一种海洋黑曲霉脱除溶液中六价铬的方法

摘要

本发明涉及了一种海洋黑曲霉脱除溶液中六价铬的方法，步骤如下：将海洋黑曲霉菌株接种于PDA培养基，恒温25～30℃，收取孢子；海洋黑曲霉菌株保藏编号为CCTCC NO:M2010132；将孢子接种到制备培养基中，摇床中恒温20～30℃，得到黑曲霉菌丝球；将黑曲霉菌丝球经水中老化得到生物水处理剂；将生物水处理剂投入六价铬溶液中完成六价铬的脱除。生物水处理剂加入量为50g/L～200g/L，该方法还原效率可达到70‑100％，同时还可吸附溶液中的铬离子，从而降低溶液中总铬含量，并且能够重复使用。

权利要求

1.一种海洋黑曲霉脱除溶液中六价铬的方法，其特征在于，步骤如下：

1)将海洋黑曲霉菌株接种于PDA培养基，恒温25～30℃，收取孢子；所述的海洋黑曲霉菌株保藏编号为CCTCC NO:M2010132；

2)将孢子接种到制备培养基中，摇床中恒温20～30℃，得到黑曲霉菌丝球；所述制备培养基的组成：葡萄糖8～12g/L，NH4Cl 1.8～2.2g/L，KH2PO4 1.8～2.2g/L，MgSO4 0.4～

0.6g/L，酵母浸出粉1.8～2.2g/L；所述摇床的转速为50～200转/分，培养时间为48～72小时；

3)将黑曲霉菌丝球经水中老化得到生物水处理剂；所述老化时间为10～24小时；

4)将步骤3)中得到的生物水处理剂投入六价铬溶液中完成六价铬的脱除；所述的生物水处理剂加入量为50g/L～200g/L；所述六价铬溶液的浓度为0.5mg/L～200mg/L，pH值为1～8。

2.根据权利要求1所述的海洋黑曲霉脱除溶液中六价铬的方法，其特征在于，所述的步骤1)中PDA培养基的组成：马铃薯180～220g/L，葡萄糖18～22g/L，琼脂15～20g/L。

3.根据权利要求1或2所述的海洋黑曲霉脱除溶液中六价铬的方法，其特征在于，所述的步骤1)中海洋黑曲霉菌株接种于PDA培养基的培养时间为3～5天。

说明书

一种海洋黑曲霉脱除溶液中六价铬的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及含铬废水处理技术领域，具体涉及一种海洋黑曲霉脱除溶液中六价铬的方法。

背景技术

[0002] 六价铬是我国“十二五”期间的重点防控污染物。在重金属污染物种类中，铬污染排第2位，2010年六价铬的排放量就超过95吨。目前我国年产铬及其化合物超过40万吨，占全球产量35％以上。

[0003] 铬在环境中一般以三价和六价形态存在。其中六价铬活性高，在水中以溶解的状态存在，有非常强的毒性。而且六价铬很容易被人体吸收，长期、短期接触或吸入都有致癌、致突变和致畸变危险。同时，六价铬对环境也具有持久性的危害。而三价铬的毒性比六价铬要小很多，少量的三价铬对人体几乎没有毒性，而且也较容易从水溶液中沉淀析出。对活细胞来说，三价铬的毒性只有六价铬的1/500～1/1000，因此在废水处理中，将六价铬还原为三价铬是常用的处理方法。

[0004] 目前研究和应用较广的还原技术主要是化学还原、电化学法以及最新的生物还原方法。化学还原主要采用铁类及硫化物等还原剂，而电化学法通常采用铁、铝和碳类电极进行处理。这两种技术较为成熟，对六价铬的还原率也较高(>90％)，但是都需要在较酸性(pH＝2)的溶液条件下以使铬、铁等离子在溶液中能保持溶解状态。此外，还原后的三价铬及铁等通常以氢氧化物沉淀进行回收，容易产生大量淤渣及二次污染。生物还原方法主要是通过一些细菌吸附六价铬。中国发明专利(CN 104944596 A)公开了一种黑曲霉孢子处理六价铬重金属废水的方法，具体步骤包括黑曲霉孢子培养、黑曲霉孢子预处理以及处理六价铬重金属废水，该方法利用黑曲霉孢子吸附六价铬从而减少废水中的六价铬含量，但是黑曲霉孢子吸附量较小，而且不可循环使用，该方法的成本较大。

