌細(xì)胞壁上的含氧官能團(tuán)(如磷酸基、羧基等)可與金屬離子螯合或配位[12].總之，生物工藝可實(shí)現(xiàn)快速而高效地去除廢水中的重金屬，且價(jià)格低廉，不造成二次污染，具有一定的應(yīng)用前景.

本研究以常見(jiàn)的金屬銅離子為去除目標(biāo)，利用模擬電鍍園區(qū)工業(yè)廢水，從廣州某電鍍污水廠的活性污泥樣品中篩選銅離子耐受菌種，并對(duì)篩選獲得的銅耐受菌株對(duì)銅離子的吸附性能進(jìn)行了研究，以期用于哈爾濱金禹環(huán)保表面工業(yè)園區(qū)污水處理廠含重金屬?gòu)U水的生物強(qiáng)化處理.

1實(shí)驗(yàn)

1.1菌種來(lái)源及培養(yǎng)基

實(shí)驗(yàn)中使用的菌懸液來(lái)源于廣州某電鍍污水廠的活性污泥.用于篩選電鍍廢水中耐銅菌株的選擇性固體培養(yǎng)基的配置參考電鍍園區(qū)污水水質(zhì)，主要污染物為重金屬離子及光亮劑、表面活性劑、乳化劑等相對(duì)難生物降解的有機(jī)物，其配方為：糖精鈉(光亮劑) 26.6 g/L、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS，表面活性劑) 26.6 g/L、辛基酚聚氧乙烯醚(乳化劑、表面活性劑) 12 g/L 、乙醇 36.6 g/L、液體石蠟 16.7 g/L、NH4Cl 37.3 mg/L、KH2PO48.66 mg/L、CaCl20.1 g/L、MgSO4·7H2O 0.2 g/L、微量元素 0.5 mL/L、Cu2+0～20 mg/L,蒸餾水配制，pH=5，有機(jī)物質(zhì)量濃度為200 mg/L，瓊脂 15 g/L.

微量元素配方：FeCl3·6H2O 3 g/L、MnCl2·4H2O 0.24 g/L、H3BO30.3 g/L、CuSO4·5H2O 0.03 g/L、ZnSO4·7H2O 0.24 g/L、NaMo·2H2O 0.03 g/L、KI 0.06 g/L、乙二胺四乙酸 5 g/L，蒸餾水配制.

LB選擇性液體培養(yǎng)基配方：蛋白胨 10 g/L、酵母粉 5 g/L、NaCl 10 g/L， Cu2+0～400 mg/L、蒸餾水配制，pH=5.

LB選擇性固體體培養(yǎng)基配方：LB選擇性液體培養(yǎng)基中加入瓊脂(15 g/L).

1.2菌種分離與鑒定

取適量活性污泥，用無(wú)菌水制成菌懸液，倍比稀釋，將10-5，10-6，10-73個(gè)濃度稀釋液在含Cu2+質(zhì)量濃度為0～20 mg/L的選擇性固體培養(yǎng)基上涂布，每個(gè)濃度做3個(gè)平行樣，于30 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)3 d.挑取單菌落在相應(yīng)Cu2+質(zhì)量濃度的選擇性固體培養(yǎng)基上多次劃線純化.

經(jīng)過(guò)多次純化后，將單菌落接種于適量LB液體培養(yǎng)基中，30 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h.經(jīng)液氮研磨后，利用OMEGA試劑盒提取DNA，分別使用細(xì)菌引物(1492R和27F)、真菌引物(ITS1和ITS4)，經(jīng)PCR擴(kuò)增后送往上海生工生物技術(shù)有限公司進(jìn)行測(cè)序.

1.3接種菌液制備

將篩得的菌株用LB培養(yǎng)基富集培養(yǎng)，使其處于穩(wěn)定期初期.取適量菌液，8 000 r/min，離心5 min，去上清液，0.1 mol/L NaCl溶液清洗3次，稀釋至2OD600 nm，作為后期實(shí)驗(yàn)的接種菌液.

