一种六价铬还原固定化菌剂及制备方法技术

本发明专利技术公布了一种固定化微生物去除六价铬菌剂及制备方法，属于铬污染场地微生物修复技术领域。该菌剂是以海藻酸钙为载体包埋自主分离的野生芽孢杆菌所制成。制备方法是将包埋剂与微生物菌悬液以1:1比例混匀，得到的粘稠状混合液滴入CaCl2溶液中，使其分散成球,交联一定时间，即可得到凝胶态固定化六价铬去除菌剂。本发明专利技术相比于游离的铬还原菌可显著提高六价铬去除效率，去除率在96h可达100％。本发明专利技术所制备的菌剂制备方法简单易操作,反应条件温和，可高效保持微生物菌液的活性和浓度；所形成的菌剂重复性及稳定性好，微生物菌悬液不易泄漏，利于反应后的固液分离，适于工业化应用。

A six valent chromium reduction immobilized microbial inoculum and its preparation method

The invention discloses a immobilized microorganism removing six valence chromium bacteria agent and a preparation method thereof, belonging to the field of microbial remediation technology in chromium contaminated sites. The bacteria agent was made by embedding calcium alginate as a carrier to isolate the wild bacillus. The preparation method is to mix the entrapment agent and microorganism suspension in the proportion of 1:1. The viscous mixture obtained by the mixture is dripped into the CaCl2 solution and dispersed into the ball. The gel state immobilized six valent chromium removal agent can be obtained by crosslinking for a certain time. Compared with the free chromium reducing bacteria, the invention can remarkably improve the removal efficiency of six valence chromium, and the removal rate can reach 100% at 96h. The preparation method prepared by the invention is simple and easy to operate, the reaction condition is mild, the activity and concentration of microbial bacteria can be kept high efficiently, the reproducibility and stability of the bacteria are good, the suspension of microbial bacteria is not easy to leak, and the solid-liquid separation after the reaction is favorable for industrial application.

