本發(fā)明屬于重金屬污染廢水生物修復(fù)領(lǐng)域，具體涉及一種固定化內(nèi)生菌生物吸附劑處理含鉛廢水的方法。
背景技術(shù)：
：隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人類在城市化建設(shè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等過程中向環(huán)境中排放了大量的重金屬。重金屬污染物釋放進入環(huán)境介質(zhì)后，不易分解，同時通過生物累積作用，參與食物鏈循環(huán)并在生物體內(nèi)積累與放大，因而具有明顯的生物毒性，對生態(tài)系統(tǒng)和公眾健康產(chǎn)生了巨大威脅。近年來，在眾多的污染物治理中，重金屬污染治理受到了越來越多的關(guān)注。近幾十年來，利用物理、化學(xué)方法治理鉛污染廢水的方法取得了很大發(fā)展并被成功地應(yīng)用，主要有淋洗法、化學(xué)沉淀法、電化學(xué)法、氧化還原法、離子交換法、膜技術(shù)法、反向滲透法、蒸發(fā)治理等方法。但這些方法存在治理費用高、效率低下、需要大量勞動力、處理過程缺乏選擇性及容易帶來二次污染等缺點。因而努力尋求新的方法來治理鉛污染變得很迫切。作為環(huán)境友好型技術(shù)的生物修復(fù)技術(shù)在治理鉛污染中具有重要的意義，研究發(fā)現(xiàn)：在重金屬污染地區(qū)生存的微生物能夠進化出一系列的生存手段來應(yīng)對重金屬的環(huán)境壓力。重金屬的生物修復(fù)法的關(guān)鍵就是利用這些微生物進化出來對抗重金屬污染的生存機制來處理環(huán)境中特別是水體環(huán)境中的重金屬污染。因此，如何篩選馴化出重金屬耐性強的微生物并開發(fā)出能有效處理重金屬污染廢水的生物吸附材料和生物修復(fù)技術(shù)成為當(dāng)務(wù)之急。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種吸附容量高、吸附效率好、穩(wěn)定性好、對廢水中的重金屬鉛有強去除能力且重復(fù)利用率高的固定化內(nèi)生菌生物吸附劑處理含鉛廢水的方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種固定化內(nèi)生菌生物吸附劑處理含鉛廢水的方法，包括以下步驟：將固定化內(nèi)生菌生物吸附劑加入含鉛廢水中，恒溫振蕩下進行吸附，以去除廢水中的鉛；在恒溫振蕩前調(diào)節(jié)所述含鉛廢水的ph值至2～5，所述吸附的時間為0.25h～24h，所述吸附的溫度為20℃～35℃，所述固定化內(nèi)生菌生物吸附劑的用量為0.15g/50ml含鉛廢水～0.85g/50ml含鉛廢水，所述含鉛廢水中鉛離子的初始濃度為10mg/l～500mg/l；所述固定化內(nèi)生菌生物吸附劑由以下方法制備得到：(1)改性碳納米管的制備：將多壁碳納米管與混酸進行混合，所述混酸由濃硫酸和濃硝酸組成，混合后在110℃～130℃溫度和10r/min～30r/min攪拌的條件下，冷卻回流1h～3h，然后在室溫下放置24h～72h，再進行離心分離，將所得沉淀物洗滌至中性，經(jīng)真空抽濾和真空干燥后，得到改性碳納米管；(2)固定化基質(zhì)的制備：將聚乙烯醇、海藻酸鈉和步驟(1)得到的改性碳納米管加入水中混合，攪拌均勻后，靜置冷卻并滅菌，得到固定化基質(zhì)；其中，聚乙烯醇、海藻酸鈉、改性碳納米管與固定化基質(zhì)的比例為2g～8g∶1g～6g∶0.2g～0.5g∶100ml；(3)生物吸附劑的制備：將內(nèi)生菌懸液加入到步驟(2)所得固定化基質(zhì)中，內(nèi)生菌懸液與固定化基質(zhì)的體積比為5～20∶100，攪拌均勻后，經(jīng)注射裝置擠壓到氯化鈣溶液中進行交聯(lián)反應(yīng)，交聯(lián)反應(yīng)時間為10h～48h，得到固定化內(nèi)生菌生物吸附劑，本步驟的操作均在室溫?zé)o菌環(huán)境下進行。