1.4不同初始Cu2+質(zhì)量濃度下菌株生長(zhǎng)曲線的測(cè)定

取3 mL接種菌液離心，適當(dāng)稀釋，各取50 μL稀釋后的菌液分別投加到350 μL LB選擇性液體培養(yǎng)基(Cu2+質(zhì)量濃度梯度為0、50、100、150、200、250、300、350和400 mg/L)中，菌數(shù)量為107UCF/mL.利用全自動(dòng)生長(zhǎng)曲線分析儀(Bioscreen)測(cè)定3 d內(nèi)的生長(zhǎng)曲線.

1.5吸附時(shí)間、溫度、pH及初始Cu2+質(zhì)量濃度對(duì)菌種去除銅離子效能的影響

每個(gè)影響因素均設(shè)置兩組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)組向NaCl溶液中投加篩選得到的耐銅功能菌，調(diào)節(jié)溶液含菌量為1.8OD600 nm左右， 使微生物質(zhì)量濃度為1～2 g/L，OD600 nm與微生物質(zhì)量濃度對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)圖1.可以看出，R2均在0.99以上，有較高的擬合度.溶液pH為5，兩組平行樣.對(duì)照組不投加微生物，其余與實(shí)驗(yàn)組相同.為了確定吸附平衡時(shí)間，用CuSO4·5H2O調(diào)節(jié)溶液Cu2+質(zhì)量濃度為10 mg/L，放于28 ℃、150 r/min恒溫振蕩培養(yǎng)箱中，每15 min取樣一次，共培養(yǎng)2 h.為了確定溫度對(duì)吸附效果的影響，調(diào)節(jié)溶液pH為5， Cu2+質(zhì)量濃度為10 mg/L，分別于22、28、32、37 ℃的恒溫振蕩培養(yǎng)箱中，150 r/min條件下培養(yǎng).為了確定pH對(duì)吸附效果的影響，利用0.1 mol/L NaOH溶液或0.1 mol/L HCl溶液，分別調(diào)節(jié)溶液pH為3～6，Cu2+質(zhì)量濃度為10 mg/L，于28 ℃的恒溫振蕩培養(yǎng)箱中，吸附平衡后取樣.為了確定Cu2+初始質(zhì)量濃度對(duì)吸附效果的影響，調(diào)節(jié)溶液pH為6，Cu2+初始質(zhì)量濃度分別為0、10、30、50、100、150和200 mg/L，放于28 ℃、150 r/min恒溫振蕩培養(yǎng)箱中，吸附平衡后取樣.樣品經(jīng)4 000 r/min離心30 min后，取上清液，用ICP-AES測(cè)定Cu2+質(zhì)量濃度.保留菌體，80 ℃過(guò)夜(12 h)烘干，稱重.

圖1　OD600 nm-微生物質(zhì)量濃度關(guān)系

2結(jié)果與結(jié)論

2.1耐銅功能菌的鑒定

實(shí)驗(yàn)共篩選到5株純菌，其中，預(yù)實(shí)驗(yàn)效果好的兩株菌分別被命名為L(zhǎng)2和L3，后續(xù)研究以此兩株菌為研究對(duì)象.分別提取L2和L3的DNA，經(jīng)PCR擴(kuò)增后送往上海生工生物技術(shù)有限公司測(cè)序.將返回的測(cè)序結(jié)果上傳到NCBI進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)L2與Genbank中的腸桿菌屬(Enterobacteria)的相似度達(dá)98%，L3與Genbank中的季也蒙畢赤酵母(Meyerozymaguilliermondii)的相似度達(dá)99%.將L2和L3的測(cè)序結(jié)果上傳到Genbank，申請(qǐng)登錄號(hào)分別為KU864992和KU864994.

