单位文秘网 2021-08-18 08:56:04 点击: 次
摘要:采用酸处理、铁盐处理和铝盐处理火山岩滤料,并将未处理的和改性的3种滤料分别在30 ℃、60 rpm / min条件下吸附恶臭假单胞菌野生菌和重组菌,通过测量OD600值的变化,比较它们的吸附效果。结果表明:它们的吸附率随时间延长而增大, 3.5 h后对野生菌的吸附率分别为27.70 %、34.84 %、36.83 %和31.69 %,对重组菌的吸附率分别为31.65 %、37.31 %、38.23 %和35.25%。3种改性滤料都有较好的吸附效果,每克滤料吸附野生菌菌数分别为0.308×1010个、0.363×1010个、0.372×1010个、0.340×1010个;吸附重组菌菌数分别为,0.704×1010个、0.885×1010个、0.936×1010个、0.805×1010个,其中铁膜滤料吸附效果最好。把微生物吸附在滤料上处理废水,能结合它们处理废水的优势,且可以回收滤料,为研究改性滤料固定化微生物在废水处理中的作用和效果上提供实验依据。
关键词:火山岩生物滤料; 改性; 微生物; 吸附
中图分类号:X703.1
文献标识码:A
文章编号:1007-0370 (2011) 03-0146-03
Experimental Study on the Microbial Adsorption of Modified Volcanic Biological Filter Media
Ni Hong1, Xiong Zhe1, Zhang Shan1, Li Lin2
(1 School of Life Science, Hubei University, Wu Han 430062;
2 Huazhong Agricultural University, State Key Laboratory of Agricultural Microbiology, Hubei University, Wu Han 430070)
Abstract:
With acid, iron salts, aluminum treat volcanic biological filter media. Under the conditions of 30 ℃ and 60 rpm / min , using untreated and three kinds of modified filter media to adsorp the Pseudomonas putida. By measuring the change in OD600 values, compare their adsorption. The results showed that: after 3.5 h the adsorption of wild bacteria adsorption rates were 27.70%, 34.84%, 36.83% and 31.69%, and which the recombinant bacteria were 31.65%, 37.31%, 38.23% and 35.25%. Three kinds of modified filter media has a good adsorption, Adsorption of the recombinant bacteria per gram of filter media plate count were 0.704×1010,0.885×1010,0.936×1010,0.805×1010; and of the wild bacteria were 0.308×1010,0.363×1010, 0.372×1010,0.340×1010, which iron film filter media absorption was the best. In wastewater treatment using adsorbed the microbial on the filter media, can combine their strengths, and can be recycled used. Modified filter media for the immobilization of microorganisms in wastewater treatment of the role and effect, and provide experimental evidence.