上述的固定化內(nèi)生菌生物吸附劑處理含鉛廢水的方法中，優(yōu)選的，所述含鉛廢水的ph值為3～5，所述吸附的時間為10h～24h，所述吸附的溫度為25℃～35℃，所述固定化內(nèi)生菌生物吸附劑的用量為0.25g/50ml含鉛廢水～0.65g/50ml含鉛廢水，所述含鉛廢水中鉛離子的初始濃度為10mg/l～200mg/l。上述的固定化內(nèi)生菌生物吸附劑處理含鉛廢水的方法中，優(yōu)選的，所述含鉛廢水的ph值為5，所述吸附的時間為12h，所述吸附的溫度為30℃，所述固定化內(nèi)生菌生物吸附劑的用量為0.25g/50ml含鉛廢水，所述鉛離子在廢水中的初始濃度為100mg/l。上述的固定化內(nèi)生菌生物吸附劑處理含鉛廢水的方法中，優(yōu)選的，所述固定化內(nèi)生菌生物吸附劑對含鉛廢水的吸附-解吸循環(huán)使用次數(shù)≤20次。上述的固定化內(nèi)生菌生物吸附劑處理含鉛廢水的方法中，優(yōu)選的，所述固定化內(nèi)生菌生物吸附劑制備過程中：步驟(2)中，聚乙烯醇、海藻酸鈉、改性碳納米管與固定化基質(zhì)的比例為6g∶2g∶0.5g∶100ml；步驟(3)中，內(nèi)生菌懸液與固定化基質(zhì)的體積比為15∶100，交聯(lián)反應(yīng)時間為10h。上述的固定化內(nèi)生菌生物吸附劑處理含鉛廢水的方法中，優(yōu)選的，所述固定化內(nèi)生菌生物吸附劑制備的步驟(3)中，所述內(nèi)生菌懸液由以下方法制備得到：(a)植物樣品預(yù)處理：將新鮮植物樣品東南景天洗凈并將其根莖葉分別切成2cm～3cm的小段；(b)植物樣品表面的消毒：將預(yù)處理后的植物樣品的根莖葉在乙醇溶液中浸泡2min～5min后轉(zhuǎn)移到次氯酸鈉溶液中繼續(xù)浸泡0.5min～2min，將浸泡后的植物根莖葉樣品用無菌水多次沖洗以去除表面的消毒液，并取最后一次洗滌液涂布平板上進行恒溫培養(yǎng)作為表面消毒的對照，若對照平板無菌落則證明表面消毒充分，后續(xù)步驟所分離獲得的均為植物內(nèi)生菌；(c)內(nèi)生菌的分離和浸出：將經(jīng)過表面消毒后的植物根莖葉樣品置于含纖維素酶和十二烷基硫酸鈉的滅菌pbs溶液中研磨，將研磨液轉(zhuǎn)入容器中攪拌，將植物組織的內(nèi)生菌充分浸出，得到內(nèi)生菌浸出液和植物殘渣；(d)內(nèi)生菌的分離純化：在無菌條件下將內(nèi)生菌浸出液作梯度稀釋，分別取原液和不同稀釋倍數(shù)的稀釋液涂布于tsb瓊脂平板，另將植物殘渣直接印記至tsb瓊脂平板上，所有平板恒溫培養(yǎng)，然后挑取不同形態(tài)的菌落，其中真菌至察氏培養(yǎng)基中，細(xì)菌至tsb固體培養(yǎng)基中，劃線培養(yǎng)至純后，得到內(nèi)生菌，具體為內(nèi)生地衣芽孢桿菌；(e)內(nèi)生菌懸液的制備：將內(nèi)生菌接種培養(yǎng)為種子液，種子液再接種至發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)，得到內(nèi)生菌懸液。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：1、本發(fā)明采用了一種新型的固定化內(nèi)生菌生物吸附劑處理含鉛廢水，吸附容量高，吸附效率好，吸附劑在廢水中的穩(wěn)定性好，對廢水中的重金屬鉛有強去除能力，并且吸附-解吸過程的重復(fù)利用率高，多次重復(fù)后吸附效率仍然能保護較高水平，能夠廣泛用于處理水體環(huán)境中的重金屬污染。2、本發(fā)明處理含鉛廢水采用的生物吸附劑是首次以重金屬重污染區(qū)域的植物東南景天體內(nèi)提取的內(nèi)生地衣芽孢桿菌作為固定化用的微生物、并首次將碳納米管進行改性后結(jié)合聚乙烯醇、海藻酸鈉固定化內(nèi)生地衣芽孢桿菌制得，該生物吸附劑的吸附性能好，重復(fù)利用率高，可有效解決現(xiàn)有生物吸附劑所存在的缺陷，并且制備過程簡單易行，易于控制，生產(chǎn)周期短，成本低廉，技術(shù)通用性好。