一种生物吸附菌及其应用

1.本发明涉及烟气中重金属的治理的技术领域，具体为一种生物吸附菌及其应用。


背景技术：

2.铅属于半挥发性重金属，也是毒性最大的重金属污染物之一，随烟气排放后能长时间停留在大气，并且远距离输送至水体和土壤，从而在哺乳动物和植物中产生蓄积，进入人体则会损害人体的神经系统、造血系统和消化系统，并影响儿童身体和智力发育。
3.其次，烟气中铅的存在形态主要有两种形式：气态铅pbg(pb0、pb
2+
)和颗粒铅(pbp)，由于国内的生活垃圾普遍含有盐和pvc材料等化学物质，使得焚烧后会形成高挥发性pbcl2，传统的烟气净化装置难以捕集和脱除。
4.再次，现阶段国内外研究的烟气铅处理技术集中在各种吸附剂的使用。常规碳基吸附剂(如活性炭)是目前烟气喷射重金属与细颗粒物协同脱除最常用的吸附剂，但是因为成本高昂而使用受到限制。非碳基吸附剂如钙基类、硅铝基类等吸附剂在高温条件下才能表现出较高的活性，低温条件下只能依靠物理作用对重金属进行吸附，且吸附能力有限。它们都在不同程度上存在着缺陷，且可能造成二次污染而存在环境风险，而生物吸附剂的使用还未见报道。
5.最后，生物吸附是指利用生物的新陈代谢及其衍生物或生物体自身的特殊结构对重金属进行吸附，包括胞外沉淀和细胞表面的络合、离子交换、氧化还原及无机微沉淀等。结合生物法在废水和土壤中处理铅的优势，生物吸附剂应用于烟气中铅的脱除应具有较好前景。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种生物吸附菌及其应用。
7.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
8.一种生物吸附菌，所述生物吸附菌为反硝化菌，所述反硝化菌从污泥样品驯化培养后获得；其中，包括：
9.制备反硝化菌培养基、以及制备反硝化菌微量元素液；取10g回流污泥样品加入到1l锥形瓶中，瓶中含1l反硝化培养基，置于摇床中在150rpm、30℃及有氧条件下培养72h。然后，取10ml培养后的菌悬浮液接种到含1l反硝化培养基中，继续在原有条件下培养，经过连续三次可富集所需的优势反硝化菌株；
10.从富集培养好的菌液中收集一定体积并置于离心机中在转速8000r/min下离心5min，用去离子水洗涤后继续离心，连续重复3次后放入冰箱4℃下保存作为吸附剂待用。
11.需要说明的是，所述反硝化菌培养基由c4h4na2o44.7g、na2hpo4·
12h2o 0.3g、kh2po40.2g、kno31g、mgso4·
7h2o 0.1g与微量元素液2ml组成。
12.需要说明的是，所述反硝化菌微量元素液由edta 50g、cacl25.5g、mncl2·
4h2o 5.5g、(nh4)2moo31.1g、feso4·
7h2o 5g、cuso4·
5h2o 1.57g、znso42.2g与cocl21.6g组成。
13.本发明还提供一种生物吸附菌的应用，所述反硝化菌用于脱除烟气中的挥发性铅。
14.本发明所达到的有益效果在于：
15.1、本发明筛选富集得到的反硝化菌能够利用不同的碳源和氮源用以生长，培养条件简单粗放，成本低廉，生长速度和周期很短。
16.2、本发明得到的反硝化菌能够在好氧条件下实现反硝化和烟气铅的吸附作用，吸附后能形成热力学稳定的磷酸盐矿物，可以有效地与重金属有机结合。
17.3、本发明得到的反硝化菌耐受烟气中铅的浓度范围较广，不产生二次污染，不用添加大量的化学试剂等。
附图说明
18.图1为本发明反硝化菌对不同浓度下烟气铅(二价铅)的吸附影响曲线图；
19.图2为本发明反硝化菌对不同浓度下烟气铅(0价铅)的吸附影响曲线图；
20.图3为本发明反硝化菌吸附烟气铅(pb2+)前后的x-射线衍射(xrd)分析示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
22.本发明为一种生物吸附菌，所述生物吸附菌为反硝化菌，所述反硝化菌从污泥样品驯化培养后获得；其中，包括：
23.制备反硝化菌培养基、以及制备反硝化菌微量元素液；取10g回流污泥样品加入到1l锥形瓶中，瓶中含1l反硝化培养基，置于摇床中在150rpm、30℃及有氧条件下培养72h。然后，取10ml培养后的菌悬浮液接种到含1l反硝化培养基中，继续在原有条件下培养，经过连续三次可富集所需的优势反硝化菌株；
24.从富集培养好的菌液中收集一定体积并置于离心机中在转速8000r/min下离心5min，用去离子水洗涤后继续离心，连续重复3次后放入冰箱4℃下保存作为吸附剂待用。
