专利名称：一种微生物固结重金属离子的方法
技术领域：
本发明涉及微生物固结重金属离子的方法，更具体地说，本发明涉及微生物矿化作用固结重金属离子的方法。
背景技术：
治理重金属离子的方法有物理化学方法和生物学方法。物理化学方法往往代价昂贵，而且效果不好，容易造成二次污染，并且不适合大面积、低浓度的重金属污染。生物学方法中的微生物治理重金属污染是一种新兴的治理方法，这是一种环境友好的绿色治理方法，并且代价低廉。
生物修复是利用天然或人工改造的生物整体或组分来处理环境污染物的方法，具有投资少、效率高、可以原位处理低浓度环境有害污染物的特性，在环境治理中显示了极大的潜力，它还可以协调经济发展与环境保护之间的关系，实现社会的可持续发展。
发明内容
本发明的目的就是提供一种治理重金属离子生物学方法。利用巴氏芽孢杆菌生物酶化作用，使重金属离子固化沉积为碳酸盐以及微生物-重金属复合絮凝体。
本发明的目的采用如下技术方案实现的菌种的扩大培养将菌株巴氏芽孢杆菌(Bacillus pasteurii)接种至以尿素为基底物的LB培养基中，于振荡培养箱中25～37℃振荡培养，培养12～24小时；将上述步骤获得的菌悬液加入到含有重金属离子的土壤或溶液中，产生微生物-重金属复合絮凝体，进一步生成不溶于水的碳酸盐。
菌悬液加入到含有重金属离子的土壤、溶液中，同时掺入一定比例的Ca2+溶液，其Ca2+的摩尔浓度为土壤或溶液中重金属离子摩尔浓度0.5～2倍，并调节pH值、菌液浓度，以控制碳酸钙晶体的尺寸、形貌、晶型，从而形成物性稳定的重金属离子Ca2+共结晶碳酸盐晶体，共结晶出活性重金属离子。
巴氏芽孢杆菌接种至LB培养基中，以培养基中的底物尿素为营养源，产生脲酶，不断分解尿素，致使溶液中pH值适宜升高，利于菌体的生长繁殖，酶化作用也得以不断增强。在这一过程中，底物尿素不断分解，使溶液中的CO32-浓度不断增加。同时菌体细胞膜界面处带负电荷的SM(水可溶有机质)不断螯合体相中重金属离子，由于电荷吸引效应，螯合的重金属又可以诱导出局部的晶体阴离子CO32-，浓度进一步增大，直到晶体前驱物浓度增大到利于核化，沉积出晶体颗粒。
微生物固结重金属离子的步骤为第一步，金属离子的螯合富集阶段，微生物体及微生物分泌有机质螯合、吸附重金属离子，使广域微量重金属离子转变为局部高含量体系；第二步，金属碳酸盐沉积阶段，利用生物矿化原理，巴氏芽孢杆菌分解尿素产生CO32-与土壤中的重金属结合产生难溶的碳酸盐。
整个反应如式(1)～式(5)所示
不断产生的碳酸根离子在细菌体表面及溶液中富集，与溶液中的金属离子反应生成不溶性共沉淀。
反应式(1)～式(5)为
(2)(3)(4)(5)本发明具有如下优点1、本发明能够固结土壤、溶液中游离的重金属离子，能有效降低土壤、溶液中活性重金属含量，防止游离态重金属离子通过植物吸收、雨水冲刷等方式进入生物圈。
2、本发明使受重金属污染的土壤、水源等得到很好修复，并不破坏原生态环境，不会造成二次污染，同时经济简便，实用价值高，可以大面积推广使用。
3、本发明所采用的菌株对人体无害，利用该方法防止重金属污染物进入生物链下游，保障人类生存安全。
说明书附1常温下微生物沉积碳酸隔的XRD图谱。
图2常温下微生物共结晶产物的XRD图谱，A-Ca0.67Cd0.33CO3B-CaCO3C-CdCO3。
图3Ca2+/Cd2+为0.5条件下菌液中共结晶产物的1000倍SEM照片。
图4Ca2+/Cd2+为0.5条件下菌液中共结晶产物的5000倍SEM照片。
图5Ca2+/Cd2+为2菌液中共结晶产物的1000倍SEM照片。
图6Ca2+/Cd2+为2菌液中共结晶产物的5000倍SEM照片。
图7常温下微生物处理前后土壤中的有效态重金属含量变化。
具体实施例实施例1微生物固结重金属离子的方法，菌种的扩大培养将菌株巴氏芽孢杆菌(Bacillus pasteurii)接种至以尿素为基底物的LB培养基中，于振荡培养箱中25～37℃振荡培养，培养12～24小时；将上述获得的菌悬液加入到含有重金属离子的土壤或溶液中，产生微生物-重金属复合絮凝体，进一步生成不溶于水的碳酸盐。菌悬液加入到土壤或溶液同时掺入氯化钙溶液，其Ca2+的摩尔浓度为土壤或溶液中重金属离子摩尔浓度0.5～2倍。
实施例2将巴氏芽孢杆菌的菌株接种到三角瓶中的LB培养基上，其中培养基成分如表1所示，于恒温振荡培养箱中25～37℃振荡培养，培养12～24小时取出，常温下掺入1mol/L CdCl2，迅速产生沉淀，将其过滤、烘干，测定沉淀物(如