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例1中提取得到的bre07號微生物的照片。圖2為本發(fā)明實施例1中提取的bre07號耐鉛微生物在革蘭氏染色前的顯微照片。圖3為本發(fā)明實施例1中提取的bre07號耐鉛微生物在革蘭氏染色后的顯微照片。圖4為本發(fā)明實施例1中提取的bre07號耐鉛微生物的電泳圖(圖a)與現(xiàn)有ncbi數(shù)據(jù)庫中地衣芽孢桿菌(bacilluslicheniformis)的電泳對比圖(圖b)，其中，圖a為實施例1的bre07的16srdna圖，圖b為標(biāo)準(zhǔn)條帶圖。圖5為本發(fā)明實施例1中不同ph值下固定化微生物小球和未添加微生物小球?qū)U廢水吸附效果的影響曲線。圖6為本發(fā)明實施例1中不同吸附時間下固定化微生物小球?qū)U廢水(濃度為50、100mg/l)吸附效果的影響曲線。圖7為本發(fā)明實施例1中不同吸附溫度下固定化微生物小球?qū)U廢水吸附效果的影響曲線。圖8為本發(fā)明實施例1中不同吸附劑用量下固定化微生物小球和未添加微生物小球?qū)U廢水吸附效果的影響曲線。圖9為本發(fā)明實施例1中不同鉛離子初始濃度下固定化微生物小球?qū)U廢水吸附效果的影響曲線。圖10為本發(fā)明實施例1中固定化內(nèi)生菌生物吸附劑的吸附-解吸效率圖。具體實施方式以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護范圍。以下實施例中所采用的材料和儀器均為市售。以下各實施例和對比例中，采用的實驗設(shè)備、藥劑和測定方法等如下：1、實驗設(shè)備及儀器本發(fā)明將從超累積植物體內(nèi)提取的內(nèi)生菌進行了固定化制得一種新型的生物吸附劑，通過處理實驗室模擬重金屬鉛廢水，探討了本發(fā)明的生物吸附劑的最佳制備條件、最佳吸附條件、最優(yōu)吸附量。實驗中需要使用的實驗設(shè)備有超凈工作臺、生化培養(yǎng)箱、高壓滅菌鍋、恒溫震蕩搖床等。實驗中需要使用的實驗儀器有：ph計、原子吸收分光光度計、電子分析天平等。2、實驗材料與藥劑本實驗中需要測定的項目主要是重金屬鉛離子的濃度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的測定方法，研究中需要使用到的藥劑均為分析純試劑。3、分析項目及方法重金屬鉛離子的測定：原子吸收分光光度法。相應(yīng)的分析步驟均按國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法執(zhí)行。本發(fā)明創(chuàng)新性地將從重金屬超累積植物中篩選出鉛抗性強的微生物，采用聚乙烯醇、海藻酸鈉和改性后的碳納米管來固定微生物，通過考察制備吸附劑的最佳操作條件及吸附鉛的最佳吸附條件，系統(tǒng)地研究改性碳納米管固定化微生物處理含鉛廢水的技術(shù)方案，以便實現(xiàn)對廢水中鉛的良好處理效果。實施例1：一種本發(fā)明的固定化內(nèi)生菌生物吸附劑處理含鉛廢水的方法，研究過程和方案如下：將固定化內(nèi)生菌生物吸附劑加入含鉛廢水中，在恒溫振蕩下進行吸附，以去除廢水中的鉛。其中，固定化內(nèi)生菌生物吸附劑的制備過程以及生物吸附劑去除含鉛廢水中鉛離子的工藝過程具體如下。s1、制備固定化內(nèi)生菌生物吸附劑，用于作為處理含鉛廢水的吸附劑。1、超累積植物體內(nèi)內(nèi)生菌的篩選馴化1.1土壤中重金屬含量的測定(1)準(zhǔn)確稱取0.5g過100目孔徑篩的土壤樣品，置于聚四氟乙烯坩堝中，用水潤濕后，加入鹽酸10ml，徹底冷卻。(2)將步驟(1)所得裝有土壤樣品的坩堝置于通風(fēng)櫥內(nèi)的電熱板上，120℃加熱，分解樣品。若反應(yīng)還產(chǎn)生棕黃色煙，說明有機質(zhì)還多，要反復(fù)補加5ml硝酸，至不產(chǎn)生棕黃色煙，剩余約3～4ml，取下，待其冷卻。