一種利用經非離子型表面活性劑處理的真菌修復鈾(vi)汙染水體的方法
2023-05-26 01:51:56 2
一種利用經非離子型表面活性劑處理的真菌修復鈾(vi)汙染水體的方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用經非離子型表面活性劑處理的真菌修復鈾(VI)汙染水體的方法。以典型的兼性海洋紅樹林內源真菌Fusariumsp.#ZZF51為材料，其菌絲體經過非離子型表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨修飾後投放於含鈾(VI)汙染的水體中，修復鈾(VI)汙染水體，一段時間之後，將之打撈並進行集中處理。改性材料富集鈾(VI)能力強，自投放後1-3h即可達到90%以上的去除率。改性材料浮於水體表面，易於打撈和集中處理。操作、管理簡便、成本低、修復效率高，對環境友好，無二次汙染等經濟和技術優勢。它適用於鈾礦山、水冶廠以及各種廢礦石和尾礦浸出液等各種鈾汙染水體的後期處理。
【專利說明】一種利用經非離子型表面活性劑處理的真菌修復鈾(VI)汙染水體的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鈾(VI)汙染水體的修復【技術領域】，是一種利用經非離子型表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨處理的紅樹林內源真菌sp.#ZZF51(—株典型的兼性海洋抗輻射真菌，可於淡水、陸棲及海洋環境生產及產孢)快速清除水體中鈾(VI)汙染的方法。
【背景技術】
[0002]鈾是一种放射性物質，也是一種重要的能源物質，在水體和土壤中大多以鈾醯離子(UO22+)形式存在。隨著核工業的快速發展及廢舊核設施的退役，一些含鈾(VI)廢水已給環境和人類帶來了較為嚴重的危害，鈾(VI)通常由食物鏈蓄積在人體肝臟和骨骼中，可誘發肺癌、肝癌、胰腺癌等多種疾病。人們在放射性廢水尤其是含鈾(VI)廢水的處理方面，目前主要有混凝沉澱、化學沉澱、萃取、膜分離、氧化還原、沉降-結晶、凝結-絮凝、物理吸附、離子交換、電化學處理、蒸發濃縮、滲析及反滲透等方法，這些傳統方法雖在一定程度取得了較好效果，但普遍存在產生的泥漿量較大，工藝流程冗長，後續處理煩瑣，成本高以及二次汙染等，尤其對含低/微量鈾(VI)廢水的處理效果很一般，正因如此，它們的應用便受到極大限制。
[0003] 微生物修復是指利用微生物機體表面及體內本身化學結構與成分特性來吸附溶於水中的重金屬離子，再通過固液分離去除水溶液中重金屬離子的一種方法，它以其高效廉價，適應的pH值和溫度範圍寬，選擇性好且對低濃度廢水(重金屬質量濃度I~100mg/ L)處理效果好等優點而廣受關注。與傳統的修復技術相比，微生物修復具有以下顯著特點:(1)吸收速度快，吸收量大，選擇性好；(2)處理效率高，pH值和適應溫度範圍寬；(3)生物吸收材料來源廣泛，品種豐富，成本低；(4)投資小，運行費用低，可有效地回收一些有用貴重金屬；(5)用一般化學方法就能解吸生物材料上所吸附的重金屬離子，且解吸後的生物材料可循環使用。正因如此，微生物修復法被視為處理大量含低濃度重金屬離子廢水的最理想方法，也是該領域內最有前景的方法。
[0004]在過去十多年裡，通過微生物修復法來處理含鈾(VI)廢水主要體現在以下兩個方面:(I)改性微生物材料修復鈾(VI)汙染水體，通常對微生物進行改性的化學物質多為常見有機溶劑、有機酸鹼以及能發生聚合反應的有機單體等，而對採用非離子型表面活性劑來改性微生物的報導卻很少。本項專利是一種利用十六烷基三甲基溴化銨處理的兼性南海紅樹林內源真菌sp.#ZZF51修復鈾(VI)汙染水體的方法，至今未見文獻報導。
(2)修復鈾(VI)汙染水體的微生物絕大部分來源陸地，而對海洋來源(包括紅樹林來源)的微生物卻鮮有報導。一般來說，海洋微生物分為兩大類:第一類為專性海洋微生物，即只能在海洋和河口環境中生長和產孢；第二類為兼性海洋微生物，即來自淡水或陸棲但能在海洋環境中生產和產孢的種類，誠然，這類微生物仍能回歸淡水或陸棲進行生產及產孢。眾所周知，海洋環境具有高鹽、高壓、低溫、少光照、貧營養、局部高溫等特徵，正是這種極端環境造就了海洋來源微生物擁有自己特殊的種屬及獨特的代謝方式，並能產生結構新穎功能獨特的代謝產物，這些代謝產物十分有助於微生物對鈾(VI)汙染水體的修復，所以說利用海洋來源微生物來修復鈾(VI)汙染水體則潛力無限。
【發明內容】
[0005]針對上述情況，本發明的目的是提供一種利用經非離子型表面活性劑處理的真菌修復鈾(VI)汙染水體的方法，該方法既具有取材方便、成本低廉、環境友好，修復效率高(尤其對低鈾(VI)離子濃度廢水)，又具有處理步驟簡單，風險小，水體pH值近中性，適應溫度範圍寬等多重特點。
