專利名稱：一種微生物固結(jié)重金屬離子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微生物固結(jié)重金屬離子的方法，更具體地說，本發(fā)明涉及微生物礦化作用固結(jié)重金屬離子的方法。
背景技術(shù)：
治理重金屬離子的方法有物理化學方法和生物學方法。物理化學方法往往代價昂貴，而且效果不好，容易造成二次污染，并且不適合大面積、低濃度的重金屬污染。生物學方法中的微生物治理重金屬污染是一種新興的治理方法，這是一種環(huán)境友好的綠色治理方法，并且代價低廉。
生物修復是利用天然或人工改造的生物整體或組分來處理環(huán)境污染物的方法，具有投資少、效率高、可以原位處理低濃度環(huán)境有害污染物的特性，在環(huán)境治理中顯示了極大的潛力，它還可以協(xié)調(diào)經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護之間的關(guān)系，實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種治理重金屬離子生物學方法。利用巴氏芽孢桿菌生物酶化作用，使重金屬離子固化沉積為碳酸鹽以及微生物-重金屬復合絮凝體。
本發(fā)明的目的采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的菌種的擴大培養(yǎng)將菌株巴氏芽孢桿菌(Bacillus pasteurii)接種至以尿素為基底物的LB培養(yǎng)基中，于振蕩培養(yǎng)箱中25～37℃振蕩培養(yǎng)，培養(yǎng)12～24小時；將上述步驟獲得的菌懸液加入到含有重金屬離子的土壤或溶液中，產(chǎn)生微生物-重金屬復合絮凝體，進一步生成不溶于水的碳酸鹽。
菌懸液加入到含有重金屬離子的土壤、溶液中，同時摻入一定比例的Ca2+溶液，其Ca2+的摩爾濃度為土壤或溶液中重金屬離子摩爾濃度0.5～2倍，并調(diào)節(jié)pH值、菌液濃度，以控制碳酸鈣晶體的尺寸、形貌、晶型，從而形成物性穩(wěn)定的重金屬離子Ca2+共結(jié)晶碳酸鹽晶體，共結(jié)晶出活性重金屬離子。
巴氏芽孢桿菌接種至LB培養(yǎng)基中，以培養(yǎng)基中的底物尿素為營養(yǎng)源，產(chǎn)生脲酶，不斷分解尿素，致使溶液中pH值適宜升高，利于菌體的生長繁殖，酶化作用也得以不斷增強。在這一過程中，底物尿素不斷分解，使溶液中的CO32-濃度不斷增加。同時菌體細胞膜界面處帶負電荷的SM(水可溶有機質(zhì))不斷螯合體相中重金屬離子，由于電荷吸引效應(yīng)，螯合的重金屬又可以誘導出局部的晶體陰離子CO32-，濃度進一步增大，直到晶體前驅(qū)物濃度增大到利于核化，沉積出晶體顆粒。
微生物固結(jié)重金屬離子的步驟為第一步，金屬離子的螯合富集階段，微生物體及微生物分泌有機質(zhì)螯合、吸附重金屬離子，使廣域微量重金屬離子轉(zhuǎn)變?yōu)榫植扛吆矿w系；第二步，金屬碳酸鹽沉積階段，利用生物礦化原理，巴氏芽孢桿菌分解尿素產(chǎn)生CO32-與土壤中的重金屬結(jié)合產(chǎn)生難溶的碳酸鹽。
整個反應(yīng)如式(1)～式(5)所示
不斷產(chǎn)生的碳酸根離子在細菌體表面及溶液中富集，與溶液中的金屬離子反應(yīng)生成不溶性共沉淀。
反應(yīng)式(1)～式(5)為
(2)(3)(4)(5)本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明能夠固結(jié)土壤、溶液中游離的重金屬離子，能有效降低土壤、溶液中活性重金屬含量，防止游離態(tài)重金屬離子通過植物吸收、雨水沖刷等方式進入生物圈。
