一种利用锰离子促进藻菌生物膜修复含砷水体的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用锰离子促进藻菌生物膜修复含砷水体的方法，涉及水处理领域。方法包括以下步骤：(1)采集水生生物结皮作为微生物来源，在培养基中培养，离心处理后，获得藻菌生物膜；(2)将藻菌生物膜和二价锰离子加入到待修复水体中培养。本发明专利技术培养水生环境中广泛存在的结皮中生物组分制作藻菌生物膜，所使用的藻菌生物膜具有高砷(As)耐性，在含As水体中快速生长。利用微生物介导二价锰离子氧化在藻菌生物膜表面产生锰氧化物，从而可以吸附或共沉淀水中的As，以此提升藻菌生物膜的As固定能力。藻菌生物膜和锰氧化物还能快速将As(III)氧化成As(V)并将其稳定固定。(III)氧化成As(V)并将其稳定固定。(III)氧化成As(V)并将其稳定固定。

【技术实现步骤摘要】
一种利用锰离子促进藻菌生物膜修复含砷水体的方法


[0001]本专利技术涉及水处理领域，尤其涉及一种利用锰离子促进藻菌生物膜修复含砷水体的方法。

技术介绍

[0002]砷(As)是地壳中含量排名第20位的元素，作为一种致癌元素在环境中普遍存在。地质过程、岩石风化、矿业活动、金属冶炼和含As农业化学品的使用等自然与人类活动，导致全球范围内严重的地下水和地表水As污染。As在水体中迁移能力强，易进入到食物链，人体接触As后会引起消化不适、贫血、神经性疼痛等多种疾病，并且诱发皮肤癌、肺癌和肝癌等多种癌症，对生命安全造成极大的威胁，因此As污染水体的治理迫在眉睫。As在水体中主要以五价的砷酸盐[As(V)]和三价的亚砷酸盐[As(III)]的形式存在，其中As(III)毒性和迁移性高于As(V)。地质过程和矿业活动产生的含As排水是环境中As的主要来源之一，其中含有大量的As(III)亟待修复。
[0003]传统As修复技术分有物理、化学和生物修复方法，这些方法被证实能有效地去除水体中的As，但在实际应用中均存在限制。如物理修复中利用生物炭、沸石、粘土矿物等功能材料能快速吸附As，但材料吸附能力的限制导致其持续性差，需要后期维护；化学修复利用化学沉淀剂沉淀As，但后续产生的含As污泥造成二次污染；生物修复利用蜈蚣草、香根草等植物吸收As，但植物生长缓慢、对养分需求高等问题限制其发挥。因此，寻求一种高效且能在水生环境中广泛应用的As处理策略具有重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种利用锰离子促进藻菌生物膜修复含砷水体的方法，利用结皮中的微生物组分培养形成藻菌生物膜，微生物可以介导二价锰离子在藻菌生物膜上转化为锰氧化物，从而提升藻菌生物膜的砷(As)固定能力，保证As固定的稳定性。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供了一种利用锰离子促进藻菌生物膜修复含砷水体的方法，包括以下步骤：
[0006](1)采集水生生物结皮作为微生物来源，在培养基中培养，离心处理后，获得藻菌生物膜；
[0007](2)将藻菌生物膜和二价锰离子加入到待修复水体中培养。
[0008]作为优选方案，在步骤(2)中，所述藻菌生物膜的添加量为1
‑
5g/L。
[0009]作为优选方案，在步骤(1)中，培养条件为温度20
‑
30℃，每天光照12h和避光12h，培养7
‑
14天。
[0010]作为优选方案，在步骤(2)中，培养条件为温度20
‑
30℃，每天光照12h和避光12h，加入pH缓冲液平衡pH为中性水体，培养时间为2天以上。
[0011]作为优选方案，在步骤(2)中，pH缓冲液为0.1mmol/L HEPES。
[0012]作为优选方案，在步骤(2)中，所述二价锰离子的添加量为1
‑
60mg/L。
[0013]作为优选方案，在步骤(2)中，所述二价锰离子来源为MnCl2。
[0014]作为优选方案，在步骤(1)中，培养基包括1.5g/L NaNO3、0.04g/LK2HPO4·
3H2O、0.075g/L MgSO4·
7H2O、0.036g/L CaCl2·
2H2O、0.006g/L柠檬酸、0.006g/L柠檬酸铁铵、0.001g/L EDTA、0.02g/L Na2CO3、2.86mg/L H3BO3、1.81mg/L MnCl2·
4H2O、0.222mg/L ZnSO4·
7H2O、0.390mg/L Na2MoO4·
2H2O、0.079mg/L CuSO4·
5H2O、0.049mg/L Co(NO3)2·
6H2O。
[0015]作为优选方案，在步骤(1)中，所述水生生物结皮来源于As污染尾矿湿地地区。
