微生物還原Cr（Ⅵ）的特性與機理研究.pdf

1、鉻及其化合物在工業(yè)中被廣泛使用，導致大量含鉻廢水、廢渣產(chǎn)生，對環(huán)境造成嚴重污染。在鉻污染治理中，將毒性極強的六價鉻還原為毒性較小的三價鉻是減少鉻污染危害的關(guān)鍵。自然界中許多菌種具有Cr(Ⅵ)還原能力，因而用微生物法治理鉻污染已受到人們的廣泛認可。本文對幾株不同細菌還原解毒六價鉻的特性和機理進行了詳細研究與探討。 從Cr(Ⅵ)污染環(huán)境中分離篩選出一株Cr(Ⅵ)還原菌Cr-4，通過16SrRNA基因序列分析，被鑒定為炭疽芽孢桿菌(B

2、acillus anthracis)。該菌株對Cr(Ⅵ)具有較好的抗性，菌體能在Cr(Ⅵ)濃度高達125mg/L的液體培養(yǎng)基中生長，在含Cr(Ⅵ)50mg/L的液體培養(yǎng)基中生長，其細胞形態(tài)仍很完整。 對Cr-4菌株還原Cr(Ⅵ)的影響因素如碳源、培養(yǎng)基初始pH值、Cr(Ⅵ)初始濃度、菌液接種量、溫度、陰離子SO<,4><'2->和NO<3,><'->、重金屬離子Cu<'2+>和Zn<'2+>、外源菌種等進行了研究。結(jié)果表明，碳源

3、能明顯促進Cr(Ⅵ)的還原，在本文采用的三種碳源中，蘋果酸的效果最好，其次是葡萄糖，再為琥珀酸。當培養(yǎng)基初始pH=7.2，菌體還原50mg/L Cr(Ⅵ)48h，添加蘋果酸、葡萄糖和琥珀酸的處理Cr(Ⅵ)去除率分別達到98％、89％和83％以上，而同樣條件下未添加外源碳時，72h后Cr(Ⅵ)去除率才達到60％。培養(yǎng)基初始pH值對菌體還原Cr(Ⅵ)也有重要影響。實驗發(fā)現(xiàn)，Cr-4菌株在初始pH為7.0-11.0時的還原效果明顯比初始pH為

4、4.0-6.0時要好。以葡萄糖為外源碳，還原50mg/L Cr(Ⅵ)72h后，初始pH為7.0-11.0的Cr(Ⅵ)去除率可達到85％-99％以上，而初始pH為4.0-6.0的去除率僅為35％-65％。菌體在Cr(Ⅵ)初始濃度為10-80mg/L時，都能有效還原Cr(Ⅵ)，但去除率隨初始濃度升高而降低。在菌液接種量為0.5％-5％范圍內(nèi)，接種量越多，Cr(Ⅵ)還原越快。對比菌體分別在20℃、37℃和47℃的還原效果，發(fā)現(xiàn)37℃的還原效果

5、最好。共存陰離子SO<,4><'2->、NO<,3><'->和25mg/L的Zn<'2+>，以及外源菌種(銅綠假單胞菌和產(chǎn)黃纖維單胞菌)都對Cr(Ⅵ)還原沒有影響，但100mg/L的Zn<'2+>對Cr(Ⅵ)還原有一定的抑制作用，而Cu<'2+>對Cr(Ⅵ)還原有顯著的促進作用。 對細胞生長與Cr(Ⅵ)還原的關(guān)系進行考察，發(fā)現(xiàn)二者緊密相關(guān)。隨著Cr(Ⅵ)細胞生長量的增加，Cr(Ⅵ)被還原，當Cr(Ⅵ)被還原至較低濃度時，細胞生長

6、量又顯著增加。通過檢測胞內(nèi)粗酶液和培養(yǎng)代謝液對Cr(Ⅵ)的還原作用，對菌株還原Cr(Ⅵ)的機理進行分析、研究，實驗發(fā)現(xiàn)胞內(nèi)粗酶液能還原Cr(Ⅵ)，表明Cr-4菌株對Cr(Ⅵ)的還原存在酶促機理。同時，菌體以不同的碳源為電子供體還原Cr(Ⅵ)時，其機理有差異。以葡萄糖為碳源還原Cr(Ⅵ)時，有部分是代謝產(chǎn)物的間接還原作用，而以蘋果酸或琥珀酸為碳源時，Cr(Ⅵ)的還原主要通過菌體自身的直接還原作用來完成。此外，對還原Cr(Ⅵ)后的菌體進行能