2.2銅離子的最小抑制質(zhì)量濃度(MIC)

處理含重金屬的廢水，考察不同重金屬質(zhì)量濃度對(duì)微生物生長(zhǎng)情況的影響必不可少.由圖2(b)可以看出，在LB培養(yǎng)基中，Cu2+質(zhì)量濃度低于300 mg/L時(shí)，L3生長(zhǎng)明顯;Cu2+質(zhì)量濃度為300 mg/L時(shí)，L3有少許生長(zhǎng);Cu2+質(zhì)量濃度高于300 mg/L時(shí)，幾乎沒(méi)有生長(zhǎng).將L3涂布于Cu2+質(zhì)量濃度分別為250、300和350 mg/L的LB選擇性固體培養(yǎng)基上，3個(gè)平行，30 ℃恒溫條件下培養(yǎng)48 h，250 mg/L的培養(yǎng)基上有明顯菌落長(zhǎng)出，其余培養(yǎng)基上無(wú)菌落生長(zhǎng).故L3的銅離子最小抑制質(zhì)量濃度為300 mg/L.結(jié)合平板涂布情況，由圖2(a)可以看出，L2的銅離子最小抑制質(zhì)量濃度為200 mg/L,低于L3.有研究發(fā)現(xiàn)，Ochrobactrumanthropi、Pseudomonasaeruginosa、Cupriavidusmetalliduran和O.intermediumLBr在營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基中，銅離子最小抑制質(zhì)量濃度分別為125[13]、127[14]、190[15]和300 mg/L[16].可見(jiàn)，本實(shí)驗(yàn)篩得的L2和L3的銅離子耐受能力較強(qiáng).結(jié)合選擇性固體培養(yǎng)基平板涂布的情況，24～48 h內(nèi)，在5 mg/L Cu2+平板上，L2和L3均有明顯菌落生長(zhǎng).在10 mg/L Cu2+平板上可看到L2和 L3有少許菌落生長(zhǎng).5 d后，L3在15 mg/L Cu2+平板上有少許菌落生長(zhǎng).由此可見(jiàn)，在兩種培養(yǎng)基條件下，菌種的銅離子最小抑制質(zhì)量濃度差別較大，生長(zhǎng)情況明顯不同.這可能是因?yàn)檫x擇性固體培養(yǎng)基模擬實(shí)際電鍍廢水成分，含有辛基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯苯磺酸鈉等表面活性劑，有一定微生物毒性，且相對(duì)難生物降解，影響了微生物的生長(zhǎng)，從而降低了微生物對(duì)重金屬銅的抗性.因此，生物吸附劑的研發(fā)一定要考慮實(shí)際廢水的影響.

圖2　L2、L3在不同Cu2+質(zhì)量濃度下的生長(zhǎng)曲線

Fig.2L2 and L3 growth curves after exposure to Cu2+at different concentrations

2.3菌種在不同pH條件下去除銅離子的效能

pH是影響溶液中重金屬含量和吸附劑吸附能力的重要因素，其會(huì)影響吸附劑表面電荷、表面官能團(tuán)質(zhì)子化程度以及溶液中重金屬離子的沉淀程度[17].實(shí)際電鍍廢水pH范圍為1～8，其中，前處理廢水、前處理濃液及混合廢水等的pH相對(duì)較高[18-19].本文主要研究在pH為3～6內(nèi)，L2和L3對(duì)Cu2+的吸附情況.由圖3可以看出，pH為3時(shí)，L2和L3對(duì)Cu2+的去除率最低.可能是因?yàn)樵谳^低的pH(pH<4)下，H3O+和重金屬離子競(jìng)爭(zhēng)微生物表面的結(jié)合位點(diǎn)，導(dǎo)致微生物吸附去除重金屬效能下降[20].pH為4～6時(shí)，銅離子的去除率明顯升高，可能是因?yàn)閜H高于微生物的等電點(diǎn)，微生物表面帶負(fù)電，由于靜電引力作用，重金屬離子吸附率上升[21-22].當(dāng)pH為6時(shí)，L2和L3對(duì)Cu2+的吸附去除率最高，分別為52.56%和56.77%.溶液中初始Cu2+質(zhì)量濃度為10 mg/L，當(dāng)pH大于6時(shí)開(kāi)始產(chǎn)生沉淀，pH為7及以上時(shí)，生物對(duì)Cu2+的去除作用不明顯，主要是因?yàn)槌恋碜饔脤?dǎo)致溶液中Cu2+質(zhì)量濃度降低,故不加研究.

