藻菌生物膜处理含镍废水及其胞外聚合物变化研究_任芸芸.pdf
《藻菌生物膜处理含镍废水及其胞外聚合物变化研究_任芸芸.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《藻菌生物膜处理含镍废水及其胞外聚合物变化研究_任芸芸.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 3 期收稿日期:2021-12-08基金项目:陕西省职业技术教育学会科研规划课题(SZJYB19-288);铜川市有突出贡献拔尖人才专项资金项目作者简介:任芸芸(1985-),女,河北枣强人,讲师,硕士,主要从事重金属废水的微生物植物联合修复的研究,(电话)13700292590(电子信箱)。第 62 卷第 3 期2023 年 3 月湖北农业科学Hubei Agricultural SciencesVol.62 No.3Mar.,2023任芸芸,张莎,裴挫萍,等.藻菌生物膜处理含镍废水及其胞外聚合物变化研究 J.湖北农业科学,2023,62(3):135-140随着中国工业化的日益进步,由
2、于资源开采及产业排放等原因,所造成的的环境污染也日益增加,其中最引人担忧的便是各种重金属污染1。而镍(Ni)作为重金属污染的八大元素之一,已经引起了各界广泛的关注2。由于镍被普遍应用于电子行业中,不仅导致制造业产生的镍污染严重,同时也伴随藻菌生物膜处理含镍废水及其胞外聚合物变化研究任芸芸1,张莎2,裴挫萍1,张志林1(1.铜川职业技术学院,陕西 铜川727031;2.陕西科技大学,西安710021)摘要:为探究藻菌生物膜处理含镍废水的可行性,对自然城市水体的藻菌富集挂膜得到藻菌生物膜,并在不同运行参数下对含镍溶液进行处理,研究镍的吸附量及藻菌生物膜胞外聚合物(EPS)含量在不同条件下的变化。结
3、果表明,经富集挂膜的藻类属于绿藻门小球藻属,其对含镍废水有较高的处理效果,在pH为8、温度为35 时处理效果最佳;且能在3 d内达到镍吸附平衡,去除率达70%以上,同时,藻菌生物膜多聚糖含量随时间的变化与镍吸附量呈一定的正相关,证明其为镍吸附中的主要作用物质,而ATP含量则更能反映藻菌生物膜受胁迫的过程。藻菌生物膜在镍的胁迫下,胞外聚合物含量随胁迫程度升高而减少;从吸附量来看,其对镍的耐受值为10 mg/L,在此范围内,吸附量随镍浓度的升高而升高,最高达2.358 mg,继续升高镍浓度则吸附量明显下降。关键词:藻菌生物膜;胞外聚合物(EPS);镍(Ni);吸附量;去除率中图分类号:X703文献
4、标识码:A文章编号:0439-8114(2023)03-0135-06DOI:10.14088/ki.issn0439-8114.2023.03.022开放科学(资源服务)标识码(OSID):Study on treatment of nickel-containing wastewater by alga-bacteria biofilm and changes ofthe extracellular polymeric substancesREN Yun-yun1,ZHANG Sha2,PEI Cuo-ping1,ZHANG Zhi-lin1(1.Tongchuan Vocational
5、and Technical College,Tongchuan 727031,Shaanxi,China;2.Shaanxi University of Science and Technology,Xi an 710021,China)Abstract:To explore the feasibility of algal-bacteria biofilm s treatment for nickel-containing wastewater,alga-bacteria biofilm wasobtained by filming algae and bacteria enrichment
6、 in natural urban water,and nickel-containing solution was treated under differentoperating parameters to study the adsorption amount of nickel and the change of extracellular polymer substance(EPS)content of algalbacteria biofilm under different conditions.The results showed that the algas after en
7、richment and filming belonged to Chlorella,whichhad a higher treatment effect on nickel-containing wastewater.The treatment effect was best when pH was 8 and the temperature was35.Nickel adsorption equilibrium was reached within 3 days and the removal rate was more than 70%.At the same time,the cont