[0005] 目前我国铬废液排放标准浓度限值为六价铬0.5mg/L，总铬1.5mg/L，这一排放标准也将日趋严格。因此，寻找合适的微生物并采用合理的技术方法处理含铬废水具有良好的应用前景。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题为，提供一种海洋黑曲霉脱除溶液中六价铬的方法，利用黑曲霉菌丝球的吸附和还原作用，进一步提高生物水处理剂脱除溶液中的六价铬的性能，并且可以循环使用减小成本。

[0007] 本发明解决上述技术问题的技术方案为：一种海洋黑曲霉脱除溶液中六价铬的方法，其步骤如下：

[0008] 1)将海洋黑曲霉菌株接种于PDA培养基，恒温25～30℃，收取孢子；所述的海洋黑曲霉菌株保藏编号为CCTCC NO:M2010132；

[0009] 2)将孢子接种到制备培养基中，摇床中恒温20～30℃，得到黑曲霉菌丝球；

[0010] 3)将黑曲霉菌丝球经水中老化得到生物水处理剂；

[0011] 4)将步骤3)中得到的生物水处理剂投入六价铬溶液中完成六价铬的脱除；所述的生物水处理剂加入量为50g/L～200g/L。

[0012] 本发明采用从东海近海10～20m深处的泥土里筛选得到一株海洋黑曲霉(Aspergillus sp.ZJUBE2010)，于2010年6月2日，保藏于中国典型培养物保藏中心，地址为中国，武汉，武汉大学，保藏中心保藏编号为CCTCC NO:M2010132，该海洋黑曲霉菌株具体详见中国发明专利公开号为(CN 102010855 A)。

[0013] 这一方法主要利用黑曲霉菌株对复杂水体中杂质和金属离子耐受性好、易形成菌丝球的特殊性能，研制出一种以黑曲霉菌丝球为核心的具有可生物吸附和生物还原等功能的生物水处理剂，利用生物水处理剂具有的还原性能来还原六价铬。由于黑曲霉菌丝球的粒径可控，结构可调，孔隙率和比表面积大，可以直接吸附六价铬而降低溶液中总铬含量，而且同时可以将吸附的六价铬还原成为三价铬，降低铬废渣毒性，实现高效经济地还原并脱除溶液中六价铬的效果，六价铬去除率达70-100％。

[0014] 其次，生物水处理剂能够重复使用5～7次。由于生物水处理剂中的黑曲霉菌丝球直径为1～5mm，可以直接通过简单过滤等方法收集溶液中的黑曲霉菌丝球，分离过程经济快速，将收集到的黑曲霉菌丝球进行简单处理，包括水洗和再培养，继续制备生物水处理剂，可重复用于含六价铬废水的处理。

[0015] 作为优选，所述的步骤1)中PDA培养基的组成：马铃薯180～220g/L，葡萄糖18～22g/L，琼脂15～20g/L。PDA培养基的组成有利于黑曲霉的孢子的生长。

[0016] 作为进一步优选，所述的步骤1)中海洋黑曲霉菌株接种于PDA培养基的培养时间为3～5天。

[0017] 作为优选，所述的步骤2)中制备培养基的组成：葡萄糖8～12g/L，NH4Cl1.8～2.2g/L，KH2PO4 1.8～2.2g/L，MgSO4 0.4～0.6g/L，酵母浸出粉1.8～2.2g/L。制备培养基中进一步培养成黑曲霉菌丝球，形成大小均一的菌丝球。

[0018] 作为进一步优选，所述的步骤2)中摇床的转速为50～200转/分，培养时间为48～72小时。通过培养时间的延长，菌丝球的直径逐渐增大，因此可以通过控制培养时间来调控黑曲霉菌丝球的吸附能力。

[0019] 作为优选，所述的步骤3)中的老化时间为10～24小时。通过老化，黑曲霉菌丝球形成生物水处理剂，使得耐受性更好、吸附性能和还原性能进一步提高，并且可连续重复使用。

[0020] 作为优选，所述的步骤4)中的六价铬溶液的浓度为0.5mg/L～200mg/L，pH值为1～8。

[0021] 同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

[0022] (1)本发明所涉及的黑曲霉来自海洋，具有很好的耐受性，可适用于比较恶劣的环境下的废水处理；能在制备培养基中形成菌丝球并进而成为生物水处理剂，其大小可控，制备方便；