圖3　pH對(duì)L2和L3吸附去除Cu2+的影響

2.4菌種在不同溫度條件下去除銅離子的效能

溫度是影響蛋白質(zhì)活性的重要因素，與微生物的生長(zhǎng)和新陳代謝緊密相關(guān)[23].Carpio等[8]的研究結(jié)果表明，肽鏈中的羧基、羥基、氨基等官能團(tuán)向細(xì)胞壁提供負(fù)電荷，從而使微生物能夠吸附去除Cu2+，且羧基和羥基是吸附去除Cu2+的主要官能團(tuán).因此，溫度是影響菌株吸附去除重金屬銅效能的重要因素.由圖4可以看出，溫度對(duì)L2和L3吸附去除Cu2+效果影響相似.溫度在22～28 ℃時(shí)，L2和L3對(duì)Cu2+的吸附去除率分別由47.97%和46.12%上升為52.26%和51.02%；溫度在28～37 ℃時(shí)，去除率隨溫度升高而下降，37 ℃時(shí)，去除率下降至39.73%和38.04%.結(jié)果表明，當(dāng)溫度為22～32 ℃時(shí)，菌株對(duì)Cu2+的吸附去除率受溫度影響不大.當(dāng)溫度高于32 ℃時(shí)，菌株對(duì)Cu2+的吸附去除率明顯下降.由于北方地區(qū)溫差較大，溫度較低，本研究又考察了溫度為10 ℃時(shí)，L2和L3對(duì)Cu2+的吸附去除率，分別為46.02%和43.24%.可見(jiàn)，在10～32 ℃的范圍內(nèi)，兩菌株對(duì)Cu2+均有較高的吸附去除率，適于北方地區(qū)含重金屬?gòu)U水的處理.

圖4　溫度對(duì)L2和L3吸附去除Cu2+的影響

Fig.4Effect of temperature on the removal of Cu2+by L2 and L3

2.5菌種對(duì)銅離子的吸附動(dòng)力學(xué)和吸附等溫線分析

吸附動(dòng)力學(xué)和吸附等溫線分析是反映微生物吸附能力的重要手段，可為后期大規(guī)模投用提供一定的依據(jù).采用偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型描述L2和L3對(duì)Cu2+的吸附速率，該模型多被用于描述生物吸附動(dòng)力學(xué)[24-25].模型如下:

(1)

式中：qt為t時(shí)刻銅離子的吸附量(mg/g 干細(xì)胞)，qe為吸附平衡時(shí)銅離子的吸附量(mg/g 干細(xì)胞)，k為

偽二級(jí)速率常數(shù)(g/(mg·min)).

(2)

(3)

根據(jù)式(2)得動(dòng)力學(xué)參數(shù)(見(jiàn)表1)，可以看出，R2均在0.99以上，擬合度高.根據(jù)式(3)可知，當(dāng)溶液中Cu2+為10 mg/L時(shí)，L2和L3對(duì)Cu2+的吸附速率，結(jié)果見(jiàn)圖5.可以看出，L2可在60 min內(nèi)達(dá)到吸附平衡，L3可在30 min內(nèi)達(dá)到吸附平衡，較L2速率快一倍.有研究發(fā)現(xiàn)，Lu等[24]篩選的EnterobacterspJ1和Carpio等[8]研究的耐銅菌群吸附Cu2+的平衡時(shí)間為100 min，可見(jiàn)L2和L3吸附平衡時(shí)間短.

表1　L2和L3吸附動(dòng)力學(xué)參數(shù)

圖5　L2和L3對(duì)Cu2+的吸附速率

為考察在最佳條件下L2和L3對(duì)Cu2+的吸附能力、最大吸附量及微生物上的Cu2+含量與溶液中Cu2+質(zhì)量濃度之間的平衡關(guān)系，采用Langmuir等溫線模型和Freundlich等溫線模型分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).Langmuir等溫線模型用于描述單分子層吸附、吸附劑表面能均勻的情況，模型如下

(4)

式中：q為t時(shí)刻的Cu2+吸附量(mg /g 干細(xì)胞)，qmax為理論上吸附平衡時(shí)的Cu2+吸附量(mg /g 干細(xì)胞).ρe為吸附平衡時(shí)溶液的Cu2+質(zhì)量濃度(mg/L)，KL為朗格繆爾平衡常數(shù).