(3)加入hf酸5ml，設(shè)置180℃加熱煮沸10min，取下，冷卻。(4)加入高氯酸5ml，以220℃的溫度蒸發(fā)至剩余2ml左右，然后加入高氯酸2ml，再次蒸發(fā)至近干，冷卻。(5)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的硝酸25ml，煮沸溶解殘渣。(6)將消解好的溶液移至50ml容量瓶中，定容至標(biāo)線，備測。以下表1是采集植物區(qū)的土壤重金屬含量情況，采自衡陽市水口山尾礦庫附近。表1土壤中重金屬含量金屬元素鉛pb鎘cd備注含量(mg/kg)1482.23197.17土壤背景值(mg/kg)250.5超標(biāo)倍數(shù)59.29394.34重金屬污染超標(biāo)嚴(yán)重由表1我們可看出，實驗采集的土壤中重金屬含量超標(biāo)相當(dāng)嚴(yán)重，土壤中鉛污染超標(biāo)59.29倍，鎘污染超標(biāo)394.34倍。1.2內(nèi)生菌的提取(a)植物樣品預(yù)處理小心將采集好的新鮮植物東南景天根部泥土去除，用清水洗凈并將其根莖葉分別切成2cm左右的小段。(b)植物樣品表面的消毒根據(jù)植物表皮厚薄分別將預(yù)處理后的植物樣品的根莖葉在體積分?jǐn)?shù)為70％的乙醇溶液中浸泡2～5min后立即轉(zhuǎn)移到氯元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的次氯酸鈉溶液中繼續(xù)浸泡0.5～2min，用無菌水將浸泡后的植物樣品沖洗5次以去除參于表面的消毒液，并取100μl最后一次洗滌液涂布平板于30℃下恒溫培養(yǎng)3天作為表面消毒的對照，若對照平板無菌落則證明表面消毒充分，后續(xù)步驟所分離獲得的均為植物內(nèi)生菌。表面消毒液(乙醇溶液和次氯酸鈉溶液)的浸泡時間為獲得充分表面消毒效果的最短時間。一般說來，植物的根莖表面消毒時間要長于葉部。(c)內(nèi)生菌的分離和浸出方法將經(jīng)過表面消毒后的植物根莖葉樣品于10ml含重量體積分?jǐn)?shù)為1％纖維素酶和0.25％sds(十二烷基硫酸鈉)的滅菌pbs溶液中充分研磨，將研磨液轉(zhuǎn)入50ml錐形瓶中150rpm攪拌，30℃條件下保持1h。在利用機械剪切力使植物內(nèi)生菌釋放出來的同時再利用表面活性劑和纖維素酶能分解植物的纖維素和細(xì)胞壁的特點，將植物組織的內(nèi)生菌充分浸出。(d)內(nèi)生菌的分離純化在無菌條件下一方面將經(jīng)內(nèi)生菌分離和浸出液作梯度稀釋，分別取原液、10倍、100倍稀釋液100μl涂布于tsb瓊脂平板；另一方面，將植物殘渣直接印記至tsb瓊脂平板上，所有平板均于30℃恒溫培養(yǎng)箱2～14天后挑取不同形態(tài)的菌落。真菌至察氏培養(yǎng)基，細(xì)菌至tsb固體培養(yǎng)基中，劃線培養(yǎng)至純后，經(jīng)篩選得到重金屬鉛抗性強的內(nèi)生菌，于-80℃保存。本步驟是超累積植物體內(nèi)內(nèi)生抗性菌株的提取，超累積植物體內(nèi)含有的微生物種類繁多，本實施例從采自衡陽市水口山尾礦庫附近采集的超累積植物東南景天體內(nèi)提取了耐鉛性微生物，編號為07，命名為bre07，如圖1所示。將此種微生物轉(zhuǎn)接種至含pb2+牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中培養(yǎng)3d，形成的菌落大，與在不含pb2+牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中形成的菌落大小相差不多，最高耐受濃度為600mg/l。對微生物進行革蘭氏染色，在顯微攝像系統(tǒng)下觀察到，對比未染色的微生物，bre07號微生物經(jīng)革蘭氏染色后呈紅色，表明其為革蘭氏陰性菌，染色前后對比分別如圖2和圖3所示。