8、entof polysaccharides in alga-bacteria biofilm with time was positively correlated with nickel adsorption amount,which proved that it wasthe main substance in nickel adsorption,while ATP content could reflect the stress process of alga-bacteria biofilm.Under the stress ofnickel,the content of extrac
9、ellular polymer substances in alga-bacteria biofilm decreased with the increase of stress.From the perspective of adsorption amount,its tolerance to nickel was 10 mg/L.Within this range,adsorption amount increased with the increase of thenickel concentration,up to 2.358 mg.However,adsorption amount
10、decreased significantly when the nickel concentration continued toincrease.Key words:algae biofilm;extracellular polymer substance(EPS);nickel(Ni);adsorption amount;removal rate湖北农业科学2023 年镍矿开采对水体的污染3,这些镍污染物通过地表水流冲刷及地下水渗透等方式进入地球水循环,并最终在生物链的作用下超量累积于生物体内,并对生物体形成长期毒害作用4。因此,对镍污染水体的处理成为重金属修复领域的研究重点。通常使用的
11、重金属污染水体修复方法包括生物法、化学法及物理法。生物修复法由于其本身环境友好性、无二次污染的优点而受到广泛关注5。其中,利用藻类修复重金属比植物修复具有繁殖快、回收方便及吸附量大等优点,因此在此领域被寄予厚望6,7。范彩彩8利用鼠尾藻(Sargassum thunbergii)对重金属 Pb2+、Cd2+、Cu2+及 Zn2+进行吸附,发现鼠尾藻对几种重金属都具有较好的吸附效果。Mata等9使用墨角藻(Fucus vesiculosus)对 Pb2+、Cu2+及 Cd2+进行吸附,发现其吸附能力表现为 Pb2+Cu2+Cd2+,且吸附能力主要来自于墨角藻细胞壁上的岩藻聚糖。马艳等10利用藻菌
12、生物膜处理铅锌尾矿渣中的重金属,结果表明藻菌生物膜可以通过胞外聚合物(EPS)与重金属的络合来吸附重金属,其中对Pb2+的作用能力最强。以上研究已证明了藻类及藻菌生物膜对部分重金属的去除效果,但目前使用藻菌生物膜处理镍的报道仍较为鲜见。本研究拟利用城市自然水体,通过富集培养及挂膜制备藻菌生物膜,并对含镍溶液进行处理,以验证藻菌生物膜对镍的处理效果及其胞外聚合物的变化,以期对镍污染水体的生物修复提供一定的参考。1材料与方法1.1材料试验所用包含藻菌的水样取自西安市长乐公园芙蓉湖。液体培养基成分:每升培养基包含灭菌米汤水100 mL,Ca(NO3)24H2O 0.25 g,NaCl 0.3 g,M
13、gSO47H2O 0.05 g,KH2PO40.05 g,ZnSO47H2O 0.05 g,NaHCO30.02 g,FeCl3、MnCl2、Na2MoOH2O、CuSO45H2O痕量。1.2处理设计背景重金属的浓度过高将对微生物产生较强的胁迫毒害作用,因此研究中普遍采用的重金属浓度为0.530.0 mg/L11,12。本试验中采用的镍浓度及运行参数根据需要具体设计如下。1.2.1pH 对镍处理效果的影响镍处理浓度为1 mg/L,温度为室温,pH设计为5、6、7、8、9共5个梯度,在运行后2 d取样,并测定镍浓度。1.2.2温度对镍处理效果的影响镍处理浓度为1 mg/L,pH 自然,温度设计为
14、 25、30、35、40、45 共5个梯度,在运行后2 d取样,并测定镍浓度。1.2.3镍初始浓度对其处理效果的影响镍处理浓度设计为1、5、10、15、20 mg/L共5个梯度,pH自然,温度为室温,在运行后3 d取样,并测定镍浓度、多聚糖及ATP含量。1.2.4生物膜处理含镍废水随时间的变化镍处理浓度设计为8 mg/L,pH自然,温度为室温,在运行前取样,并在之后每隔1 d取样,测定镍浓度、多聚糖及ATP含量。并设置空白对照(不添加镍)。以上试验中每个处理设置3次重复。1.3试验设计1.3.1藻菌富集培养及挂膜取回一定量水样后,在容积为 20 L 的有机玻璃圆桶中进行培养。培养条件:自然光照