25.需要说明的是，所述反硝化菌培养基由c4h4na2o44.7g、na2hpo4·
12h2o 0.3g、kh2po40.2g、kno31g、mgso4·
7h2o 0.1g与微量元素液2ml组成。
26.需要说明的是，所述反硝化菌微量元素液由edta 50g、cacl25.5g、mncl2·
4h2o 5.5g、(nh4)2moo31.1g、feso4·
7h2o 5g、cuso4·
5h2o 1.57g、znso42.2g与cocl21.6g组成。
27.为了进一步陈述本发明的优势，如图1所示，为反硝化菌对不同浓度下烟气铅(二价铅)的吸附影响，结果表明，在pb
2+
进气浓度为0.5-10mg
·
m-3
的条件下，随着烟气浓度的上升，反硝化菌对pb
2+
的吸附容量逐渐上升且幅度越来越小。当pb
2+
进气浓度为0.77mg
·
m-3
时，pb
2+
对应的吸附容量有最小值为19μg
·
g-1
；当pb
2+
进气浓度为10mg
·
m-3
时，pb
2+
对应的吸附容量达到最大值为90.1μg
·
g-1
。由于pb
2+
浓度差变大会使得推动力增大，进一步减少pb
2+
与吸附剂之间的传质阻力，使得pb
2+
与反硝化菌菌体表面吸附位点的碰撞机会增加，从而提高了反硝化菌体对pb
2+
的吸附量。然而菌体吸附具有一定的饱和性，随着pb
2+
浓度的进
一步增加，吸附量增大的幅度会越来越小。同时这个结果展示了反硝化菌对烟气中pb
2+
进气浓度的耐受范围很广。
28.如图2所示，为反硝化菌对不同浓度下烟气铅(0价铅)的吸附影响，该结果展示了烟气中pb0在0.5-5mg
·
m-3
的浓度范围内，随着烟气浓度的增大，反硝化菌对pb0的吸附容量一直呈现上升的趋势。在pb0浓度为0.53mg
·
m-3
时，pb0的吸附容量有最小值为4.9μg
·
g-1
；当pb0为4.45mg
·
m-3
时，pb0的吸附容量达到最大值为98.9μg
·
g-1
。实验认为，同吸附烟气中pb
2+
一样，随着pb0浓度的增长，反硝化菌表面吸附位点的密度越来越大，对整个吸附过程产生了促进作用，从而提高了反硝化菌对pb0的吸附量，且按这个趋势反硝化菌还将在一段比较长的浓度范围内对pb0具有吸附作用。
29.如图3所示，反硝化菌吸附烟气铅(pb
2+
)前后的x-射线衍射(xrd)分析，结果显示，反硝化菌吸附pb
2+
后，生成了新的含磷和铅的复合物，如匹配度较高的pb3(po4)2、pb5(po4)3cl和pb
10
(po4)6(oh)2。因此，对于pb
2+
的吸附机理可以表述为pb
2+
首先结合反硝化菌表面的羟基、羧基等官能团，形成络合物附着于细胞表面，接着与磷酸基团进一步反应，最后生成热力学比较稳定的磷酸盐矿物沉淀，从而有效去除了烟气中的pb
2+
。
30.实施例1
31.反硝化菌对不同浓度下烟气铅(二价铅)的吸附影响。
32.在反硝化菌质量(湿重)为2g、ph＝7、温度为25℃、总进气流量为0.6l/min的条件下，改变进入生物吸附反应器中烟气和空气(二价铅)的比例，使之产生几个不同浓度的铅烟气并均匀通过装置，待烟气稳定后使反硝化菌发生180min(二价铅)的吸附反应，同时在进、出口采样并测定其浓度计算吸附容量。
33.实施例2
34.反硝化菌对不同浓度下烟气铅(0价铅)的吸附影响。
35.在反硝化菌质量(湿重)为2g、ph＝7、温度为25℃、总进气流量为0.6l/min的条件下，改变进入生物吸附反应器中烟气和氮气(0价铅)的比例，使之产生几个不同浓度的铅烟气并均匀通过装置，待烟气稳定后使反硝化菌发生240min(0价铅)的吸附反应，同时在进、出口采样并测定其浓度计算吸附容量。
36.实施例3
37.反硝化菌吸附烟气铅(pb
2+
)前后的x-射线衍射(xrd)分析。
38.将吸附烟气铅(pb
2+
)前后的反硝化菌在烘箱中于65℃条件下烘干，研磨成粉末后，采用x射线衍射仪(标注型号)进行分析。实验操作条件为：kα辅射源(cu)，2θ扫描区间10
°‑
80
°
，扫描速度2
°
/min，电压40kv，电流200ma，调整时间1.5s。
39.对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变，而所有的这些改变，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。