[0016]作为优选方案，离心条件为2500
‑
3500rpm离心10
‑
20min。
[0017]相比于现有技术，本专利技术实施例具有如下有益效果：
[0018]1、本申请培养水生环境中广泛存在的结皮中生物组分制作藻菌生物膜，所使用的藻菌生物膜具有高(As)耐性，在含As水体中快速生长，利用微生物介导二价锰盐离子氧化在藻菌生物膜表面产生锰氧化物，从而可以吸附或共沉淀水中的As，以此提升藻菌生物膜的As固定能力，并且形成的锰氧化物亦能同步氧化As(III)，将As(III)氧化成易于固定的As(V)并将其固定，保证了已固定As的稳定性。
[0019]2、本申请提供了一种低成本、高效的As去除策略，作为基于自然的解决方案之一，使用绿色修复材料，无二次污染，成本低廉，可应用于广泛存在的As污染水体的修复中。
附图说明
[0020]图1：为本专利技术一种利用锰离子促进藻菌生物膜修复含砷水体的修复原理示意图；
[0021]图2：为本专利技术实施例一中二价锰盐结合藻菌微生物修复22天水样中As形态的变化(注：DMA为五价二甲基As；UNKNOWN1为未鉴定有机As形态)；
[0022]图3：为本专利技术实施例一中步骤(2)处理水样22天后收集藻菌生物膜基于SEM
‑
EDS分析的元素分布；
[0023]图4：为本专利技术实施例一中处理水样后藻菌生物膜固定As检测步骤中关于藻菌生物膜胞外As形态的变化(注：DMA为五价二甲基As；MMA为五价一甲基As；UNKNOWN1为未鉴定有机As形态)；
[0024]图5：为本专利技术实施例一中处理水样后藻菌生物膜固定As检测步骤中关于藻菌生物膜胞内As形态的变化(注：DMA为五价二甲基As；MMA为五价一甲基As；UNKNOWN2为未鉴定有机As形态)。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]在河流、湖泊、湿地、稻田等水生环境中广泛存在有结皮，其为藻类和细菌及其胞外聚合物聚集无机矿物形成的聚合体，其能在恶劣的环境中快速生长并富集砷(As)，是良好的As去除剂。但其生物吸附能力有限，无法高效吸收As。锰(Mn)氧化物具有As吸附和氧化能力，能将As(III)氧化成As(V)并将其固定，是有效的As去除剂。但自然氧化形成Mn氧化物
极慢，生物氧化过程能有效地促进Mn氧化物的形成。结皮被发现能以Mn氧化物形式积累Mn，表明其可能具有Mn氧化潜力，从而促进As的去除。因此，本申请通过采集一种典型的结皮
‑
水生生物结皮作为微生物来源，培养其生物组分藻菌生物膜用于As污染水体的修复，并利用Mn提升其As固定能力。由于本研究所采集水生生物结皮具有结皮的典型特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用锰离子促进藻菌生物膜修复含砷水体的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采集水生生物结皮作为微生物来源，在培养基中培养，离心处理后，获得藻菌生物膜；(2)将藻菌生物膜和二价锰离子加入到待修复水体中培养。2.如权利要求1所述的一种利用锰离子促进藻菌生物膜修复含砷水体的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述藻菌生物膜的添加量为1
‑
5g/L。3.如权利要求1所述的一种利用锰离子促进藻菌生物膜修复含砷水体的方法，其特征在于，在步骤(1)中，培养条件为温度20
‑
30℃，每天光照12h和避光12h，培养7
‑
14天。4.如权利要求1所述的一种利用锰离子促进藻菌生物膜修复含砷水体的方法，其特征在于，在步骤(2)中，培养条件为温度20
‑
30℃，每天光照12h和避光12h，加入pH缓冲液平衡pH为中性水体，培养时间为2天以上。5.如权利要求4所述的一种利用锰离子促进藻菌生物膜修复含砷水体的方法，其特征在于，在步骤(2)中，pH缓冲液为0.1mmol/L HEPES。6.如权利要求1所述的一种利用锰离子促进藻菌生物膜修复含砷水体的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述二价锰离子的含量为1
‑
60mg/L。7.如权利要求1所述的一种利用锰离子促进藻菌生物...

【专利技术属性】
技术研发人员：王诗忠，陈驰宇，王国保，陈代杰，李梦瑶，冯泽楷，陈晓婷，姜园源，于航，晁元卿，汤叶涛，仇荣亮，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：