一種去除含鎘汙水汙染物的方法與流程
2023-12-01 05:11:01
本發明屬於環保技術領域，具體涉及一種去除汙水中汙染物的方法。
背景技術：
伴隨著工業生產的發展以及人們生活水平的提高，工業汙水量以及城市生活汙水量正以驚人的速度猛增，這些汙水或已經或正在汙染著人類賴以生存的江、河及湖泊，已構成威協人類生存環境的原因之一。
為了滿足公眾對環境質量要求的不斷提高，國家對氮制訂了越來越嚴格的排放標準，研究開發經濟、高效的除氮處理技術已成為水汙染控制工程領域研究的重點和熱點。雖然有許多方法都能有效地去除氨，如物理方法有反滲透、蒸餾、土壤灌溉；化學法有離子交換法、氨吹脫、化學沉澱法、折點氯化、電滲析、電化學處理、催化裂解；生物方法有硝化及藻類養殖，然而物理方法處理效果不佳，較之化學法，生物方法處理廢水有如下優點:1)每種化學用品都是針對性很強的產品，當遇到其他化學物質時就有可能失效，而生物製劑對汙染物的去除具有光譜性；2)化學產品可以暫時消除某些有害物質以及掩蓋臭味，缺不能阻止有害物質的生成；3)使用化學產品後，水體中會有殘留，可能導致二次汙染。生物製劑所含天然微生物，不含致病菌和病原體，這些微生物在酶的催化作用下，以汙水中的有機營養物質為食物，當汙水得到淨化後，這些微生物會隨汙染物的降低而逐漸減少，直至消亡；4)無毒，無腐蝕性，使用方便，基本不需要添加設備或是工程，節省資金投入。
汙水主要有生活汙水和工業廢水。工業汙水成分比較複雜，特別是大量的人工合成化合物進入環境，這類物質主要是氨氮類、硫化物以及含磷化合物，由於這些物質本身結構的複雜性，在短時間內不能被微生物分解利用，傳統的廢水處理方法用活性汙泥培養馴化的微生物已不能有效地對這些汙染物加以去除，這些物質長期在環境中積累，給我們賴以生存的生態環境造成很大汙染，給人類的身心健康帶來很大危害。我國相當一部分工業汙染企業寧可受罰也不願意投資治理廢水，即使有汙水處理裝置運行也極不正常。因此，開發一種建設投資少、運行成本低、處理效率好的汙水處理技術迫在眉睫。
技術實現要素：
為了克服現有技術的不足，有效簡單地去除汙水中的氨氮硫磷以及重金屬等汙染物，本發明提供了一種去除汙水中汙染物的方法，其技術方案是通過如下方法實現的:
一種去除含鎘汙水汙染物的方法，其包括如下步驟:
複合菌劑的製備:將混合菌液和載體按照1:1的重量比混合，攪拌均勻，然後靜置6小時，最後置4℃下低溫乾燥，乾燥後含水量控制在6％，即得；所述載體由竹炭、殼聚糖以及硅藻土按照2:2:1的質量比例混合得到，竹炭的粒徑優選10目；
汙水處理步驟:首先將汙水經過固液分離器，進行固液分離，去除大塊固體顆粒物質，隨後液體進入沉澱池，沉澱12小時，再將液體通過圓孔過濾網去除固體絮凝物，圓孔過濾網的圓孔直徑為0.1mm,生物氧化:經圓孔過濾網的液體進入生物反應池，調節pH為7，按每立方米液體每次投加複合菌劑10克，每天投加1次，連續投加一周，最後靜置3天，將液體排出。
優選的，所述複合菌劑由如下重量份的原料菌混合而成:
紅球菌10份，脫氮硫桿菌9份，施氏假單胞菌7份，鞘氨醇單胞菌6份，短小芽孢桿菌5份，黃孢原毛平革菌2份；上述各原料菌的濃度均控制在(1-2)×108個/ml。上述菌種可以是現有技術的常規菌株；
優選地，
所述紅球菌為紅球菌(Rhodococcusrhodochrous)ATCC15906；
所述脫氮硫桿菌為脫氮硫桿菌(Thiobacillus denitrificans)ATCC25259；
所述施氏假單胞菌為施氏假單胞菌(Pseudomonas stutzeri)CCTCC NO:M209107；
所述鞘氨醇單胞菌為鞘氨醇單胞菌(Sphingomonas sp.)CGMCC N0.4589；
所述短小芽孢桿菌為短小芽孢桿菌(Bacillus pumilus)ATCC27142；
所述黃孢原毛平革菌為黃孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)ATCC24725。
本發明所述的菌均可以從CGMCC、CCTCC以及美國模式培養物集存庫(ATCC)等商業途徑購買得到。
優選的，所述的黃孢原毛平革菌為轉入了編碼如下任一個蛋白變體的編碼基因的黃孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)ATCC 24725菌株,所述蛋白變體為相對於蛋白原始胺基酸序列分別進行如下突變71S/T、89T/Y、121T/A、143D/S、184S/Q、239W/G、246V/P、269K/N、304P/S、353K/E、369G/D、372C/S、422D/R、448G/I,蛋白原始胺基酸序列參見GenBank：NP_744955.1。
本發明同時提供一種能夠高效吸收鎘的轉基因菌株，該菌株通過將胺基酸序列如Genbank：NP_744955.1所示的序列導入到黃孢原毛平革菌中實現其目的。
