黃 強

(河北省污染物排放權交易服務中心，河北 石家莊 050051)

廢水中的重金屬離子易通過生物鏈在生物體內(nèi)富集，威脅生態(tài)環(huán)境和人類健康。因此，開發(fā)高效的重金屬污染廢水處理技術成為研究者關注的熱點。植物-微生物聯(lián)合修復技術可以大幅提高重金屬的吸收效率及再利用率，進而提高重金屬污染廢水的處理效果。

李桂榮等[1]針對我國農(nóng)田土壤中普遍存在重金屬污染等問題，研究了茄子稈生物炭聯(lián)合黑麥草對土壤中鎘-芘復合污染的處理效果及對微生物群落結(jié)構的影響，發(fā)現(xiàn)茄子稈生物炭聯(lián)合黑麥草對土壤中鎘、芘的去除率最高分別可達20.59%和70.58%，能夠顯著減少土壤中重金屬污染。盧晉晶等[2]綜述了植物-微生物聯(lián)合修復鎘污染土壤的研究進展，分析了植物、微生物對重金屬的作用機制，并統(tǒng)計了具有修復功能的植物-微生物群落的種類。王黎蕓等[3]通過Hungate厭氧滾管法從酸性重金屬廢水中篩選出一株嗜酸性的硫單質(zhì)還原菌NAU-16，研究了該菌株對污泥生物瀝浸酸液中重金屬的去除效果。作者選用水生鳶尾、篩選耐重金屬菌株，采用植物-微生物聯(lián)合修復重金屬污染廢水，考察溫度、重金屬初始濃度、pH值對重金屬鎘、鎳、汞去除率的影響。

1 實驗

1.1 材料與儀器

重金屬污染廢水：取城市某工業(yè)生產(chǎn)基地排放的廢水1 000 mL裝入洗凈的錐形瓶中，帶回實驗室密封，編號。

FA2004型電子分析天平，南京昕儀生物科技有限公司；CBI150-L型生化培養(yǎng)箱、DZF-6020型干燥箱，上海舍巖儀器有限公司；TS-80C型大容量微生物搖床，上海天呈實驗儀器制造有限公司；JC-YG-200型雙道原子熒光分光分度計(三光三通道)，青島聚創(chuàng)環(huán)保集團有限公司；KJ-XB14型電阻爐，洛陽科炬爐業(yè)有限公司。

1.2 培養(yǎng)基

基礎培養(yǎng)基：有機物培養(yǎng)膏2 g、蛋白質(zhì)培養(yǎng)液0.1 L、氯化鈉100 g、瓊脂10 g，pH值為6.8～7.0。

液體培養(yǎng)基：有機物培養(yǎng)膏2 g、蛋白質(zhì)培養(yǎng)液0.1 L、氯化鈉100 g，pH值為7.0～7.2。

篩選培養(yǎng)基：蛋白質(zhì)培養(yǎng)液0.1 L、有機物培養(yǎng)膏2 g、氯化鈉100 g、瓊脂10 g、重金屬污染廢水，pH值為7.0～7.5。

葡萄糖蛋白培養(yǎng)基：蛋白質(zhì)培養(yǎng)液0.56 L、氯化鈉至少50 g、葡萄糖10 g，pH值為6.8～7.2。

其中基礎培養(yǎng)基用于保存耐重金屬菌株；液體培養(yǎng)基用于生化培養(yǎng)箱中的倒置培養(yǎng)[4-5]；篩選培養(yǎng)基用于篩選耐重金屬菌株；葡萄糖蛋白培養(yǎng)基用于大量繁殖耐重金屬菌株。

1.3 標準曲線的繪制

比色管試劑(pH值約為10)的配制：將NH4Cl溶液加入到150 mL氨水中，置于冷凍箱中密封保存；稱取5 g嗎啉吡啶乙腈溶于水中，并稀釋至150 mL[6-7]，置于冷凍箱中密封保存；稱取一定質(zhì)量鐵氰化鉀溶于水中，攪拌均勻，配制一定濃度的鐵氰化鉀溶液，置于冷凍箱中密封保存。

重金屬樣品溶液的配制：精密量取一定量的重金屬污染廢水，置于1 000 mL容量瓶中，加水稀釋至刻度，搖勻，配制濃度分別為5 mg·L-1、10 mg·L-1、15 mg·L-1、20 mg·L-1、25 mg·L-1的重金屬樣品溶液。即配即用。

重金屬標準曲線的繪制：分別吸取5 mg·L-1、10 mg·L-1、15 mg·L-1、20 mg·L-1、25 mg·L-1的重金屬樣品溶液各5 mL，置于10 mm比色管中作為試樣管；吸取0.5 mL標準使用液置于10 mm比色管中，加水至5 mL，作為標準管；在試樣管中按照1∶1的比例加入比色管試劑，在標準管中按照10∶1的比例加入比色管試劑，搖勻，測定510 nm處吸光度。以重金屬濃度(c)為橫坐標、吸光度(A)為縱坐標繪制重金屬標準曲線(圖1),擬合得到標準曲線方程為：A=Kc(K為摩爾吸收系數(shù)，為0.692 L·mg-1)。表明，重金屬濃度與吸光度線性關系良好。

圖1 重金屬濃度與吸光度的關系曲線Fig.1 Relationship curve between heavy metal concentration and absorbance