將提取得到的抗性較強的微生物進行瓊脂凝膠電泳后，具體為1％瓊脂糖電泳，150v、100ma、20min的電泳觀察，得到如圖4所示的結(jié)果，a為本實施例的16srdna圖，b為標(biāo)準(zhǔn)條帶圖，可看到圖片對應(yīng)的光帶很明顯，將其進行處理后進行后續(xù)的研究。在耐pb2+微生物bre07的16srdna進行pcr擴增后，得到了長度為1449bp的該菌的16srdna，將測得的序列與現(xiàn)有ncbi數(shù)據(jù)庫中的菌種序列進行比對發(fā)現(xiàn)07屬于芽孢桿菌屬(bacillussp.)，并且與數(shù)據(jù)庫地衣芽孢桿菌(bacilluslicheniformis)具有100％的相似性，genbank數(shù)據(jù)庫中序列登錄號為gu967445。由此可知，本實施例中提取的微生物為內(nèi)生地衣芽孢桿菌。1.3內(nèi)生菌懸液的制備調(diào)節(jié)種子液培養(yǎng)基ph為7.0，于0.1mpa滅菌30min。在新鮮的斜面上挑取少許菌落，接種至裝有20ml種子液培養(yǎng)基的50ml錐形瓶內(nèi)，于30℃、150r/min的搖床速度下培養(yǎng)24h，將此培養(yǎng)液作為菌種接種時的種子液。發(fā)酵液培養(yǎng)基于自然ph下，在0.1mpa滅菌30min，在無菌條件下以體積分?jǐn)?shù)為4％的接種量接種種子液于含100ml發(fā)酵液培養(yǎng)基的250ml的錐形瓶中，溫度30℃、搖床速度120r/min下培養(yǎng)48h，得到的即為后續(xù)所需內(nèi)生菌懸液。內(nèi)生菌懸液中內(nèi)生菌的體積分?jǐn)?shù)為2％～6％均可。2、固定化內(nèi)生菌生物吸附劑的制備及制備條件最優(yōu)化2.1改性碳納米管的制備(1)多壁碳納米管的來源：購買所得，量為20g。(2)制作改性碳納米管將5g多壁碳納米管(mwcnts)放入三口圓底燒瓶中，在燒瓶里加入100ml混酸(體積比為3∶1的濃硫酸和濃硝酸)，在110～130℃溫度下、以較小的速度10r/min攪拌，冷卻回流1h，并且室溫下放置24h，離心分離(10000r/min)，將氧化后的mwcnts用超純水洗滌至中性，真空抽濾，過濾后置于真空干燥箱里于60℃下干燥12h，得到改性多壁碳納米管，研磨后儲于干燥箱備用。經(jīng)測試，改性后的碳納米管頂端的五邊形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生開口，管壁的七邊形結(jié)構(gòu)破裂，氧化形成cooh鍵(可由傅里葉紅外光譜儀得到該結(jié)果)2.2固定化內(nèi)生菌生物吸附劑的制備(1)固定化基質(zhì)的制備：首先將聚乙烯醇、海藻酸鈉、上述制得的改性碳納米管按表3中的比例用水混合，加熱并連續(xù)攪拌直至該混合液變得均勻。然后將混合液在室溫下放置24h，以便冷卻和消除溶解過程中生成的氣泡。將上述混合液進行分裝、滅菌、冷卻后，得到固定化基質(zhì)。(2)生物吸附劑的制備：將表3中相應(yīng)體積的內(nèi)生菌懸液(由菌液量算得)加入到100ml固定化基質(zhì)中，反復(fù)攪拌均勻后，用對應(yīng)規(guī)格的注射器將其擠壓到氯化鈣溶液(cacl2溶液，50ml，0.2m)中，室溫下交聯(lián)反應(yīng)10h，形成直徑約為3-5mm的小球，即為固定化內(nèi)生菌生物吸附劑。將所得固定化內(nèi)生菌生物吸附劑用無菌水清洗后，在4℃下放置10h～72h，再投入到相應(yīng)廢液中進行吸附效果測定。在上述制備固定化內(nèi)生菌生物吸附劑的過程中，包括聚乙烯醇在固定化基質(zhì)中的濃度a、海藻酸鈉在固定化基質(zhì)中的濃度b、改性碳納米管在固定化基質(zhì)中的濃度c、菌液量d(即內(nèi)生菌懸液與固定化基質(zhì)的體積比)、交聯(lián)時間e對吸附劑的吸附效果進行影響因素水平正交實驗，正交表選擇l16(45)，16表示行數(shù)及所需實驗組數(shù)，5表示因子，4表示水平，以確定最優(yōu)操作條件。