[0023] (2)生物水处理剂中的黑曲霉菌丝球在六价铬的溶液中一直保持生物活性，可将六价铬还原为三价铬，其还原效率可达到70-100％，实现溶液中六价铬的基本脱除；在还原六价铬的同时，还可吸附溶液中的铬离子，从而降低溶液中总铬含量；

[0024] (3)生物水处理剂中的黑曲霉菌丝球为是颗粒状，非常容易与溶液分离，易于连续操作；由于生物水处理剂中的黑曲霉菌丝球一直保持生物活性和微生物的生理特性，经简单清洗和再培养后，能够被重复使用。

附图说明

[0025] 图1是实施例1中黑曲霉菌丝球的照片图；

[0026] 图2是实施例1中黑曲霉菌丝球冷冻干燥后的扫描电子显微镜图；

[0027] 图3是不同初始浓度的六价铬溶液中生物水处理剂对六价铬的还原效率图；

[0028] 图4是不同初始浓度的生物水处理剂对50mg/L六价铬溶液的还原效率图。

具体实施方式

[0029] 实施例1：黑曲霉菌丝球的培养

[0030] 将海洋黑曲霉接种于PDA培养基(马铃薯200g/L，葡萄糖20g/L，琼脂17g/L)上，置于恒温培养箱(25℃)中培养3天，取一定量的孢子接种到制备培养基(葡萄糖10g/L，NH4Cl 2g/L，KH2PO4 2g/L，MgSO4 0.5g/L，酵母浸出粉2g/L)中，在恒温25℃和转速100转/分的摇床中恒温培养60小时，形成大小基本均一的黑曲霉菌丝球。收集得到黑曲霉菌丝球，其整体外观如图1所示，为没有经过处理的湿菌丝球。黑曲霉菌丝球大小均一，呈现很好的球状，冻干后形状不变。黑曲霉菌丝球的具体粒径可由统计得到平均值，其平均粒径可由培养时间控制，约为1-5mm，附图2为该黑曲霉菌丝球的扫描电子显微镜图，可见黑曲霉菌丝球结构松软，孔隙率和比表面积大。取出黑曲霉菌丝球用水清洗两次，置于清水中老化20小时，形成可用于脱除六价铬的生物水处理剂。

[0031] 将制备得到的生物水处理剂直接加入到含六价铬的废水中，采用流体泵循环充分混合140小时，六价铬浓度为50mg/L、pH值为4、生物水处理剂加入量为100g/L(湿球)时，六价铬去除率为100％。

[0032] 实施例2：黑曲霉菌丝球的培养

[0033] 将海洋黑曲霉接种于PDA培养基(马铃薯180g/L，葡萄糖18g/L，琼脂15g/L)上，置于恒温培养箱(25℃)中培养4天，取一定量的孢子接种到制备培养基(葡萄糖8g/L，NH4Cl 1.8g/L，KH2PO4 1.8g/L，MgSO4 0.4g/L，酵母浸出粉1.8g/L)中，在恒温25℃和转速50转/分的摇床中恒温培养48小时，形成大小基本均一的黑曲霉菌丝球。取出黑曲霉菌丝球用水清洗两次，置于清水中老化10小时，形成可用于脱除六价铬的生物水处理剂。

[0034] 将制备得到的生物水处理剂直接加入到含六价铬的废水中，采用机械搅拌方式充分混合100小时，六价铬浓度为0.5mg/L、pH值为1、生物水处理剂加入量为50g/L(湿球)时，六价铬去除率为99％。

[0035] 实施例3：黑曲霉菌丝球的培养

[0036] 将海洋黑曲霉接种于PDA培养基(马铃薯220g/L，葡萄糖22g/L，琼脂20g/L)上，置于恒温培养箱(30℃)中培养5天，取一定量的孢子接种到制备培养基(葡萄糖12g/L，NH4Cl 2.2g/L，KH2PO4 2.2g/L，MgSO4 0.6g/L，酵母浸出粉2.2g/L)中，在恒温30℃和转速200转/分的摇床中恒温培养72小时，形成大小基本均一的黑曲霉菌丝球。取出黑曲霉菌丝球用水清洗两次，置于清水中老化24小时，形成可用于脱除六价铬的生物水处理剂。