1.4 重金屬去除率的測定

采用比色法[8]測定重金屬濃度。按1.3方法測定植物-微生物聯(lián)合修復前后廢水的吸光度，依據(jù)標準曲線方程計算重金屬濃度，按下式計算廢水中重金屬去除率：

式中：c0為廢水中重金屬的初始濃度；c1為植物-微生物聯(lián)合修復后廢水中重金屬的濃度[9]。

1.5 植物-微生物聯(lián)合修復體系的構建

廢水預處理：采用明礬過濾的方法去除重金屬污染廢水中的不可溶性雜質(zhì)；然后通過活性炭去除廢水的色素和異味；將玻璃珠加入廢水中，振蕩搖勻，使廢水中的微生物分布均勻且處于游離狀態(tài)。

菌株篩選：將處理后的廢水、無菌水以體積比1∶10混合，置于試管中，作為篩選菌株的富集母液[10-11]。向液體培養(yǎng)基中滴加5 mL富集母液，涂抹均勻，置于生化培養(yǎng)箱中50 ℃恒溫培養(yǎng)；24 h后，取5 mL菌液，均勻涂抹于第二個液體培養(yǎng)基中，置于生化培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)；同上步驟，培養(yǎng)至第五代，將菌液稀釋成不同梯度濃度，均勻涂抹于篩選培養(yǎng)基中，置于生化培養(yǎng)基中恒溫培養(yǎng)；將菌落劃線分離，最后得到不同的單菌落；將單菌落分別接種于基礎培養(yǎng)基中，置于30～35 ℃生化培養(yǎng)箱中，于280 r·min-1培養(yǎng)一定時間；測定培養(yǎng)液的吸光度，計算重金屬去除率；最終篩選出高效耐重金屬菌株，置于-80 ℃冷凍箱中保存。

植物預處理：將水生鳶尾殺青并烘干，用NaOH溶液處理后，再次烘干，備用。

植物-微生物聯(lián)合修復體系的構建：取處理后的水生鳶尾與篩選的耐重金屬菌株，配制植物-微生物水溶液。

1.6 植物-微生物聯(lián)合修復重金屬污染廢水的條件優(yōu)化

將篩選出的高效耐重金屬菌株解凍活化，按接種量10%接種至葡萄糖蛋白培養(yǎng)基中，置于大容量微生物搖床中，每隔4 h取樣，1 500 r·min-1下離心，取上清測定吸光度，計算重金屬去除率。考察24 h內(nèi)溫度(20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃)、重金屬初始濃度(100 mg·L-1、200 mg·L-1、300 mg·L-1、400 mg·L-1)[12-13]、pH值(5.0、6.0、7.0、8.0、9.0)對重金屬去除率的影響[14-15]。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對鎘、鎳、汞去除率的影響(圖2)

注：pH值7.0、重金屬初始濃度300 mg·L-1

由圖2可以看出，隨著溫度的升高，重金屬去除率整體呈先升高后降低的趨勢，當溫度為20 ℃時，鎘、鎳、汞24 h去除率分別為45%、42%、38%；當溫度升至25 ℃時，鎘、鎳、汞去除率均最高，分別為61%、52%、64%；繼續(xù)升高溫度，鎘、鎳、汞去除率逐漸降低，30 ℃時分別降至55%、46%、47%；35 ℃時分別降至42%、37%、28%。故選擇最佳溫度為25 ℃。

2.2 重金屬初始濃度對鎘、鎳、汞去除率的影響(圖3)

注：溫度25 ℃、pH值7.0

由圖3可以看出，隨著重金屬初始濃度的增加，重金屬去除率整體呈先升高后降低的趨勢，其中重金屬鎘初始濃度對鎘去除效果的影響較小。當重金屬初始濃度為100 mg·L-1時，鎘、鎳、汞24 h去除率分別為36%、42%、32%；當重金屬初始濃度增至300 mg·L-1時，鎘、鎳、汞去除率分別升至39%、56%、42%；繼續(xù)增加重金屬初始濃度至400 mg·L-1時，鎘、鎳、汞去除率分別降至34%、35%、29%。說明，廢水中重金屬初始濃度在300 mg·L-1時，處理效果最好。

2.3 pH值對鎘、鎳、汞去除率的影響(圖4)

由圖4可以看出，隨著pH值的增大，重金屬去除率整體呈先升高后降低的趨勢，當pH值為5.0時，鎘、鎳、汞24 h去除率分別為39%、35%、33%；當pH值增至7.0時，鎘、鎳、汞去除率分別升至68%、58%、77%；繼續(xù)增大pH值，鎘、鎳、汞去除率逐漸降低，pH值為8.0時，鎘、鎳、汞去除率分別降至49%、40%、49%；pH值為9.0時，鎘、鎳、汞去除率分別降至29%、29%、26%。故選擇最佳pH值為7.0。

注：溫度25 ℃、重金屬初始濃度300 mg·L-1

3 結(jié)論

在溫度為25 ℃、pH值為7.0的最佳條件下，對重金屬初始濃度為300 mg·L-1的重金屬污染廢水進行植物-微生物聯(lián)合修復，廢水中鎘、鎳、汞去除率分別達到68%、58%、77%，處理效果較好。在今后的研究中，還可探究植物-微生物聯(lián)合修復對其它重金屬的處理效果，綜合評價植物-微生物聯(lián)合修復重金屬污染廢水的效果。