15、下室温(夏季)培养,用空压机进行曝气,同时加入灭菌的液体培养基16 L用于培养生物膜,之后每10 d加1次培养基至原水位线。培养30 d后,用半软性填料挂膜15 d,得到藻菌生物膜备用。1.3.2藻类鉴别用压滴法13制作藻类的标本片,通过显微镜(CX41RF 型,奥林帕斯有限公司)放大1 000倍观察。载玻片经洗涤剂浸泡 24 h后用去离子水清洗再放入 15%的硝酸溶液中浸泡 24 h,重复2次后用去离子水洗净备用。为便于采集生物膜样品,每片填料上平行悬置2片预处理的载玻片。1.3.3镍处理试验根据处理设计,配制含镍溶液及调节相关参数。含镍溶液使用 NiCl26H2O(分析纯),配制浓度为1
16、000 mg/L的浓缩液,在500 mL培养所得菌液中加入相应量的浓缩液,得到不同镍初始浓度溶液。用 1 mol/L NaOH(分析纯)和 HCl(分析纯)调节 pH,采用精密 pH计(PHS-3C型,北京普析通用仪器有限公司)测定 pH,使用水浴加热锅调节运行温度。开始运行时每个处理组加入1片已挂膜且长势相似的藻菌生物膜。1.3.4镍浓度及胞外聚合物含量测定从反应器中取 100 mL 水样,并用镊子刮取载玻片上约 2 cm3生物膜,将二者一起放入离心机中6 000 r/min、20 条件下离心10 min,取上清液,测定水样中重金属离子含量,并将离心后的生物膜分成2份,分别称取重量并测定生物
17、膜中多聚糖和ATP含量。镍浓度测定采用火焰法14,取100.0 mL水样放入 150 mL锥形烧杯中,加入硝酸 5 mL,在电热板上加热消解(不要沸腾),蒸发至 10 mL左右,再加入 5mL硝酸和2 mL高氯酸继续消解,至1 mL左右,取下冷却,并用水稀释至 100 mL标线,样品经过针头过滤器过滤后,用原子吸收光谱仪(AnaLyst 800型,珀金埃尔默仪器有限公司)测定镍浓度。取0.2%硝酸100 mL,按上述相同的程序操作,以此为空白样。136第 3 期多聚糖的测定根据苯酚-硫酸法测定15,将离心后的 1份生物膜放入 10 mL试管中,加入 1 mL去离子水并充分混合,加入质量分数为
18、5%的苯酚溶液 1 mL,摇匀后迅速加入 5 mL 质量分数为 95%的硫酸溶液,在黑暗中反应10 min,再振荡10 s。将试管置于 30 水浴 10 min 后,使用紫外分光光度计(Tu-1901 型,肇 庆 市 高 能 达 化 工 有 限 公 司)在490 nm处比色测定吸光度,并根据标准曲线得出多聚糖浓度。ATP的测定采用间接测定法16,即用含磷量测ATP。将离心后的1份生物膜加入装有1 mL去离子水的试管中,完全混合后加入 2.5 mL 95%的硫酸,然后盖上纱布,用绳扎紧,置于高压锅加压,温度128,15 min后取出,室温下冷却后,加12滴30%过氧化氢溶液,摇匀,用2 mL去离
19、子水稀释,然后各试管加定磷试剂 3 mL,置于 45 水浴 25 min,取出冷却至室温,在紫外分光光度计上660 nm处比色测定,并根据标准曲线得出ATP浓度。1.4数据处理吸附量=(初始浓度-吸附后浓度)容量去除率=吸附量/初始总量100%利用 DPS 7.5 软件进行数据分析,采用 OriginPro 8.5软件作图。2结果与分析2.1藻菌生物膜的培养及鉴别藻菌富集及挂膜流程如图1a所示,随着富集时间的增加,水样逐渐转变为深绿色,藻类含量增加明显,随后在有机玻璃圆筒中用半软性填料挂膜,挂膜15 d后,水样颜色为黄绿色,挂膜 30 d后,水样呈深绿色,此时填料上已明显附着一层藻菌生物膜。填
20、料挂膜过程如图1b所示,取有机玻璃圆筒中水样,显微镜下放大1 000倍,可观察到淡绿色、球形或椭圆形、单细胞或无一定细胞数目的群体,对比微生物的鉴别与图谱,此类微生物符合绿藻门小球藻属微生物的典型特征,是一种较为常见的可从溶液中吸附重金属的微生物。2.2处理参数对生物膜处理镍效果的影响藻菌生物膜在不同处理条件下对镍的处理效果如图2所示,3种参数中,pH对镍处理效果影响较为明显,而温度对镍处理效果影响较小,生物膜处理Ni2+的效果受Ni2+初始浓度影响明显。随着3种参数的升高,镍处理效果皆表现为先升高后降低的趋势。由图2a可以看出,当Ni2+初始浓度为1 mg/L、温度为35 的条件下处理1 d
21、时,随着pH的升高,Ni2+的去除率增大;当 pH 为 8 时,Ni2+的去除率达到最大,为 38.07%,吸附量为 0.190 mg;当 pH 为 9 时,其去除率迅速下降到31.01%。当pH为68时,去除效果较好。由图2b可以看出,在Ni2+初始浓度为1 mg/L,pH为7的条件下处理1 d,随着温度的升高,去除率缓慢升高,并在温度为 35 时达到最高值,为36.43%,吸附量为0.182 mg,之后随着温度的升高而迅速降低。由图2c可以看出,处理2 d后,去除率随着Ni2+初始浓度的升高,由Ni2+初始浓度为1 mg/L时的71.26%下降至Ni2+初始浓度为20 mg/L时的5.62
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 藻菌 生物膜 处理 废水 及其 聚合物 变化 研究 芸芸
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。