單因素值及正交實驗設(shè)計組數(shù)如表2及表3所示：表2單因素值表3正交實驗設(shè)計組數(shù)在上述制備固定化內(nèi)生菌生物吸附劑的過程中，聚乙烯醇濃度、海藻酸鈉濃度、改性碳納米管濃度、菌液量、交聯(lián)時間會影響吸附劑的吸附效果，因此進行了影響因素水平正交實驗，正交表選擇l16(45)，16表示行數(shù)及所需實驗組數(shù)，5表示因子，4表示水平，以確定最優(yōu)操作條件。根據(jù)上述設(shè)計的正交試驗做出16組小球并將小球投入200mg/l的pb2+廢液中于30℃、150rpm轉(zhuǎn)速下吸附12h，檢測吸附后廢液中pb2+濃度，第十組即a3b2c4d3e1成球狀態(tài)理想且吸附率高，因此本發(fā)明制備生物吸附劑的最佳條件為每100ml固定化基質(zhì)含聚乙烯醇6g，海藻酸鈉2g，改性碳納米管0.5g，菌懸液15ml，交聯(lián)時間為10h。s2：將上述制備的固定化內(nèi)生菌生物吸附劑(優(yōu)選采用第十組a3b2c4d3e1條件下制備的固定化內(nèi)生菌生物吸附劑)用于處理含鉛廢水，并研究處理過程的最佳條件1、吸附方法固定化內(nèi)生菌生物吸附劑制備完成后，無菌超純水清洗3-5次，用于轉(zhuǎn)移至含鉛模擬廢水中進行吸附。用1mol/lhno3溶液調(diào)節(jié)含鉛模擬廢水的ph。稱取一定量的固定化內(nèi)生菌生物吸附劑加入到已調(diào)ph含50ml含鉛廢水的150ml錐形瓶中，恒溫振蕩(轉(zhuǎn)速150r/min)進行吸附，吸附完成后取液體的樣，5000r/min離心5min，取上清液，0.45μm濾膜過濾，用原子吸收分光光度計測定溶液中剩余pb2+濃度，計算離子的吸附量、吸附率。實驗設(shè)三個平行樣，測量的數(shù)據(jù)平均值用于結(jié)果分析。2、吸附條件對固定化內(nèi)生菌生物吸附劑的影響實驗(1)ph值(添加未固定微生物作為對照)取適量含pb(ii)溶液，使pb(ii)濃度為100mg/l，用hno3溶液調(diào)節(jié)其ph值分別為2、3、4、5，分裝到2×4×3個250ml錐形瓶里(每個ph值裝6個瓶，3瓶為固定化微生物小球，3瓶為未固定化微生物小球)，每瓶含溶液50ml。以未固定微生物為對照樣，每個ph梯度下設(shè)3個平行樣。取0.25g吸附劑，分別投加于盛有鉛離子的錐形瓶中，30℃，150rpm條件下在搖床中進行恒溫振蕩吸附，吸附12h后取樣，5000r/min離心5min，取上清液，經(jīng)0.45μm濾膜抽濾，取濾液10ml，測定剩余鉛離子濃度，計算吸附效率。吸附率計算公式：式中：c0——廢液初始鉛離子濃度c——吸附后剩余鉛離子濃度如圖5所示，微生物進行固定化后制得的小球比未固定微生物制得的小球?qū)χ亟饘賞b2+有更高的吸附率，圖5中分別是固定化微生物小球(即本發(fā)明的固定化內(nèi)生菌生物吸附劑，下同)以及未固定微生物的小球隨ph變化趨勢圖。固定化微生物小球的表面電荷和電離度極容易受溶液ph影響，影響其化學(xué)特性和表面特征。當(dāng)ph過低時，水合氫離子(h3o+)會占據(jù)附著在小球表面及孔隙中微生物細(xì)胞壁的鏈接基團，產(chǎn)生斥力作用阻礙pb2+對細(xì)胞的靠近，溶液ph值越低水合氫離子(h3o+)越多阻力越大。但隨著ph值升高并超過pb2+產(chǎn)生微沉淀的上限時，溶液中的大量pb2+會以不溶解氧化物、氫氧化物微粒的形式，使吸附無法進行。本實驗用于吸附的固定化微生物小球是以海藻酸鈉、改性多壁碳納米管包埋植物內(nèi)生菌bre07制得，對比未固定內(nèi)生菌bre07的小球而言，其吸附pb2+時受溶液ph值影響小，也有著相對高的吸附率。固定化微生物小球表面、孔隙均可供內(nèi)生菌bre07附著，而改性碳納米管及海藻酸鈉對ph值的耐受能力相對強，同時改性碳納米管、bre07對pb2+有著一定的吸附、轉(zhuǎn)化作用，從超累積植物東南景天體內(nèi)獲得的微生物bre07的細(xì)胞表面含有羧基和羥基，能螯合轉(zhuǎn)化吸附pb2+。