[0037] 将制备得到的生物水处理剂直接加入到含六价铬的废水中，采用流体泵循环充分混合100小时，六价铬浓度为200mg/L、pH值为8、生物水处理剂加入量为200g/L(湿球)时，六价铬去除率为95％。

[0038] 实施例4：黑曲霉菌丝球的培养

[0039] 将实施例1中的黑曲霉菌丝球连同培养液一起粉碎1min，得到较小的菌丝片段，将不同量的菌丝片段(0.05mL,0.1mL,0.2mL,0.5mL,1mL)加入到制备培养基(葡萄糖10g/L，NH4Cl 2g/L，KH2PO4 2g/L，MgSO4 0.5g/L，酵母浸出粉2g/L)中，在恒温25℃和转速100转/分的摇床中恒温培养60小时，形成大小不一的黑曲霉菌丝球。

[0040] 实施例5：不同pH值溶液中生物水处理剂的六价铬去除能力

[0041] 将上述海洋黑曲霉在培养基(葡萄糖10g/L，NH4Cl 2g/L，KH2PO4 2g/L，MgSO4 0.5g/L，酵母浸出粉2g/L中，28℃且摇床转速为160rpm下培养两天后，可收集得到黑曲霉菌丝球。将活体黑曲霉菌丝球分别放入pH值为1、2、3、4、5、6、7、8的溶液中、其中溶液内的六价铬浓度都为50mg/L的溶液。观察溶液中六价铬浓度的变化情况。溶液中六价铬浓度随时间均呈下降趋势。经过48小时的吸附，对应8个溶液中的六价铬浓度均显著降低。在pH4～8的溶液中六价铬的残存量接近零，总六价铬的脱除率>99％。

[0042] 实施例6：不同初始浓度的六价铬溶液中生物水处理剂的六价铬去除能力[0043] 配制六价铬初始浓度为25mg/L、50mg/L和100mg/L的三种溶液，向其中分别加入浓度为100g/L的黑曲霉菌丝球。考察黑曲霉菌丝球还原吸附性能，如图3所示，在较低浓度C0＝25mg/L，72h可完全除去六价铬，去除率达100％；而在C0＝50mg/L时，完全去除六价铬(去除率达到100％)的时间约为140小时，该完全去除时间与所用黑曲霉菌丝球的浓度相关。

[0044] 实施例7：不同初始浓度的生物水处理剂的六价铬的去除能力

[0045] 配制初始浓度黑曲霉菌丝球含量为100g/L、150g/L和200g/L的三种生物水处理剂，向其中分别加入浓度为50mg/L的六价铬溶液。考察黑曲霉菌丝球还原吸附性能，如图4所示，在黑曲霉菌丝球含量为100g/L时，72h可完全除去六价铬，去除率达100％；在黑曲霉菌丝球含量为150g/L时，完全去除六价铬(去除率达到100％)的时间约为30小时；在黑曲霉菌丝球含量为200g/L时，20h可完全除去六价铬，去除率达100％。

[0046] 实施例8：灭活后的黑曲霉菌丝球制备的生物水处理剂对六价铬的去除能力[0047] 配制初始六价铬浓度为50mg/L的溶液，向其中分别加入浓度为20g/L，40g/L、50g/L和80g/L的实施例1中灭活后的黑曲霉菌丝球。在黑曲霉菌丝球含量为50g/L时,经过48小时后六价铬去除率可达80％以上；而在黑曲霉菌丝球浓度为80g/L时，48小时后六价铬去除率可达93％。

[0048] 实施例9：生物水处理剂重复利用对六价铬的去除能力

[0049] 配制初始六价铬浓度为50mg/L的溶液,向其中分别加入浓度为50mg/L，100g/L、150g/L和200g/L的黑曲霉菌丝球。每48h为一个周期，使用一次后过滤用清水冲洗两次后，加入新的初始六价铬浓度为50mg/L的溶液。使用5次后，在活的黑曲霉菌丝球浓度为150g/L时，六价铬的去除率由第一次的99％降低为80％。

[0050] 实施例10：生物水处理剂对总铬的去除能力

[0051] 配制初始六价铬浓度为50mg/L的溶液，向其中加入浓度为100g/L的黑曲霉菌丝球，测定溶液中总铬的浓度。在48h时，总铬的去除率可达60％。