(5)

根據(jù)式(4)得等溫線參數(shù)(見(jiàn)表2)，可以看出，R2分別為0.979和0.934，擬合度較高.Freundlich等溫線模型用于描述單一多層吸附、吸附劑表面能不均勻的情況，模型如下

(6)

式中KF為 Freundlich吸附平衡常數(shù)，n為Freundlich常數(shù)，表明生物吸附強(qiáng)度.

(7)

根據(jù)式(6)得等溫線參數(shù)(見(jiàn)表3)，可以看出，R2分別為0.969和0.940，擬合度較高.因此，兩個(gè)等溫線模型均可適用.根據(jù)式(5)和(7)可知，微生物上的Cu2+含量與溶液中Cu2+質(zhì)量濃度之間的平衡關(guān)系(見(jiàn)圖6).理論上，L2最大吸附量為34.15 mg/g，低于L3的最大吸附量(45.68 mg/g).有研究發(fā)現(xiàn)，C.metalliduransCH34在穩(wěn)定期時(shí)對(duì)Cu2+的最大吸附量為39.5 mg/L,而滅活后和對(duì)數(shù)期時(shí)，吸附量均大于穩(wěn)定期的吸附量[23〗.可見(jiàn)，微生物吸附效果還與生長(zhǎng)周期有關(guān).由表2可以看出，相較于之前相關(guān)研究，L2和L3吸附效果不錯(cuò).

表2　Langmuir等溫線模型參數(shù)

表3　Freundlich等溫線模型參數(shù)

圖6溶液中Cu2+平衡質(zhì)量濃度與微生物對(duì)Cu2+吸附量的關(guān)系

Fig.6Relation between Cu2+equilibrium concentration in solution and the adsorption capacity for Cu2+of L2 and L3

3結(jié)論

1)從電鍍廢水的活性污泥中篩選到的兩株菌分別命名為L(zhǎng)2和L3.經(jīng)鑒定，L2為腸桿菌屬(Enterobacteria)，相似度達(dá)98%，L3為季也蒙畢赤酵母(Meyerozymaguilliermondii)，相似度達(dá)99%.將L2和L3的測(cè)序結(jié)果上傳到Genbank，申請(qǐng)登錄號(hào)分別為KU864992和KU864994.

2)菌種對(duì)銅離子的最小抑制質(zhì)量濃度與碳源及培養(yǎng)基的成分有關(guān)，在LB培養(yǎng)基中，營(yíng)養(yǎng)充足，L2和L3的銅離子最小抑制質(zhì)量濃度分別為200 和300 mg/L.

3)L2和L3吸附Cu2+時(shí)，可在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到吸附平衡，平衡時(shí)間分別為60和30 min.考察pH、溫度對(duì)兩菌種吸附去除Cu2+的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，最佳pH和溫度分別6和28 ℃，相應(yīng)去除率分別為52.56%、56.77%和52.26%、51.02%.

4)利用Langmuir和Freundlich等溫線模型分析得知，在最佳pH和溫度條件下，L2和L3的Cu2+最大吸附量分別為34.15和45.68 mg/g.

5)綜上，本研究得到的耐銅菌株具有快速、高效地去除廢水中重金屬的能力，有望用于哈爾濱金禹環(huán)保表面工業(yè)園區(qū)污水處理廠含重金屬?gòu)U水的生物強(qiáng)化處理.

參考文獻(xiàn)

[1] 楊明芬. 電鍍工業(yè)園區(qū)廢水集中處理技術(shù)探討[J]. 價(jià)值工程, 2015(3):306-307.

YANG Mingfen. On the centralized processing technology of waste water in electroplating industrial district[J]. Value Engineering, 2015(3):306-307.