2、本發(fā)明使受重金屬污染的土壤、水源等得到很好修復，并不破壞原生態(tài)環(huán)境，不會造成二次污染，同時經(jīng)濟簡便，實用價值高，可以大面積推廣使用。
3、本發(fā)明所采用的菌株對人體無害，利用該方法防止重金屬污染物進入生物鏈下游，保障人類生存安全。
說明書附1常溫下微生物沉積碳酸隔的XRD圖譜。
圖2常溫下微生物共結(jié)晶產(chǎn)物的XRD圖譜，A-Ca0.67Cd0.33CO3B-CaCO3C-CdCO3。
圖3Ca2+/Cd2+為0.5條件下菌液中共結(jié)晶產(chǎn)物的1000倍SEM照片。
圖4Ca2+/Cd2+為0.5條件下菌液中共結(jié)晶產(chǎn)物的5000倍SEM照片。
圖5Ca2+/Cd2+為2菌液中共結(jié)晶產(chǎn)物的1000倍SEM照片。
圖6Ca2+/Cd2+為2菌液中共結(jié)晶產(chǎn)物的5000倍SEM照片。
圖7常溫下微生物處理前后土壤中的有效態(tài)重金屬含量變化。
具體實施例實施例1微生物固結(jié)重金屬離子的方法，菌種的擴大培養(yǎng)將菌株巴氏芽孢桿菌(Bacillus pasteurii)接種至以尿素為基底物的LB培養(yǎng)基中，于振蕩培養(yǎng)箱中25～37℃振蕩培養(yǎng)，培養(yǎng)12～24小時；將上述獲得的菌懸液加入到含有重金屬離子的土壤或溶液中，產(chǎn)生微生物-重金屬復合絮凝體，進一步生成不溶于水的碳酸鹽。菌懸液加入到土壤或溶液同時摻入氯化鈣溶液，其Ca2+的摩爾濃度為土壤或溶液中重金屬離子摩爾濃度0.5～2倍。
實施例2將巴氏芽孢桿菌的菌株接種到三角瓶中的LB培養(yǎng)基上，其中培養(yǎng)基成分如表1所示，于恒溫振蕩培養(yǎng)箱中25～37℃振蕩培養(yǎng)，培養(yǎng)12～24小時取出，常溫下?lián)饺?mol/L CdCl2，迅速產(chǎn)生沉淀，將其過濾、烘干，測定沉淀物(如

圖1)，可知在微生物環(huán)境下，重金屬離子被固結(jié)為碳酸鹽，達到礦化重金屬的目的。
表1培養(yǎng)基成分

實施例3巴氏芽孢桿菌的菌株接種到三角瓶中的LB培養(yǎng)基上，于恒溫振蕩培養(yǎng)箱中25～37℃振蕩培養(yǎng)，培養(yǎng)12～24小時取出，常溫下?lián)饺?.5mol/L CaCl2，1mol/LCdCl2溶液，迅速產(chǎn)生沉淀，將其過濾、烘干，經(jīng)XRD定性分析為共結(jié)晶物質(zhì)A為Ca0.67Cd0.33CO3，B為CaCO3，C為CdCO3的混合物(圖2)，部分重金屬Cd與Ca以碳酸鹽的形式共結(jié)晶出來，顆粒形貌如圖3、圖4所示，多呈球形。
實施例4巴氏芽孢桿菌的菌株接種到三角瓶中的LB培養(yǎng)基上，于恒溫振蕩培養(yǎng)箱中25～37℃振蕩培養(yǎng)，培養(yǎng)12～24小時取出，常溫下?lián)饺?.9mol/L CaCl2，1mol/LCdCl2溶液，迅速產(chǎn)生沉淀，將其過濾、烘干，經(jīng)XRD定性分析為共結(jié)晶物質(zhì)A為Ca0.67Cd0.33CO3，B為CaCO3，C為CdCO3的混合物，重金屬Cd與Ca以碳酸鹽的形式共結(jié)晶出來。