並且所述的胺基酸序列可以具有如下不同的位點的突變，71S/T、89T/Y、121T/A、143D/S、184S/Q、239W/G、246V/P、269K/N、304P/S、353K/E、369G/D、372C/S、422D/R、448G/I。(71S/T表示在原始序列第71位的S胺基酸替換為T胺基酸)。這些突變後的胺基酸序列捨得導入了該突變後的胺基酸序列的菌株同樣具有相似的效果。而申請人通過大量的實驗證實，並不是所有的取代都具有相似的效果，有大量的取代之後的黃孢原毛平革菌與其它菌株一起並不具有較好的汙水處理的效果。
利用DNAMAN軟體設計引物，分別加入了BamHI和SalI酶切位點，根據胺基酸序列NP_744955.1全基因合成所述的核苷酸序列HP基因，通過進行擴增獲得目的片段，PCR擴增獲得目的基因HP(同時通過多重PCR將相應的突變位點引入到基因序列中，從而獲得了不同突變體基因)，用BamHI和SalI進行雙酶切PCR產物，與同樣經過BamHI和SalI雙酶切的表達載體PWB980相連，將驗證成功的重組質粒轉化進入到所述黃孢原毛平革菌中，獲得降解鎘的基因工程菌。
本發明的各菌種的擴大培養均為本領域的常規培養方式，也可以參照文獻中記載的培養方式獲得。
本發明取得的主要有益效果如下:本發明採用純菌劑處理汙水，有效地淨化了汙水，並且除磷、脫氮同時去除，在此基礎上同時能夠去除汙水華中的重金屬鎘解決了傳統工藝中除磷與脫氮效果難以同時兼顧重金屬去除的矛盾，具有較好的應用前景。
具體實施方式
實施例1
一種去除汙水中汙染物的方法，其包括如下步驟:
複合菌劑的製備:將混合菌液和載體按照1:1的重量比混合，攪拌均勻，然後靜置6小時，最後置4℃下低溫乾燥，乾燥後含水量控制在6％，即得；載體由竹炭、殼聚糖以及硅藻土按照2:2:1的質量比例混合得到；上述混合菌液由如下重量份的原料菌混合而成:紅球菌10份，脫氮硫桿菌9份，施氏假單胞菌7份，鞘氨醇單胞菌6份，短小芽孢桿菌5份，黃孢原毛平革菌2份；上述各原料菌的濃度均控制在1×108個/ml。
汙水預處理:首先將汙水(NH3-N為300mg/L，硫化物80mg/L，含磷汙染物為70mg/L，鎘含量為40mg/ml，經過固液分離器，進行固液分離，去除大塊固體顆粒物質，隨後液體進入沉澱池，沉澱12小時，再將液體通過圓孔過濾網去除固體絮凝物，圓孔過濾網的圓孔直徑為0.1mm；
生物氧化:經圓孔過濾網的液體進入生物反應池，調節pH為7.0，按每立方米液體每次投加複合菌劑10克，每天投加I次，連續投加一周，最後靜置3天，將液體排出。經檢測，汙水中氨氮的含量分別為12.5mg/L，硫化物4.5mg/L，含磷汙染物為2.5mg/L，去除率均達到95％以上；而鎘含量為37mg/mL，去除效果不顯著。
實施例2
利用DNAMAN軟體設計引物，分別加入了BamHI和SalI酶切位點，根據胺基酸序列NP_744955.1全基因合成所述的核苷酸序列HP基因，通過進行擴增獲得目的片段，PCR擴增獲得目的基因HP(同時通過多重PCR將相應的突變位點71S/T、89T/Y、121T/A、143D/S、184S/Q、239W/G、246V/P、269K/N、304P/S、353K/E、369G/D、372C/S、422D/R、448G/I引入到基因序列中，從而獲得了不同突變體基因)，用BamHI和SalI進行雙酶切PCR產物，與同樣經過BamHI和SalI雙酶切的克隆表達載體PWB980相連，將驗證成功的重組質粒轉化進入到所述黃孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)ATCC24725中，獲得降解鎘的基因工程菌。
實施例3黃孢原毛平革菌基因工程菌與其餘幾種菌劑的汙水處理效果驗證
按照實施例1的方法，進行相應的汙水處理實驗，其汙水與實施例1的汙水屬於同一批次，具有相同濃度的汙染物濃度。其中菌劑的各組分組成與實施例1的完全相同。
分別採用實施例2獲得的不同的突變位點的基因工程菌進行去除鎘的反應，通過實驗發現，71S/T、89T/Y、121T/A、143D/S、184S/Q、239W/G、246V/P、269K/N、304P/S、353K/E、369G/D、372C/S、422D/R、448G/I這幾種突變菌都具有相對於原始菌具有明顯增強的效果。總處理時間不大於4天，其結果如下：汙水為同一批汙水，從而保證條件一致。
汙水的各汙染物濃度：NH3-N為300mg/L，硫化物80mg/L，含磷汙染物為70mg/L，鎘含量為40mg/ml。
從以上結果可以看出，採用基因工程構建的黃孢原毛平革菌與其它幾種菌株構成的菌劑除了具有原始較好的去除氨氮、硫化物以及磷的效果之外，還具有較好的去除鎘的效果，而且在去除氨氮、硫化物以及磷方面基因工程的黃孢原毛平革菌與其它幾種菌株之間還具有增強的協同作用。