[2] KONGSRICHAROERN N, POLPRASERT C. Electrochemical precipitation of chromium(Cr6+) from an electroplating wastewater[J]. Wat Sci Technol, 1995, 31:109-117

[3] 羅志勇, 張勝濤, 鄭澤根,等. 電化學(xué)法處理重金屬?gòu)U水的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)給水排水, 2009, 25(16):6-10.

LUO Zhiyong, ZHANG Shengtao, ZHENG Zegen, et al. Research progress in electrochemical methods for treatment of heavy metal waste water [J]. China Water and Wastewater, 2009, 25(16):6-10.

[4] VOLESKY B. Advances in biosorption of metals—selection of biomass types[J]. FEMS Microbiol Rev, 1994;14:291-302.

[5] 張曉暉. 馴化活性污泥處理含鉻(Ⅵ)廢水的研究[D]. 南昌：江西理工大學(xué), 2008.

ZHANG Xiaohui. Domesticated activated sludge treatment wastewater containing chromium (Ⅵ) [D]. Nanchang:Jiangxi University of Science and Technology, 2008.

[6] WANG J, CHEN C. Biosorbents for heavy metals removal and their future[J]. Biotechnology Advances, 2009, 27(2):195-226.

[7] 吳乾菁, 李昕, 李福德,等. 微生物治理電鍍廢水的研究[J]. 環(huán)境科學(xué), 1997(5):47-50.

WU Qianjing, LI Xin, LI Fude, et al. Research of microorganism treating electroplating wastewater[J]. Chinese Journal of Enviromental Science, 1997(5):47-50.

[8] CARPIO I E M, MACHADO-SANTELLI G, SAKATA S K, et al. Copper removal using a heavy-metal resistant microbial consortium in a fixed-bed reactor[J]. Water Research, 2014, 62: 156-166.

[9] 鄒水林. 重金屬銅耐受菌的篩選及吸附銅的研究[D]. 廣州：華南理工大學(xué), 2014.

ZOU Shuilin. Screening of copper resistant bacteria and analysis of its Cu2+biosorption[D]. Guangzhou:South China University of Technology, 2014.

[10]WANG J, CHEN C. Biosorbents for heavy metals removal and their future[J]. Biotechnology Advances, 2009, 27(2):195-226.

[12]FOMINA M, CHARNOCK J, BOWEN A D, et al. X-ray absorption spectroscopy (XAS) of toxic metal mineral transformations by fungi[J]. Environmental Microbiology, 2007, 9(2):308-21.

[13]GUVEN O, TANSEL O, NUR C, et al. Heavy metal biosorption by biomass of Ochrobactrum anthropi producing exopolysaccharide in activated sludge[J]. Bioresource Technology, 2003, 90(1):71-74.

[14]TEITZEL G M, PARSEK M R. Heavy metal resistance of biofilm and planktonic Pseudomonas aeruginosa[J]. Applied & Environmental Microbiology, 2003, 69(4):2313-2320.

[15]MONCHY S, BENOTMANE M A, JANSSEN P, et al. PlasmidspMOL28 andpMOL30 of Cupriavidus metallidurans are specialized in the maximal viable response to heavy metals[J]. Journal of Bacteriology, 2007, 189(20):7417-7425.

[16]FAN J, OKYAY T O, RODRIGUES D F. The synergism of temperature, pH and growth phases on heavy metal biosorption by two environmental isolates[J]. Journal of Hazardous Materials, 2014, 279:236-243.

[17]PETERS R W. Chelant extraction of heavy metals from contaminated soils[J]. Journal of Hazardous Materials, 1999, 66(1): 151-210.

[18]吳健良, 曾建新, 藍(lán)俊宏,等. Fenton-接觸氧化聯(lián)合工藝處理鐵合金鍍件電鍍前處理廢水[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào), 2014, 8(11):4707-4714.

WU Jianliang, ZENG Jianxin, LAN Junhong, et al. Treatment of iron alloy electroplating pretreatment wastewater by Fenton-biological contact oxidation process[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering,2014, 8(11):4707-4714.