图1)，可知在微生物环境下，重金属离子被固结为碳酸盐，达到矿化重金属的目的。
表1培养基成分
实施例3巴氏芽孢杆菌的菌株接种到三角瓶中的LB培养基上，于恒温振荡培养箱中25～37℃振荡培养，培养12～24小时取出，常温下掺入0.5mol/L CaCl2，1mol/LCdCl2溶液，迅速产生沉淀，将其过滤、烘干，经XRD定性分析为共结晶物质A为Ca0.67Cd0.33CO3，B为CaCO3，C为CdCO3的混合物(图2)，部分重金属Cd与Ca以碳酸盐的形式共结晶出来，颗粒形貌如图3、图4所示，多呈球形。
实施例4巴氏芽孢杆菌的菌株接种到三角瓶中的LB培养基上，于恒温振荡培养箱中25～37℃振荡培养，培养12～24小时取出，常温下掺入0.9mol/L CaCl2，1mol/LCdCl2溶液，迅速产生沉淀，将其过滤、烘干，经XRD定性分析为共结晶物质A为Ca0.67Cd0.33CO3，B为CaCO3，C为CdCO3的混合物，重金属Cd与Ca以碳酸盐的形式共结晶出来。
实施例5巴氏芽孢杆菌的菌株接种到三角瓶中的LB培养基上，于恒温振荡培养箱中25～37℃振荡培养，培养12～24小时取出，常温下掺入1.2mol/L CaCl2，1mol/LCdCl2溶液，迅速产生沉淀，将其过滤、烘干，经XRD定性分析为共结晶物质A为Ca0.67Cd0.33CO3，B为CaCO3，C为CdCO3的混合物，重金属Cd与Ca以碳酸盐的形式共结晶出来。
实施例6巴氏芽孢杆菌的菌株接种到三角瓶中的LB培养基上，于恒温振荡培养箱中25～37℃振荡培养，培养12～24小时取出，常温下掺入2mol/L CaCl2，1mol/L CdCl2溶液，迅速产生沉淀，将其过滤、烘干，经XRD定性分析为共结晶物质A为Ca0.67Cd0.33CO3，B为CaCO3，C为CdCO3的混合物(图2)，部分重金属Cd与Ca以碳酸盐的形式共结晶出来，颗粒形貌如图5、图6所示，多呈球形。
实施例7巴氏芽孢杆菌的菌株接种到三角瓶中的LB培养基上，于恒温振荡培养箱中25～37℃振荡培养，培养12～24小时取出。同时取土壤试样1Kg，本试样不含重金属离子，向其中加入0.05mol/L CdCl21ml，饱和PbCl2100ml，0.5mol/LZnCl2200mL，0.5mol/LCuCl2200mL混合溶液，搅拌均匀，制备被污染的土壤试样。取被污染的土壤试样，提取有效态重金属离子，提取液M待测，结果为原始有效态重金属含量。
向被污染的土壤试样中加入4mol/L尿素500mL，搅拌均匀。同时加入已培养好的100毫升菌悬液，8天尿素分解后，取样，提取有效态重金属，提取液N待测。将待测液M、N采用等离子发射光谱(ICP)，分析有效态重金属的变化(表2)。由土壤中有效态的重金属含量的变化(图7)，可以看出细菌分解底物矿化土壤中的重金属，各种有效态的重金属含量都有了不同程度的减少。减少的程度不同是由于重金属所具有的化学特性不同造成的。
表2土壤中有效态的重金属离子的变化
权利要求
1.一种微生物固结重金属离子的方法，其特征在于，1)菌种的扩大培养将菌株巴氏芽孢杆菌(Bacillus pasteurii)接种至以尿素为基底物的LB培养基中，于振荡培养箱中25～37℃振荡培养，培养12～24小时；2)将上述步骤获得的菌悬液加入到含有重金属离子的土壤或溶液中，产生微生物-重金属复合絮凝体，进一步生成不溶于水的碳酸盐。
2.根据权利要求1所述一种微生物固结重金属离子的方法，其特征在于，菌悬液加入到土壤或溶液同时掺入Ca2+溶液，其Ca2+的摩尔浓度为土壤或溶液中重金属离子摩尔浓度0.5～2倍。
全文摘要
一种微生物固结重金属离子的方法，菌种的扩大培养将菌株巴氏芽孢杆菌(Bacillus pasteurii)接种至以尿素为基底物的LB培养基中，于振荡培养箱中25～37℃振荡培养，培养12～24小时；将上述步骤获得的菌悬液加入到含有重金属离子的土壤或溶液中，产生微生物－重金属复合絮凝体，进一步生成不溶于水的碳酸盐。菌悬液加入到土壤或溶液同时掺入Ca
文档编号B09C1/10GK1923720SQ20061004153
公开日2007年3月7日 申请日期2006年9月13日 优先权日2006年9月13日
发明者钱春香, 王瑞兴, 成亮, 吴淼 申请人:东南大学