[0006]為解決上述任務，本項專利通過採樣和培養實驗，從多種南海紅樹林內源真菌中篩選出本身富集鈾(VI)能力強、生長和繁殖速度快、且耐鹽抗輻射的兼性海洋真菌Fusarium sp.#ZZF51。享麗Fusarium sp.#ZZF51米自湛江，由中山大學化學化工學院海洋天然產物實驗室林永成教授和佘志剛教授惠贈，菌種現保存在中山大學化學化工學院及南華大學化學化工學院。通過將該真菌一次投放可使濃度為20-150 mg/L的含鈾(VI)汙染水體中鈾(VI)的濃度下降90%以上，最終完全達到國家的排放標準。
[0007]—種利用經非離子型表面活性劑處理的真菌修復鈾(VI)汙染水體的方法，其具體的措施是:以一株典型的兼性海洋紅樹林內源真菌sp.#ZZF51為材料，其菌絲體經過非離子型表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨修飾後投放於含鈾(VI)汙染的水體中，修復鈾(VI)汙染水體，一段時間之後，將之打撈並進行集中處理，鈾(VI)汙染水體中鈾(VI)的濃度下降90%以上。
[0008]真菌菌絲體化學改性過程為:
(1)真菌發酵培養基GYP經121V (0.1 MPa)高溫滅菌15 min後，接菌，25 °C靜置培養22天，待菌絲體成熟後，經紗布過濾、烘乾、研磨、100目過篩，置於乾燥器中保存備用；
(2)準確稱取1.5 g上述菌粉置於300 ml帶塞三角瓶中，加入150 mL濃度5% (w/v)的十六烷基三甲基溴化銨溶液，在磁力攪拌器上保持恆溫30°C，攪拌24小時，轉速125 rpm/min。然後將經化學改性處理的菌粉高速離心，之後以去離子水洗滌多次，直至檢測無十六烷基三甲基溴化銨為止，烘乾備用。
[0009]改性菌絲體修復鈾(VI)汙染水體的詳細步驟是:
Cl)按照每升含鈾(VI) 20-250 mg水體中投放0.6-1.2 g改性菌絲體；
(2)鈾(VI)汙染水體的pH值控制在中性7.0左右；
(3)在投放改性菌絲體後I小時將真菌打撈上來；
(4)將打撈上來的真菌轉移到安全地方進行乾燥、粉碎、焚燒，最後填埋到鈾尾礦庫集中處理。
[0010]為了達到更好的吸附效果，可以採取以下措施:
(1)採用振蕩或攪拌裝置，振速以120-180rpm為宜；
(2)採用溫度環境，以20°C-30°C為宜；
(3)增加改性真菌的含量，以不超過1.2 g/L水體為宜；
(4)延長改性菌絲體與水體接觸的時間，以1-3小時為宜。
[0011](5)鈾(VI)汙染水體的pH值應控制在中性7.0左右。
[0012]本發明以經過非離子型表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨修飾後的兼性南海紅樹林內源真菌sp.#ZZF51為材料，修復鈾(VI)汙染水體的技術方法。該方法通過向鈾(VI)汙染水體投放上述改性真菌菌絲體，然後利用其對鈾(VI)的吸附作用以達到去除水體中鈾(VI)的效果。
[0013]一種利用經非離子型表面活性劑處理的真菌修復鈾(VI)汙染水體的技術方案，相比現有技術具有以下有益效果:
(I)真菌菌種來源海洋，因海洋環境的特殊性致使海洋真菌具有特殊的種屬及獨特的代謝方式，所以所選用材料較為特殊。
[0014](2)真菌/7W1Sariiffl? sp.#ZZF51發酵培養方便，其菌絲體來源十分豐富。
[0015](3)非離子型表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨改性真菌菌絲體步驟簡單，操作簡便。
[0016](4)改性材料富集鈾(VI)能力強，自投放後1-3 h即可達到90%以上的去除率。
[0017](5)改性材料浮於水體表面，易於打撈和集中處理。
[0018](6)操作、管理簡便、成本低、修復效率高，對環境友好，無二次汙染等經濟和技術優勢。它適用於鈾礦山、水冶廠以及各種廢礦石和尾礦浸出液等各種鈾汙染水體的後期處理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1鈾(VI)的去除率及吸附容量隨pH值的變化關係圖，
圖2鈾(VI)的去除率及吸附容量隨投放改性菌絲體固液比的變化關係圖，
圖3鈾(VI)的去除率及吸附容量隨時間的變化關係圖，
圖4鈾(VI)的去除率及吸附容量隨鈾(VI)初始濃度的變化關係圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0021]實施例1:
向6組？!1值分別為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0含鈾(￥1)量為 50 mg 1 的 50 mL 水體中分別投放30 mg真菌活性菌絲體，I h時，分別檢測水體中鈾(VI)的含量，鈾(VI)的去除率及吸附容量隨PH值的變化關係見附圖1。由圖可知，當pH值為7.0時，鈾(VI)的去除效果最好，達到90%以上。
[0022]實施例2:
向6組pH 7.0含鈾(VI)量為50 mg L—1的水體中按改性菌絲體的不同固液比量(0.2、
0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 g L—1)分別進行投放，I h時，分別檢測水體中鈾(VI)的含量，鈾(VI)的去除率及吸附容量隨投放改性菌絲體固液比的變化關係見附圖2。當所投放真菌活性菌絲體固液比量超過0.6 g時，鈾(VI)的去除率較大，超過95%，去除效果較好，但菌絲體密度不宜太大，在I L水體中以0.6-1.2 g為宜，其中0.6 g為最佳。
[0023]實施例3:
向11組pH 7.0含鈾(VI)量為50 mg 1的50 mL水體中分別投放30 mg真菌改性菌絲體，10、20、30、40、50、60、70、80、90、120、180 min時，分別檢測水體中鈾(VI)的含量，鈾(VI)的去除率及吸附容量隨時間的變化關係見附圖3。當投放時間I h時，釷(IV)的去除率為最大，超過90%，去除效果較好。本發明可以適當延長改性菌絲體與水體接觸的時間，以1-3 h為宜。
[0024]實施例4:
向 14 組 pH 7.0 含不同鈾(VI)初始濃度(20、30、40、50、60、70、80、100、150、200、250、300、350、400 mg L-1)的50 mL水體中分別投放30 mg真菌改性菌絲體，I h時，分別檢測水體中鈾(VI)的含量，鈾(VI)的去除率及吸附容量隨鈾(VI)初始濃度的變化關係見附圖4。當鈾(VI)初始濃度低於250 mg(VI)的去除率達90%以上，去除效果較好。
【權利要求】
1.一種利用經非離子型表面活性劑處理的真菌修復鈾(VI)汙染水體的方法，其特徵在於:以真菌應sp.#ZZF51為材料，真菌絲體經過非離子型表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨修飾後投放於含鈾(VI)汙染的水體中，修復鈾(VI)汙染水體，一段時間之後，將之打撈並進行集中處理，鈾(VI)汙染水體中鈾(VI)的濃度下降90%以上； 所述真菌菌絲體化學修飾過程為: (a)真菌發酵培養基經121V、0.1 MPa高溫滅菌15 min後，接菌，25 1:靜置培養22天，待菌絲體成熟後，經紗布過濾、烘乾、研磨、100目過篩，置於乾燥器中保存備用； (b)稱取1.5 g上述菌粉置於300 ml帶塞三角瓶中，加入150 mL濃度5% w/v的十六烷基三甲基溴化銨溶液，在磁力攪拌器上保持恆溫30°C，攪拌24小時，轉速125 rpm/min,然後將經化學改性處理的菌粉高速離心，之後以去離子水洗滌，直至檢測無十六烷基三甲基溴化銨為止，烘乾備用； 所述改性菌絲體修復鈾(VI)汙染水體的具體步驟是:
(1)按照每升含鈾(VI)20-250 mg水體中投放0.6-1.2 g改性菌絲體； (2)鈾(VI)汙染水體的pH值控制在中性7.0 ； (3)在投放改性菌絲體後I小時將真菌打撈上來； (4)將打撈上來的真菌轉移到安全地方進行乾燥、粉碎、焚燒，最後填埋到鈾尾礦庫集中處理。
2.根據權利要求1所述的一種利用經非離子型表面活性劑處理的真菌修復鈾(VI)汙染水體的方法，其特徵在於:所述改性菌絲體投放含鈾(VI)汙染的水體中，採用振蕩或攪拌裝置，振速120-180 rpm為宜。
3.根據權利要求1所述的一種利用經非離子型表面活性劑處理的真菌修復鈾(VI)汙染水體的方法，其特徵在於:採用溫度環境，20°C -30°C為宜。
4.根據權利要求1所述的一種利用經非離子型表面活性劑處理的真菌修復鈾(VI)汙染水體的方法，其特徵在於:增加真菌的含量，不超過1.2 g/L水體為宜。
5.根據權利要求1所述的一種利用經非離子型表面活性劑處理的真菌修復鈾(VI)汙染水體的方法，其特徵在於:延長改性菌絲體與水體接觸的時間，1-3 h為宜。
【文檔編號】C02F3/34GK104176835SQ201410439238
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月1日 優先權日:2014年9月1日
【發明者】譚倪, 陳芳, 楊司坤, 龍威, 張穩, 賈曉鶴, 侯丹, 廖森 申請人:南華大學