[19]劉定富, 葛麗穎. pH值調(diào)控對(duì)電鍍廢水處理的影響[J]. 環(huán)保科技, 2008(1):8-10.

LIU Dingfu, GE Liying. Effect of pH value control on electroplating wastewater treatment [J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2008(1):8-10.

[20]KARTHIKEYAN S, PALANIAPPAN P, SABHANAYAKAM S. Influence of pH and water hardness upon nickel accumulation in edible fish Cirrhinus mrigala[J]. Journal of Environmental Biology, 2007, 28(2): 489.

[22]CHANG J S, LAW R, CHANG C C. Biosorption of lead, copper and cadmium by biomass of Pseudomonas aeruginosa PU21[J]. Water Research, 1997, 31(7): 1651-1658.

[23]FAN J, OKYAY T O, RODRIGUES D F. The synergism of temperature, pH and growth phases on heavy metal biosorption by two environmental isolates[J]. Journal of Hazardous Materials, 2014, 279: 236-243.

[24]LU W B, SHI J J, WANG C H, et al. Biosorption of lead, copper and cadmium by an indigenous isolateEnterobactersp. J1 possessing high heavy-metal resistance[J]. Journal of Hazardous Materials, 2006, 134(1): 80-86.

[25]CARPIO I E M, SANTOS C M, WEI X, et al. Toxicity of a polymer-graphene oxide composite against bacterial planktonic cells, biofilms, and mammalian cells[J]. Nanoscale, 2012, 4(15): 4746-4756.

[26]NAKAJIMA A, UEDA Y. Relationship between copper biosorption and microbial inhibition of hydroxyl radical formation in a copper(II)-hydrogen peroxide system[J]. World Journal of Microbiology & Biotechnology, 2008, 24(8):1253-1257.

[27]CHANG J S, LAW R, CHANG C C. Biosorption of lead, copper and cadmium by biomass of Pseudomonas aeruginosa PU21[J]. Water Research, 1997, 31(7):1651-1658.

[28]MOHAMAD O A, HATAB S R, LIU Z, et al. Biosorption and bioaccumulation of Cu2+from aqueous solution using living M. amorphae isolated from mine tailings[J]. Mine Water & the Environment, 2012, 31(4):312-319.

(編輯劉彤)

doi：10.11918/j.issn.0367-6234.2016.08.018

收稿日期:2016-01-12

基金項(xiàng)目:國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2013ZX07201007-003)

作者簡(jiǎn)介:李新琦(1990—)，女，碩士研究生; 陳志強(qiáng)(1974—)，男，教授，博士生導(dǎo)師

通信作者:陳志強(qiáng)，czqhit@163.com

中圖分類號(hào):X52

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):0367-6234(2016)08-0108-07

Isolation of Cu2+tolerant bacteria used in electroplating wastewater treatment and their biosorption performance

LI Xinqi,WEN Qinxue,WANG Qiong, WANG Jin, CHEN Zhiqiang

(State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment(Harbin Institute of Technology), Harbin 150090, China)

Abstract:With the improvement of urban planning,surface processing industrial parks are continuous built in China.Due to its complex water quality and abundant existence of heavy metals, the traditional biological treatment unit exposed serious threaten from the existed heavy metals.Thus, the most common cation in electroplating wastewater,Cu2+, was chosen as object and the tolerant bacteria were isolated for enhancing its bulk removal.Two bacteria strains that have strong tolerance ability to Cu2+were isolated and named as L2 and L3, and the effect of adsorption time, pH, temperature and initial concentration on Cu2+removal were investigated. Results showed L2 and L3 have a high Cu2+activity both in LB medium and wastewater medium, and the adsorption of Cu2+could be achieved in a short time, with an optimal pH of 6.0 and temperature of 28 ℃, respectively.Under the optimal condition, the maximum adsorption ability was 34.15 mg/g Cu2+for L2 and 45.68 mg/g for L3. A fast and efficient removal of Cu2+can be realized, which is anticipated to be used in the actual electroplating wastewater treatment.

Keywords:copper cation;electroplating wastewater; Cu2+tolerant bacteria; inhibitory concentration;biosorption