【技术实现步骤摘要】
一种六价铬还原固定化菌剂及制备方法
本专利技术属于六价铬污染场地(废水、废渣、污染土壤等)微生物修复还原固定化菌剂及其制备方法，具体涉及一种六价铬还原固定化菌剂及制备方法。
技术介绍
铬是一种广泛使用的过渡重金属，在电镀，皮革鞣制，木材保护，纺织染色和金属加工业等都有大量应用。在大气，土壤和水中最常见的铬化合物是以Cr(VI)或Cr(III)两种形态存在。Cr(III)是生物所必需的微量营养元素，不能透过细胞膜，相对不溶于水；而Cr(VI)相比于Cr(III)，其具有高迁移性，高水溶性，易对所有生物体产生致癌性，致畸性，致突变性。根据EPA与EU等规定，水体中的最大总铬浓度限制为0.10mg/L，Cr(VI)浓度限值为0.05mg/L。然而目前Cr(VI)的浓度在普通废水、残渣中超过了1000倍。在这种情况下，如果工业含铬废水废物无法有效解决，可能导致天然水源的污染，并最终威胁人类健康。常规的修复Cr(VI)污染方式是利用物理/化学修复，例如用化学还原，吸附，反渗透，电化学等进行处理，然而这些方法价格较昂贵，不能完全将重金属去除，试剂消耗高，并会产生有毒污泥易造成二次污染。除此之外，这些方法中的大多数在高浓度或中等浓度的重金属条件下可有效去除有毒金属，但其不适宜处理低浓度的铬等重金属污染(1～100mg/L)。为了克服这些常规方法的缺陷，大量关注点集中于利用微生物来吸附、还原Cr(VI)。研究发现利用微生物和微生物产物能够有效地去除可溶性和微粒形式的Cr(VI)金属，特别是在稀释溶液中，相比于化学吸附还原和电化学修复技术，微生物修复更加环保高效。固定化微生物技术是指通过物理或化学的手段，将游离的微生物固定在限定的空间区域使其保持活性，并可反复利用的一项技术。微生物细胞被固定在载体上,可大大提高微生物对有毒物质的承受能力,可用于高浓度六价铬Cr(VI)污染物的处理。在固定化技术中,利用海藻酸钠作为包埋载体,具有固化、成形方便、对微生物毒性小等优点。因此，利用固定化技术可推动其在Cr(VI)污染场地处理方面更为深入和广泛的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种微生物固定化菌剂处理六价铬[Cr(VI)]污染场地(废水、废渣、污染土壤等)，该六价铬[Cr(VI)]还原固定化菌剂具有良好的生物活性及化学稳定性、利于微生物固定、繁殖，对重金属污染物去除率高，且重复利用率高、使用寿命长。本专利技术的目的还在于提供一种六价铬[Cr(VI)]还原固定化菌剂的制备方法。本专利技术用于六价铬[Cr(VI)]污染场地处理所用的固定化微生物菌剂，包括如下重量百分比的组分：海藻酸钠2～6％氯化钙2～5％余量为菌悬液，浓度为9×109cell/g。如上所述的一种六价铬还原固定化菌剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将不同百分比的海藻酸钠溶液在加热炉上加热溶解，搅拌均匀使其充分溶解，获得混合液经121℃，15～20min高压灭菌，冷却至室温。(2)将对数期芽孢杆菌(Bacillussp.G-08)菌液以8000～10000rpm离心10～15min收集菌体，所收集的微生物浓度约为9×109cell/g。收集的菌体用无菌水洗涤2～3次。(3)将菌液与冷却的海藻酸钠溶液以1:1比例混匀，得到的粘稠状混合液。(4)将粘稠状混合液缓慢滴入2～5％CaCl2溶液中，使其分散成球,室温下交联反应2～10h，用0.85％生理盐水洗涤2～3次，去除固定化小球表面多余CaCl2，即可得到六价铬还原固定化菌剂。优选所述用于六价铬还原固定化菌剂，以相同固定化菌剂的制备方法进行操作，包括如下重量百分比的组分：海藻酸钠5％氯化钙3％余量为菌悬液，浓度为9×109cell/g。本专利技术提供的制备方法具有以下优点：本专利技术的优点在于选用实验室自主分离野生铬还原芽孢杆菌(Bacillussp.G-08)进行固定化包埋；并选用不同配比的海藻酸钠-CaCl2包埋法，选择出最优的海藻酸钠-CaCl2包埋法。其次，在于选用0.85％生理盐水对微生物固定化颗粒进行清洗并保存，利用0.85％生理盐水清洗可以使所制备的固定化凝胶状六价铬[Cr(VI)]去除菌剂表面平整，并可调整适宜pH值的缓冲作用，不会破坏生物蛋白的结构及生物特性，可保证六价铬去除菌剂的完整性和高活性，可在最适条件下参与生物反应。同时，可以洗去浮于表面的少量未能凝固的CaCl2。第三，本专利技术的优点在于微生物六价铬还原固定化菌剂具有机械强度高，尤其在优选条件下制备的凝胶状菌剂较稳定性好，具难破碎及使用寿命长，去除Cr(VI)效率可达90％以上，所包埋的菌液不易扩散，对生物无毒、对环境无害，制作成本低，在六价铬[Cr(VI)]污染场地修复方面具有良好的应用潜力。附图说明图1制备优选的微生物固定化菌剂实图；图2微生物固定化菌剂对六价铬[Cr(VI)]去除能力图；图3微生物固定化菌剂重复实践应用图；图4本专利技术六价铬的去除率图。具体实施方式以下具体实施例或实施方式目的是为了进一步说明本专利技术，而不是对本专利技术的限定。本实施例所述方法主要按以下步骤进行：(1)微生物包埋剂的制备方法：分别称量2.0g，3.0g，4.0g，5.0g，6.0g海藻酸钠(SA)固体，将其分别溶于100mL去离子水中，加热搅拌使其溶解，配制成质量浓度为2.0％，3.0％，4.0％，5.0％，6.0％海藻酸钠溶液，高压灭菌121℃，20min。(2)微生物交联剂的制备方法：分别称量2.0g，3.0g，4.0g，5.0gCaCl2固体，将其分别溶于100mL去离子水中，配制成质量浓度为2.0％，3.0％，4.0％，5.0％CaCl2溶液，高压灭菌121℃，20min。(3)0.85％生理盐水的制备方法：称取氯化钠固体8.5g，溶于一定去离子水中，待其完全溶解，定容至1000mL。分装，高压灭菌121℃，20min。(4)菌悬液的制备方法：芽孢杆菌(Bacillussp.G-08)以5％的接种量接入到100mLLB培养基的250mL摇瓶中，进行培养(初始pH9.0，温度30℃，摇床转速170rpm)，培养24h后以8000～10000rpm离心10～15min收集菌体，所收集的微生物浓度约为9×109cell/g。收集的菌体用无菌水洗涤2～3次。(5)六价铬还原固定化菌剂的制备方法：将菌液与不同配比的海藻酸钠溶液以1:1比例混匀，利用注射器将得到的粘稠状混合液缓慢滴入2～5％CaCl2溶液中，使其分散成球，室温下交联一定时间，用0.85％生理盐水洗涤2～3次，去除固定化小球表面多余CaCl2，即可得到凝胶状六价铬还原固定化菌剂。(6)六价铬还原固定化菌剂机械强度检测：取二十颗固定化颗粒，放在天平上，在小球上面放置一个载玻片，天平归零，慢慢压载玻片，观察小球变形且不能恢复为准，读取天平数据M，单个小球的机械强度(用压力表示)为F＝10M/20，分别测量3组平均值，即小球平均机械强度为：F平＝[(10M1/20+10M2/20+10M3/20]/3(7)六价铬还原固定化菌剂通透性检测：取二十颗固定化颗粒，将颗粒浸没在红色液体染料中，每隔15s取小球切片，分别记录墨水到达颗粒中心的时间(在距颗粒0，1/2，1/4断面处观察浸润程度)。实施例1本实施例所述方法主要按以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六价铬还原固定化菌剂，其特征在于，按重量百分比由以下原料制成：海藻酸钠包埋剂2～6％，CaCl2交联剂2～6％，余量为菌悬液，浓度为9×10

【技术特征摘要】
1.一种六价铬还原固定化菌剂，其特征在于，按重量百分比由以下原料制成：海藻酸钠包埋剂2～6％，CaCl2交联剂2～6％，余量为菌悬液，浓度为9×109cell/g。2.根据权利1要求所述的一种六价铬还原固定化菌剂，其特征在于，所述的菌悬液为分离的野生芽孢杆菌的对数期菌株。3.根据权利1要求所述的一种六价铬还原固定化菌剂,其特征在于，所述六价铬还原固定化菌剂为凝胶颗粒状，颗粒的直径为4～6mm，彩色染料在15～60s内能浸透颗粒中心。4.一种根据权利1-3要求任一所述六价铬还原固定化菌剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将溶剂蒸馏水的水温调节至80～100℃，然后加入按重量百分比称取2～6％的海藻酸钠，在恒温搅拌器下以2500～3000rpm的速率下搅拌，直至混合均匀，即得微生物固定化包埋剂；(2)将混合均匀的2～6％的海藻酸钠包埋剂和菌悬液浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宇，高宇，程潜，胡婷婷，朱振宇，嵇宏杰，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43