Key words:
volcanic biological filter media; modified; microorganism; ddsorption
随着水源污染的日益加剧,传统的水处理工艺难以达到国家饮用水的卫生标准,目前急需的任务就是开发新的水处理技术[1]。吸附法和生物法是处理废水的常用方法,常用吸附剂有活性碳、陶粒、沸石、硅藻土等[2];生物法是借助微生物或植物的絮凝、吸收累积、富集等作用[3],使废水中的有机污染物和无机微生物营养物转化为稳定、无害的物质。把微生物吸附在陶粒上处理废水,能结合它们处理废水的优势,构成一种高效、快速、能连续处理的废水处理系统,可以有效地减少二次污染[4],可以回收陶粒。
火山岩生物滤料是以天然火山岩矿石为原料加工而成的,是曝气生物滤池、反硝化生物滤池与生物流化床等工艺的首选滤料。主要成份为硅酸盐,物化性能强,特别适合于微生物在其表面生长、繁殖,形成生物膜。恶臭假单胞重组菌还有金属硫蛋白,对Cu2+、Pb2+、Cd2+等金属离子有很好的吸附能力。在载体滤料表面涂上金属元素类(Fe,A1,Mg,Mn等)物质的氧化物或者水合氧化物[5],可以改善原滤料的表面性质,提高其去除废水污染物的能力[6]。
本实验采用加热蒸发法,用盐酸、氯化铁和氯化铝分别处理火山岩滤料,得到酸处理火山岩滤料、铁膜火山岩滤料和铝膜火山岩滤料。用处理后的滤料去吸附恶臭假单胞菌,通过测量OD600值的变化和标准曲线的测定,观察其吸附情况并对其吸附的菌数进行量化。
1 材料与方法
1.1 实验材料
1.1.1 微生物菌株
恶臭假单胞野生菌 、恶臭假单胞重组菌(Pseudomonas putida),系华中农业大学国家农业微生物学国家重点实验室提供。
1.1.2 滤料
火山岩生物滤料(购于北京淇方天科技有限公司,粒径:4~6mm)。
1.1.3 试剂药品
蛋白胨、酵母膏、氯化钠、氯化铁、氯化铝均为分析纯。
1.1.4 主要实验仪器
722S型分光光度计、恒温摇床、电子天平、恒温培养箱、冷冻离心机、扫描电子显微镜(JSM-6390/LV)、马弗炉。
1.2 实验方法
1.2.1 恶臭假单胞菌悬液的制备
在文献[7]的基础上进行改进。
恶臭假单胞野生菌(W菌):配置100 ml LB培养基于 500 ml三角瓶中, 于30 ℃ 恒温摇床上培养24 h ,取出菌悬液并在8000 rpm条件下离心10 min,弃上清液,用适量的无菌蒸馏水将菌体打散,使菌悬液的OD600在0.9左右。
恶臭假单胞重组菌(R菌):同上,只是培养基里面加入cb,使其终浓度为500μg/ml。
1.2.2 陶粒的处理
将陶粒浸泡在水中2 h,然后用水反复清洗,去杂、洗净后置于白瓷盘中,在110 ℃烘箱中烘4h,待用。
1.2.2.1
滤料的酸处理
用0.2 mol/L的盐酸浸泡上述滤料,24 h后去掉酸液,蒸馏水洗涤至滤料为中性,灭菌后待用。
1.2.2.2
滤料的铝盐和铁盐的处理[8]
在文献[8]的基础上进行改进。将上述洗净的滤料中分别加入浓度为2 mol/L的FeCl3溶液和浓度为2 mol/L的AlCl3溶液,固液比为1:4 ,搅拌均匀后置于110 ℃烘箱中烘4 h,每隔1 h搅拌一次,然后转入至马弗炉中,在500°下煅烧3 h,冷却至室温后,用蒸馏水冲洗掉未粘接牢固的颗粒,再于105 ℃烘箱中烘干,得到铝膜滤料和铁膜滤料,灭菌后待用。
1.2.3 吸附试验
将未处理滤料、酸处理滤料,铁膜滤料,铝膜滤料分别吸附W菌和R菌,滤料和上述菌液比为30g:100ml,于60rpm/min 摇床30℃条件下吸附,每隔0.5h测定上清液OD600的值。
1.2.4 滤料吸附菌数定量计算
R菌:将培养了24h的菌液8000rpm离心10min,弃上清液,用150~200 ml PBS缓冲液将菌体打散。测原始OD600值,然后再用PBS缓冲液稀释成5个不同的OD600值,每个OD600值从10-1~10-8稀释10个梯度,再用稀释平板法计数。并按下式计算每毫升的含菌量。