廢液ph值對制備得到的固定化微生物小球吸附pb2+的影響較強，從圖5可看出，此種生物吸附劑對pb2+的吸附率隨著廢液ph值的增加而增加，當(dāng)ph達(dá)到5時，吸附率幾乎達(dá)到100％，ph＝5是吸附的最佳ph。(2)吸附時間取適量含pb(ii)溶液，調(diào)節(jié)其ph值為5，使pb(ii)濃度分別為50、100mg/l，各分裝到13×3個250ml錐形瓶里，每瓶含溶液50ml。取0.25g對應(yīng)制得的吸附劑，分別投加于盛有鉛離子的錐形瓶中，30℃，150rpm條件下在搖床中進行恒溫振蕩吸附，分別在0.25、0.5、1、2、3、4、6、8、10、12h、14h、16h、24h取樣，5000r/min離心5min，取上清液，經(jīng)0.45μm濾膜抽濾，取濾液10ml，測定剩余鉛離子濃度，計算吸附效率。如圖6所示，吸附時間對固定化微生物小球處理含鉛廢水有著相對大的影響。圖6是在不同重金屬pb2+濃度的溶液中吸附時間對固定化微生物小球吸附過程影響所呈現(xiàn)出來的趨勢，在前面12h內(nèi)屬于快速吸附，其速率相對大，在12h后吸附速率減小，在12-24h間，溶液中pb2+離子濃度的變化相對快速吸附期小，說明固定化微生物小球表面及孔隙的吸附點被充分占據(jù)。固定化微生物小球表面孔隙、附著內(nèi)生菌衣鞘、細(xì)胞壁對pb2+的吸附起很大作用，有一部分pb2+也可通過微生物離子轉(zhuǎn)移系統(tǒng)進入內(nèi)生菌內(nèi)部轉(zhuǎn)化成其他無毒化合物。由圖6可以看出，吸附率先隨著時間不斷增長，在12h達(dá)到最大吸附率，12h后吸附率開始下降或是僅有小幅增長，因此將12h定為最佳吸附時間。(3)吸附溫度取適量含pb(ii)溶液，調(diào)節(jié)其ph值為5，使pb(ii)濃度為100mg/l，分裝到4×3個250ml錐形瓶里，每瓶含溶液50ml，控制溫度在20℃、25℃、30℃、35℃范圍內(nèi)，每個梯度下設(shè)3個平行樣。取0.25g吸附劑，分別投加于盛有鉛離子的錐形瓶中，150rpm條件下在搖床中進行恒溫振蕩吸附，吸附12h后取樣，5000r/min離心5min，取上清液，經(jīng)0.45μm濾膜抽濾，取濾液10ml，測定剩余鉛離子濃度，計算吸附效率。如圖7所示，溫度對固定化微生物小球中的微生物體內(nèi)的酶活性影響較大，對發(fā)生在小球內(nèi)部表面的相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)也會產(chǎn)生影響。微生物體內(nèi)的酶催化反應(yīng)與微生物對重金屬pb2+的吸附、螯合等有著密切關(guān)系，而溫度通過影響酶活性來影響微生物對重金屬pb2+的處理能力。同時在不同溫度下，小球表面的其他化學(xué)反應(yīng)也會有著不同速率。因此適宜的溫度對固定化生物吸附劑處理pb2+有著較重要的影響。由圖7可知，當(dāng)溫度從20℃上升到30℃時，吸附率隨溫度增加而增大，當(dāng)溫度超過30℃，吸附率隨溫度增大而減小，因此30℃為最佳吸附溫度。(4)吸附劑用量(添加未固定微生物作為對照組)取適量含pb(ii)溶液，調(diào)節(jié)其ph值為5，使pb(ii)濃度為100mg/l，分裝到4×3個250ml錐形瓶里，每瓶含溶液50ml，取0.15、0.25、0.65、0.85g吸附劑，即吸附劑用量為3g/l含鉛溶液、5g/l含鉛溶液、13g/l含鉛溶液、17g/l含鉛溶液，分別投加于盛有鉛離子的錐形瓶中，每個梯度下設(shè)3個平行樣。30℃，150rpm條件下在搖床中進行恒溫振蕩吸附，吸附12h后取樣，5000r/min離心5min，取上清液，經(jīng)0.45μm濾膜抽濾，取濾液10ml，測定剩余鉛離子濃度，計算吸附效率。如圖8所示，固定化小球表面吸附位點會隨著吸附劑用量的增大而增加。