7、譜分析，發(fā)現(xiàn)菌體在培養(yǎng)基初始pH=9.0還原Cr(Ⅵ)時，沒有吸附鉻，而在培養(yǎng)基初始pH=7.2還原Cr(Ⅵ)時，通過陽離子交換吸附了少量三價鉻。對銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)的抗Cr(Ⅵ)性能、還原Cr(Ⅵ)的影響因素和機理進行研究。結(jié)果表明，銅綠假單胞菌對Cr(Ⅵ)的抗性比Cr-4菌株弱。40mg/L的Cr(Ⅵ)就對細胞形態(tài)產(chǎn)生了毒性影響，在Cr(Ⅵ)濃度100mg/L的液體培養(yǎng)基中，菌體24h內(nèi)沒有

8、出現(xiàn)生長。三種碳源：葡萄糖、蘋果酸和琥珀酸都能促進Cr(Ⅵ)的還原，其中蘋果酸的效果最好。菌體在培養(yǎng)基初始pH=7.0還原40mg/L Cr(Ⅵ)，72h后，未添加外源碳的處理Cr(Ⅵ)去除率僅為34％，而添加蘋果酸的處理去除率可提高到60％。菌體在培養(yǎng)基初始pH為8.0-11.0時的還原效果比初始pH為4.0-7.0時要好。以葡萄糖為外加碳源，還原40mg/L Cr(Ⅵ)72h后，培養(yǎng)基初始pH為8.0-11.0時Cr(Ⅵ)去除率可達

9、到95％以上，而初始pH為4.0-7.0時，去除率僅為10％-50％。菌體在Cr(Ⅵ)初始濃度為10-80mg/L時，均能還原Cr(Ⅵ)，但Cr(Ⅵ)去除率隨初始濃度升高而降低。菌液接種量(0.5％-5％)的增加能提高Cr(Ⅵ)的去除率。銅綠假單胞菌對Cr(Ⅵ)的還原不受共存陰離子SO<,4><'2->和NO<,3><'->的影響。低濃度的Zn<'2+>(25mg/L)就對Cr(Ⅵ)還原有明顯的抑制作用，而Cu<'2+>卻能明顯促進Cr

10、(Ⅵ)的還原。 銅綠假單胞菌對Cr(Ⅵ)的還原機理與分離菌Cr-4相似，存在酶促機理。實驗還發(fā)現(xiàn)，菌體以葡萄糖為碳源還原Cr(Ⅵ)時，Cr(Ⅵ)的去除有部分是代謝產(chǎn)物的還原作用，而以蘋果酸或琥珀酸為碳源時，Cr(Ⅵ)的去除主要通過菌體自身的還原作用完成，而沒有代謝產(chǎn)物的作用。還原Cr(Ⅵ)后菌體的能譜分析結(jié)果表明，菌體還原Cr(Ⅵ)時(培養(yǎng)基初始pH=7.0)通過陽離子交換吸附了三價鉻。 本文還研究了Fe(Ⅲ)對異化型鐵

11、還原菌——產(chǎn)黃纖維單胞菌(Cellulomonasflavigena)還原Cr(Ⅵ)的影響。結(jié)果表明，F(xiàn)eCl<,3>和纖鐵礦能提高菌體對Cr(Ⅵ)的還原效率，但赤鐵礦對菌體還原Cr(Ⅵ)沒有明顯的促進作用，這說明Fe(Ⅲ)對Cr(Ⅵ)還原的影響與鐵氧化物的性質(zhì)相關(guān)。另外，實驗還發(fā)現(xiàn)，當Fe(Ⅲ)/Cr(Ⅵ)的初始濃度比較高時，Cr(Ⅵ)的去除率也相應較高。pH的變化在一定程度上反映了Cr(Ⅵ)的還原狀況。 用分離菌Cr-4和銅