實施例5巴氏芽孢桿菌的菌株接種到三角瓶中的LB培養(yǎng)基上，于恒溫振蕩培養(yǎng)箱中25～37℃振蕩培養(yǎng)，培養(yǎng)12～24小時取出，常溫下?lián)饺?.2mol/L CaCl2，1mol/LCdCl2溶液，迅速產(chǎn)生沉淀，將其過濾、烘干，經(jīng)XRD定性分析為共結(jié)晶物質(zhì)A為Ca0.67Cd0.33CO3，B為CaCO3，C為CdCO3的混合物，重金屬Cd與Ca以碳酸鹽的形式共結(jié)晶出來。
實施例6巴氏芽孢桿菌的菌株接種到三角瓶中的LB培養(yǎng)基上，于恒溫振蕩培養(yǎng)箱中25～37℃振蕩培養(yǎng)，培養(yǎng)12～24小時取出，常溫下?lián)饺?mol/L CaCl2，1mol/L CdCl2溶液，迅速產(chǎn)生沉淀，將其過濾、烘干，經(jīng)XRD定性分析為共結(jié)晶物質(zhì)A為Ca0.67Cd0.33CO3，B為CaCO3，C為CdCO3的混合物(圖2)，部分重金屬Cd與Ca以碳酸鹽的形式共結(jié)晶出來，顆粒形貌如圖5、圖6所示，多呈球形。
實施例7巴氏芽孢桿菌的菌株接種到三角瓶中的LB培養(yǎng)基上，于恒溫振蕩培養(yǎng)箱中25～37℃振蕩培養(yǎng)，培養(yǎng)12～24小時取出。同時取土壤試樣1Kg，本試樣不含重金屬離子，向其中加入0.05mol/L CdCl21ml，飽和PbCl2100ml，0.5mol/LZnCl2200mL，0.5mol/LCuCl2200mL混合溶液，攪拌均勻，制備被污染的土壤試樣。取被污染的土壤試樣，提取有效態(tài)重金屬離子，提取液M待測，結(jié)果為原始有效態(tài)重金屬含量。
向被污染的土壤試樣中加入4mol/L尿素500mL，攪拌均勻。同時加入已培養(yǎng)好的100毫升菌懸液，8天尿素分解后，取樣，提取有效態(tài)重金屬，提取液N待測。將待測液M、N采用等離子發(fā)射光譜(ICP)，分析有效態(tài)重金屬的變化(表2)。由土壤中有效態(tài)的重金屬含量的變化(圖7)，可以看出細菌分解底物礦化土壤中的重金屬，各種有效態(tài)的重金屬含量都有了不同程度的減少。減少的程度不同是由于重金屬所具有的化學特性不同造成的。
表2土壤中有效態(tài)的重金屬離子的變化

權(quán)利要求
1.一種微生物固結(jié)重金屬離子的方法，其特征在于，1)菌種的擴大培養(yǎng)將菌株巴氏芽孢桿菌(Bacillus pasteurii)接種至以尿素為基底物的LB培養(yǎng)基中，于振蕩培養(yǎng)箱中25～37℃振蕩培養(yǎng)，培養(yǎng)12～24小時；2)將上述步驟獲得的菌懸液加入到含有重金屬離子的土壤或溶液中，產(chǎn)生微生物-重金屬復合絮凝體，進一步生成不溶于水的碳酸鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微生物固結(jié)重金屬離子的方法，其特征在于，菌懸液加入到土壤或溶液同時摻入Ca2+溶液，其Ca2+的摩爾濃度為土壤或溶液中重金屬離子摩爾濃度0.5～2倍。
全文摘要
一種微生物固結(jié)重金屬離子的方法，菌種的擴大培養(yǎng)將菌株巴氏芽孢桿菌(Bacillus pasteurii)接種至以尿素為基底物的LB培養(yǎng)基中，于振蕩培養(yǎng)箱中25～37℃振蕩培養(yǎng)，培養(yǎng)12～24小時；將上述步驟獲得的菌懸液加入到含有重金屬離子的土壤或溶液中，產(chǎn)生微生物－重金屬復合絮凝體，進一步生成不溶于水的碳酸鹽。菌懸液加入到土壤或溶液同時摻入Ca
文檔編號B09C1/10GK1923720SQ20061004153
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月13日
發(fā)明者錢春香, 王瑞興, 成亮, 吳淼 申請人:東南大學