每毫升中菌落形成单位(cfu)=同一稀释度三次重复的平均菌落数×稀释倍数×10 。
一般选择每个平板上长有30~300个菌落的稀释度计算每毫升的含菌量。
W菌:计数同上。
2 结果与分析
2.1 不同处理滤料吸附菌效果实验
4种不同处理滤料吸附W菌和R菌的实验结果见表1和表2。
由表1可知:未经处理滤料、酸处理滤料、铁膜滤料和铝膜滤料对恶臭假单胞菌野生菌和重组菌都有较好的吸附效果,随着时间的延长,它们的吸附率也越高,吸附前1.5 h吸附率增加较快,2.5 h 后缓慢增加,3.5 h后它们对野生菌的吸附率分别为27.70 %、34.84 %、36.83 %和31.69 %。3.5 h后对重组菌的吸附率分别为31.65 %、37.31 %、38.23 %和35.25 %。其中两组中都是铁膜滤料吸附效果最好,且重组菌的效果要明显好于野生菌。
2.2 陶粒吸附菌数定量计算
野生菌菌液和重组菌菌液的OD600值和含菌数的关系,见表3和表4。根据表3和表4数据作直线拟合得标准曲线,见图1和图2。
由图1可以算出OD600=0.953时,100ml野生菌含菌数为2.909×1011,未处理滤料、酸处理滤料、铁膜滤料和铝膜滤料吸附野生菌3.5 h后,100ml菌液含菌数分别为1.985×1011、 1.820×1011、1.793×1011和1.890×1011。换算成每克滤料吸附的野生菌菌数分别为0.308×1010、0.363×1010、0.372×1010和0.340×1010。
由图2可以算出OD600=0.973时,100ml重组菌含菌数为7.124×1011,未处理滤料、酸处理滤料、铁膜滤料和铝膜滤料吸附野生菌3.5 h后,100ml菌液含菌数分别为5.012×1011、4.468×1011、4.316×1011和4.708×1011;换算成每克滤料吸附的重组菌菌数分别为0.704×1010、0.885×1010个、0.936×1010个和0.805×1010个。
由此可见,重组菌跟滤料的吸附作用比野生菌大,而且改性滤料无论对野生菌还是重组菌的吸附菌数都要比未处理陶粒要大得多,其中铁膜滤料吸附菌数最多,这与不同处理滤料吸附野生菌和重组菌的吸附效果相一致。
3 讨论
实验表明:对滤料进行改性可以大大提高滤料的吸附能力。用铁盐处理后的滤料吸附能力提高的最大。过去往往都通过测量菌液OD600值的变化或者是通过测量细胞干重法来判断吸附的状况,这种测量方法得到的结果的都只是一个吸附的趋势,只是定性没有定量。本实验通过制作标准曲线,把OD600值和菌数联系起来,可以对吸附量进行量化。滤料吸附重组菌的能力比吸附野生菌强,每克滤料吸附重组菌的菌数也是比野生菌多。因此通过基因构建的重组菌具有更强的处理重金属离子的能力,也更适合被多孔性的滤料所吸附。
滤料吸附微生物的原理属于物理吸附,滤料表面带负电荷,而假单胞菌表面也带负电荷,因此未经处理的滤料对假单胞菌的吸附效果较差。酸处理滤料、铁膜滤料和铝膜滤料正好相反,他们改变滤料表面的物理化学性质,使滤料表面负电荷消失甚至改变为带正电荷.从而使带负电荷的假单胞菌易于与滤料相互吸附。
为了提高滤料吸附微生物的效率,吸附条件还有待进一步优化,火山岩滤料吸附微生物后去除废水中重金属废水的效果和条件,还有待进一步研究。
金属氧化物改性滤料去除污染物的主要机理,有以下四个[9]:(1)增大比表面积,从而增大吸附量;(2)提高了滤料的等电点,应用电荷相互吸引原理去除;(3)与金属离子相结合的羟基与微污染水源中的有机物阴离子发生交换:(4)滤料表面的吸收位点的增加(增加了微孔和中孔)。因此,针对当前水源的污染,研究铁和铝氧化物涂层滤料,对提高滤池过滤效率和改善滤池过滤功能,去除有机污染物均具有一定的实用价值和理论意义。
参考文献
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[9]雷国元,王占生.滤料表面改性及其在水处理中的应用〔J〕.净水技术.2001,20(1):20~23.
收稿日期:2011-01-18
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