同時吸附效率增加也與吸附位點和pb2+之間的濃度梯度差有關(guān)，濃度差使得固定化微生物小球?qū)b2+吸附動力增加。但吸附劑用量增加到一定程度后，吸附率開始減小，首先吸附劑用量增加會使得固定化微生物小球產(chǎn)生團聚，吸附劑的有效表面積增加有限，從而導(dǎo)致吸附容量的下降，使得部分固定化微生物小球達(dá)不到飽和吸附狀態(tài)。由圖8可以看出，當(dāng)吸附劑用量由3g/l增加到5g/l時，吸附率隨著吸附劑用量增加而增大，但是當(dāng)吸附劑用量從5g/l增加到17g/l時，吸附率逐漸下降，因此5g/l(0.25g/50ml)是最佳吸附劑用量。(5)鉛離子初始濃度取適量含pb(ii)溶液，調(diào)節(jié)其ph值為5，分裝到6×3個250ml錐形瓶里，每瓶含溶液50ml，控制pb(ii)濃度為10、50、100、200、300、500mg/l，每個梯度下設(shè)3個平行樣。取0.25g對應(yīng)制得的吸附劑，分別投加于盛有鉛離子的錐形瓶中，30℃，150rpm條件下在搖床中進行恒溫振蕩吸附，吸附12h后取樣，5000r/min離心5min，取上清液，經(jīng)0.45μm濾膜抽濾，取濾液10ml，測定剩余鉛離子濃度，計算吸附效率。如圖9所示，一般而言，重金屬離子的吸附過程與重金屬離子濃度/生物量之比有關(guān)，增大重金屬離子的初始濃度可以使得吸附劑的吸附量增加。在低濃度重金屬離子存在的條件下，金屬離子的濃度越高，則吸附劑表面吸附位點更容易被占滿，吸附劑的利用率較高，吸附劑的吸附率逐漸增加，單位數(shù)量的吸附劑所吸附的金屬的量也比較大。但是當(dāng)重金屬離子濃度超過一定濃度時，吸附位點飽和度也會增加，空的結(jié)合點逐漸減少，吸附量會因為吸附劑表面吸附位點的飽和而不再繼續(xù)增加，反而會降低重金屬離子的吸附率。而且，在活體細(xì)胞吸附重金屬的過程中，增加金屬離子的濃度會增大對生物的毒性，會影響甚至抑制生物體的生長及代謝活動，從而抑制吸附過程的進行。從圖9可看出，從10mg/l升至100mg/l時，該吸附劑對pb2+離子去除率逐漸增加并達(dá)到最高，去除率接近100％，有著很好的去除效果，當(dāng)濃度大于100mg/l時，吸附率隨濃度增大而減小，因此100mg/l是最佳鉛離子濃度。3、吸附劑可重復(fù)利用性收集吸附試驗中吸附了鉛離子的菌體，加入到盛有50ml0.5mhcl的錐形瓶中，30℃下振蕩解析30min。用0.45μm濾膜過濾，測定濾液中被解吸下來鉛離子含量，從而確定解吸率。濾出解吸后的固定化微生物小球后，再次轉(zhuǎn)移至鉛溶液中，重復(fù)吸附試驗，循環(huán)吸附解吸過程5次，檢驗吸附劑的重復(fù)使用率和穩(wěn)定性。如圖10所示，經(jīng)5次循環(huán)使用后，吸附劑對鉛離子的去除效率僅僅降低了3.29％，吸附效率仍保持90％以上，解吸率均在45％以上，說明本發(fā)明制備出的固定化內(nèi)生菌生物吸附劑具有很好的重復(fù)利用性能，穩(wěn)定性好，可重復(fù)利用率高。由上述實施例的內(nèi)容可得到如下結(jié)論：本發(fā)明固定化內(nèi)生菌生物吸附劑制備的最佳操作條件為：每100ml固定化基質(zhì)含聚乙烯醇6g，海藻酸鈉2g，改性碳納米管0.5g，菌懸液15ml，交聯(lián)時間為10h。在處理含鉛廢水時，本發(fā)明的固定化內(nèi)生菌生物吸附劑可實現(xiàn)非常好的吸附效果。特別地，當(dāng)吸附條件為：ph值5.0，溫度30℃，吸附時間12h，吸附劑用量0.25g/50ml含鉛溶液，初始pb2+濃度為100mg/l時，本發(fā)明的生物吸附劑對重金屬pb2+的去除率可高達(dá)99.8％。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神實質(zhì)和技術(shù)方案的情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁12