專利名稱：重金屬吸附劑組合物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及含有死細菌菌體的重金屬吸附劑組合物，以及用該重金屬吸附劑組合物從含重金屬的介質(如環(huán)境水)中除去重金屬的方法。
背景技術：
鎘、銅、鋅、鉻和鉛等重金屬引起的環(huán)境污染已經(jīng)成為全世界的問題，因為這些金屬在微量濃度下對生物有毒性。廣泛采用凝集沉淀法作為重金屬的除去手段。該方法雖然廉價，但是產(chǎn)生了大量含高濃度重金屬的淤泥，因此淤泥必須在最終的處理場進行處理。雖然離子交換法只生成少量淤泥，但其成本高，因此使用有限。
最近有許多報道公開了用生物物質如細菌、酵母、真菌或藻類來除去重金屬的方法。其中一些報道了用活生物物質的方法，但是用死的生物物質的方法被認為更具實用性，因為這些方法不需要在環(huán)境中培養(yǎng)。生物物質不僅特異性地吸附鎘、銅、鋅、鉻和鉛等重金屬，而且被吸附的重金屬可通過金屬的解離(解吸附)來回收。另外，使用生物物質的優(yōu)點是生物物質通?？杀簧锝到?，因此對環(huán)境是友好的。對于活的生物物質(如活菌)的使用，首先是培養(yǎng)細菌，然后用水、硝酸鈣溶液(pH 4.0)洗滌(Mullen MD等人，Appl.Environ.Microbiol.198955，3143-3149)或用磷酸鹽緩沖液洗滌(Kurek E等人，Appl.Environ.Microbiol.198243，1011-1015)。
關于使用死生物物質已報道了各種方法，例如，用堿處理死生物物質(Brierley等人，USP 4,992,179)然后洗滌的方法。其它方法包括高壓蒸汽處理(Seki H等人，J Colloid Interface Sci.1988197，185-190)以及用氰化鉀和乙醇處理(Kurek E等人，Appl.Environ.Microbiol.198243，1011-1015)。其中，Brierley等人報道了用堿處理細菌生物物質(如枯草芽孢桿菌)增加了單位重量生物物質吸附金、銀、銅、或鉛的量。本發(fā)明者對經(jīng)堿溶液處理的各種細菌上吸附的重金屬量進行了研究，結果發(fā)現(xiàn)進行堿處理的確增加了每單位重量的吸附量，但是處理后的生物物質的重量大幅度減少，總體上認為堿處理并非是有利的。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明者從生物物質的處理方法和重金屬吸附能力高的細菌兩方面進行研究，結果發(fā)現(xiàn)選自芽孢桿菌屬KRI-02或其類似菌株、地衣芽孢桿菌以及葡萄球菌屬KRI-04或其類似菌株的細菌經(jīng)酸處理后所得的細菌可用作重金屬吸附劑，其與堿處理情況相比，在經(jīng)酸處理后菌體重量沒有顯著減少，而單位重量菌體的重金屬吸附量增加，而且通過酸處理可以再生，從而完成了本發(fā)明。
即，本發(fā)明提供了一種重金屬吸附劑組合物，其含有選自芽孢桿菌屬KRI-02或其類似菌株、地衣芽孢桿菌以及葡萄球菌屬KRI-04或其類似菌株的細菌經(jīng)酸處理后得到的菌體。
本發(fā)明還提供了一種從含重金屬介質中除去重金屬的方法，其特征在于，用重金屬吸附劑組合物處理該含有重金屬的介質，其中所述重金屬吸附劑組合物含有選自芽孢桿菌屬KRI-02或其類似菌株、地衣芽孢桿菌以及葡萄球菌屬KRI-04或其類似菌株的細菌經(jīng)酸處理后得到的菌體。
另外，本發(fā)明還提供了選自芽孢桿菌屬KRI-02(FERM BP-8165)、地衣芽孢桿菌KRI-03(FERM BP-8167)和葡萄球菌屬KRI-04(FERM BP-8166)的細菌。
另外，本發(fā)明還提供了一種重金屬吸附裝置，其特征在于，該裝置含有(A)一個以上的含有上述重金屬吸附劑組合物的重金屬吸附槽以及(B)含有酸的槽。
使用本發(fā)明的重金屬吸附劑組合物可以有效地除去河川、湖泊、工廠廢水等中的有害的重金屬。
附圖簡述

圖1顯示了KRI-02菌株對Cu的吸附/解吸試驗結果。
圖2顯示了KRI-02菌株對Ni的吸附/解吸試驗結果。
圖3顯示了含有特氟隆的菌體珠粒對Cu的吸附能力(第1輪和第10輪)。
圖4顯示了含有特氟隆的菌體珠粒對Zn的吸附能力(第1輪和第10輪)。
圖5顯示了熱處理的菌體珠粒對Cu的吸附能力。
圖6顯示了熱處理的菌體珠粒對Zn的吸附能力。
圖7顯示了熱處理的菌體珠粒對Cu的吸附能力(第1輪和第10輪)。
圖8顯示了熱處理的菌體珠粒對Zn的吸附能力(第1輪和第10輪)。
圖9顯示了菌體珠粒加入量與Zn吸附之間的關系。
圖10顯示了菌體珠粒再生次數(shù)與Zn吸附能力之間的關系。
圖11顯示了菌體珠粒對電鍍廠排出的廢水中Zn和Fe的吸附能力。
圖12顯示了菌體珠粒對電鍍廠排出的廢水中Zn和Fe的吸附能力(反復使用)。
圖13顯示了對電鍍廠排出的廢水中Zn和Fe的吸附能力和再生次數(shù)之間的關系。
圖14顯示了使用5個吸附槽的情況下對電鍍廠排出的廢水中的Zn的吸附能力。
圖15顯示了在電鍍廠廢水槽中的再生次數(shù)和Zn吸附能力之間的關系。
圖16和17顯示了除去廢水中重金屬的系統(tǒng)的例子。
圖18顯示了圖17的系統(tǒng)中向4個珠粒槽的廢水流動。
實施發(fā)明的最佳方式作為本發(fā)明中重金屬吸附劑所用的菌體是選自芽孢桿菌屬KRI-02或其類似菌株、地衣芽孢桿菌以及葡萄球菌屬KRI-04或其類似菌株的細菌經(jīng)酸處理后得到的菌體。這些特定的菌種具有在經(jīng)酸處理后菌體重量沒有顯著減少，而每單位重量的重金屬吸附量增加的特性。在芽孢桿菌屬KRI-02或其類似菌株中，芽孢桿菌屬KRI-02(FERM BP-8165)及其類似菌株是特別佳的。在地衣芽孢桿菌中，地衣芽孢桿菌KRI-03(FERM BP-8167)及其類似菌株是特別佳的。在葡萄球菌屬KRI-04或其類似菌株中，葡萄球菌屬KRI-04(FERM BP-8166)或其類似菌株是特別佳的。在這里，類似菌株指與該菌株屬于同一種且具有與該菌株相同的重金屬吸附能力的菌株。
這些細菌的酸處理中所用的酸沒有特別限制，只要該酸能殺死這些細菌即可，可列舉鹽酸、硫酸、硝酸等無機酸；乙酸、甲酸、戊酸、丙酸、草酸和檸檬酸等有機酸。酸處理條件是將細菌殺死即可，例如使細菌在pH-0.5-2的酸的水溶液中處理15-150分鐘。另外，酸處理時的溫度宜為細菌生長的溫度。較佳的是，在酸處理之前用水洗凈細菌。
酸處理后的菌體宜用水洗凈至pH為中性。雖然酸處理的菌體可加入水中形成懸浮液，但是較佳的是用冷凍干燥、噴霧干燥、加熱等手段干燥后使用。
得到的酸處理菌體與堿處理菌體相比，菌體重量減少的非常少，而且重金屬吸附能力比未處理的菌體增加。因此，與未經(jīng)處理的菌體以及堿處理的菌體相比，經(jīng)酸處理的菌體特別可用作重金屬吸附劑。
細菌等生物體是由蛋白質、脂質和糖類組成的。因此，堿處理使蛋白質和酸性物質溶解。而且，其大多數(shù)生物成分通過水解而溶解，而殘留了一部分不溶的成分。相反，當用酸處理細菌時，蛋白質變性并殘留下來，不僅作為陽離子的金屬離子被除去，而且堿性物質也被除去，菌體內部產(chǎn)生了許多空洞，結果金屬離子等離子很容易滲透，從而最大程度地利用了菌體內部的重金屬結合部位。
本發(fā)明的酸處理菌體能吸附的重金屬可以列舉Ag、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、Mn、Ni、Pb、Pd、Zn等。
本發(fā)明的重金屬吸附劑組合物可以是上述酸處理菌體本身，也可以是含有水性載體或固體載體的形式。作為水性載體，可以列舉水或水溶液，由其制成的組合物可以是水懸浮液。另外，固體載體可以列舉各種無機載體和樹脂載體。另外，該組合物中除了含有酸處理的菌體外還可含有其它重金屬吸附劑、增塑劑、乳化劑、潤滑劑、防靜電劑、發(fā)泡劑、阻燃劑、填充劑和增強劑。
重金屬吸附劑組合物中的酸處理菌體的濃度宜為5-100重量％、更佳的為10-100重量％、特別佳的為20-100重量％(換算成菌體干重)。
為負載酸處理菌體的無機載體可以列舉硅膠、氧化鋁、玻璃、硅藻土和特氟隆。樹脂載體可列舉纖維素、丙烯酰胺衍生物、聚砜、聚乙烯醇、聚苯乙烯、海藻酸鈣、角叉菜膠和聚乙烯亞胺。這些無機載體和樹脂載體可以單獨或組合使用。
酸處理菌體宜以負載于上述無機載體或樹脂載體上的菌體珠粒形式使用。其中，酸處理菌體負載于樹脂載體上的菌體珠粒是特別佳的。菌體珠粒中酸處理菌體與前述無機載體或樹脂載體的重量比宜為1∶10至10∶1，更佳的為1∶5至5∶1。
菌體珠粒的制備方法例如是，將酸處理菌體和上述載體的混合液滴加入液氮等介質中(滴加法)，或是用乳糖等核心，在該核心上噴霧酸處理菌體和上述載體的混合液的造粒方法(造粒法)。用該造粒法得到的菌體珠粒經(jīng)熱處理后耐水性提高。另外，用凍融處理可以使珠粒多孔化，從而提高重金屬吸附能力。其中，熱處理宜在120-150℃下進行2-30分鐘，特別佳的是在150-200℃下進行5-30分鐘。
由于菌體珠粒在重金屬吸附處理時發(fā)生凝集會降低與重金屬的接觸效率，因此較佳的是抑制菌體珠粒的凝集。一個較佳的抑制凝集的技術是在調制菌體珠粒時在酸處理菌體和樹脂內加入特氟隆粉末、鄰苯二甲酸二丁酯、蓖麻油或乙酸乙酯等添加劑。這些添加劑的量宜為酸處理菌體的0.05-5倍重量，更佳的為0.1-2倍重量。另外，通過對菌體珠粒進行熱處理也能抑制凝集。這里的熱處理條件與前述提高耐水性的條件相同。
用本發(fā)明的重金屬吸附劑組合物處理含有重金屬的介質可以從該含有重金屬的介質中除去重金屬。在這里，含有重金屬的介質例如是含有重金屬的環(huán)境水以及土壤，更具體的是河川水、湖泊水、污水、工業(yè)廢水、土壤、焚化爐灰冷卻水、電鍍廢水等含有重金屬的環(huán)境介質。用本發(fā)明組合物處理該含有重金屬的介質的方法例如是使固定了酸處理菌體的載體與該液體介質接觸，更具體的方法是使該液體介質通過固定酸處理菌體的載體的填充柱。
通過這樣的處理，該介質中的重金屬被本發(fā)明組合物中的酸處理菌體所吸附，從而除去了該介質中的重金屬。吸附的重金屬可通過添加有機酸、無機酸使pH降低或是通過加入EGTA、EDTA等螯合劑使其從酸處理菌體中很容易地溶解出來，從而可以回收重金屬。另外，溶解出重金屬的酸處理菌體可以再次用作重金屬吸附劑。
在用本發(fā)明的重金屬吸附劑組合物從工業(yè)廢水、電鍍廢水等含有重金屬的介質中除去重金屬的方法中，宜使用裝備有(A)一個以上含重金屬吸附劑組合物的重金屬吸附槽和(B)含有酸的槽的重金屬吸附裝置。重金屬吸附槽(A)可連續(xù)使用，即，在重金屬吸附處理后通過酸處理來回收重金屬，并再生重金屬吸附劑組合物。
在電鍍工廠內，電鍍后的洗凈過程中會排出含有高濃度重金屬的廢液。由于鋅電鍍液中含有高濃度的氰基(cyan)化合物，所以在預處理中進行氧化分解。另外，由于鉻電鍍中使用了六價的鉻，所以在預處理中將其處理成為三價的鉻。然后，用苛性鈉等將含有鋅、鎳、鉻等的電鍍廢液的pH調至堿性，再加入聚合物絮凝劑使不溶物凝集沉淀(淤漿)，排放除去。淤漿的大部分由廢棄物從業(yè)者處理，其一部分被再次利用，而大部分被運送至最終的處理場進行填埋。
因此，如果用本發(fā)明的重金屬吸附劑組合物處理預處理后的廢液來除去廢液中的重金屬，則無需加入聚合物絮凝劑，也不會產(chǎn)生大量淤漿。而且，使用吸附特異性高的本發(fā)明重金屬吸附劑組合物后，可以從吸附了重金屬的組合物高純度地回收重金屬，這樣不僅延長了最終處理場的壽命，而且也實現(xiàn)了資源的再利用。
因此，本發(fā)明的重金屬吸附劑組合物和重金屬吸附裝置特別可用于從電鍍廢液中回收重金屬。
實施例雖然列舉了下列實施例來進一步詳細地說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不局限于這些實施例。
實施例1(重金屬吸附菌的選擇和鑒定)(1)重金屬吸附菌的選擇將土壤懸浮在生理鹽水中后靜置，取其上清在含1mM重金屬的BrainHeart Infusion Agar培養(yǎng)基中培育，1日后選出出現(xiàn)的菌落。
(2)所得菌株的鑒定a.方法細菌的第一階段試驗是用光學顯微鏡U-LH1000(Olympus，Japan)觀察細胞的形態(tài)、革蘭氏染色、有無孢子、有無鞭毛運動。在含Brain Heart InfusionAgar(Becton Dickinson，NJ，USA)和瓊脂的培養(yǎng)基(B.H.I agar)上觀察菌落形態(tài)。進行過氧化氫酶反應、氧化酶反應、由葡萄糖產(chǎn)生酸/氣體、葡萄糖的氧化/發(fā)酵(O/F)試驗。
細菌的第二階段試驗是用API系統(tǒng)(bioMerieux，F(xiàn)rancehttp///www.biomerieux.fr/home_en.htm)根據(jù)其測定方法進行生物化學性質的試驗。
另外還進行細菌生理性質的試驗。
b.結果第一階段的試驗結果示于表1。
表1

+陽性；-陰性；w反應弱第二階段和額外試驗的結果如下表2-4所示。
表2(KRI-02)

表3(KRI-03)

表4(KRI-04)

根據(jù)以上結果，發(fā)現(xiàn)KRI-02屬于芽孢桿菌屬，但是其菌種還未鑒定。因此，將該菌命名為芽孢桿菌屬KRI-02。另外，確定KRI-03屬于地衣芽孢桿菌，因此命名為地衣芽孢桿菌KRI-03。KRI-04屬于葡萄球菌屬，但其菌種還未鑒定。因此，將該菌命名為葡萄球菌屬KRI-04。KRI-02、KRI-03和KRI-04分別作為FERM BP-8165、FERM BP-8167、FERM BP-8166保藏在獨立行政法人產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所專利生物保藏中心(日本茨城縣Tsukuba市東一區(qū)1番地1，中央第6(郵政編碼305-8565)2002年8月21日)。
實施例2在Brain Heart Infusin培養(yǎng)基(Difco)中培育KRI-02、KRI-03和KRI-04后，用水洗凈，加入相當于細菌濕重量的5倍體積的0.5N鹽酸使其懸浮。然后，使添加了鹽酸的細菌在37℃振蕩2小時。另外，比較研究了Brierley等人的方法(USP 4,992,179)。即，將加入相當于濕重量的5倍體積的3％氫氧化鈉，將細菌在50℃或100℃下振蕩10分鐘。振蕩后，每種菌都用水充分洗凈，冷凍干燥。其結果顯示在表5中，與用水洗凈的情況(未處理)相比，酸處理使重量減少20％，而氫氧化鈉處理使重量減少50％以上，尤其是在100℃下處理時，重量減少60％以上。
表5

實施例3(金屬吸附量的測定)將冷凍干燥的細菌粉末分散在緩沖溶液(Tris100mM)中，配制成60毫克/毫升的懸浮液。將20微升細菌懸浮液加入經(jīng)Tris(10mM)調制的2.4mM的重金屬水溶液(CdCl2，CuSO4，ZnCl2，NiCl2)1毫升中。反應結束后進行離心，用原子吸光光度計測定分離的上清中的重金屬濃度。
結果示于表6-9。與水洗相比，KRI-02、KRI-03、KRI-04經(jīng)酸處理后對鎘和銅的吸附量有所增加。雖然經(jīng)氫氧化鈉處理的KRI-02、KRI-03、KRI-04的鎘吸附量也比水洗有所增加，但是酸處理比氫氧化鈉處理增加得更多。酸處理的KRI-02、KRI-03、KRI-04對鋅和鎳的吸附量比水洗有所增加，但是經(jīng)氫氧化鈉處理(100℃)提供了稍高的攝入量。將50℃和100℃下的氫氧化鈉處理的重金屬攝入量相比，100℃的處理比50℃的處理增加了吸附量。
(2)300L發(fā)酵罐培養(yǎng)在300L發(fā)酵罐內，調節(jié)表4的本發(fā)明培養(yǎng)基150L后，對利用30L發(fā)酵罐培養(yǎng)的酵母種進行全部接種，并在以下所示的條件下進行培養(yǎng)。
表4 FT-4菌株培養(yǎng)條件

培養(yǎng)結束后，直接對培養(yǎng)液離心分離，并分離菌體后，利用過濾布進行壓榨脫水，得到水分65-67％的菌體。
·非冷凍生面團發(fā)酵活性的測定測定表5所示的生面團組成下的非冷凍時的發(fā)酵活性。即，利用革蘭氏混合器(美國National公司生產(chǎn))對原料進行2分鐘混合，把所得生面團切下30g，并利用fermograph(ATTO公司生產(chǎn))，對30℃下、120分鐘內發(fā)酵時產(chǎn)生的總氣體量進行測定。
表5酵母工業(yè)協(xié)會法的生面團組成在100mM Tris緩沖液(pH7.5)中分散冷凍干燥的細菌(KRI-02)，制成懸浮液(60毫克/毫升)。取20微升該細菌懸浮液加入經(jīng)Tris(10mM)調制成2.4mM的重金屬水溶液(CuSO4，NiCl2)1毫升中，攪拌2小時(分別在pH 6.0和pH7.3下)。反應結束后進行離心分離，分離上清液(a)和菌層。在菌層中加入鹽酸(pH1.54)，攪拌30分鐘后再次離心，分離上清(b)和菌層。用原子吸光光度計測定上清(a)和(b)中的重金屬濃度，算出吸附量和解吸附量。經(jīng)鹽酸處理后的菌層用100mM Tris(pH7.5)洗凈至pH中性，反復進行重金屬吸附和解吸附試驗(3次)。結果顯示在圖1和圖2中。雖然兩種金屬的第二輪的吸附量比第一輪的吸附量減少，但是第二輪和第三輪的吸附量顯示出幾乎相同。顯示出Cu的解吸附量是吸附量的90％以上的優(yōu)良結果。在Ni的情況下，雖然第一輪的解吸附量少，但是其和第二輪和第三輪的吸附量幾乎相同，表明對于兩種金屬均可以再利用。
實施例5含有添加劑的菌體珠粒的合成在10％(w/v)的聚乙烯醇(PVA)(聚合度為1500-1800，皂化程度為98％)水溶液中加入與PVA同重量的KRI-02以及添加劑，并進行攪拌。用注射器將配制的懸浮液滴入液氮中，然后凍融并凍干。添加劑使用特氟隆粉末、蓖麻油、乙酸乙酯和/或鄰苯二甲酸二丁酯。
實施例6含有添加劑的菌體珠粒的凝集性的評價用堿金屬和堿土金屬含量比重金屬(鎘、銅、鋅、鎳)量多得多的焚化爐灰冷卻水20毫升(pH7.5)研究凝膠珠粒(0.35g)的凝集性(穩(wěn)定性)。振蕩12小時后，用肉眼觀察凝膠的附著和凝集。結果確認不含添加劑的菌體珠粒發(fā)生凝集。而含有特氟隆粉末和鄰苯二甲酸二丁酯混合而成的添加劑的菌體珠粒有最高的凝集抑制效果。另外，蓖麻油和乙酸乙酯表現(xiàn)出中等程度的凝集抑制效果。
實施例7添加劑的混合比例對凝集的影響為了研究添加劑和KRI-02的混合比例(重量比)對凝集的影響，制成了特氟隆混合體系的菌體珠粒。與實施例6一樣，用焚化爐灰冷卻水20毫升(pH7.5)來研究珠粒(0.35g)的凝集性(穩(wěn)定性)。結果顯示，不與菌體(KRI-02)混合的珠粒發(fā)生凝集，而通過增加PVA以外的組分的比例可抑制凝集(表10)。
表10混合比例對凝集的影響

○、◎沒有凝集；×有凝集；△有少許凝集實施例8含有特氟隆的菌體珠粒的吸附能力合成含有特氟隆的菌體珠粒(重量比為特氟隆∶PVA∶菌體(KRI-02)＝1∶1∶2)，在對爐灰冷卻水20毫升(pH7.5)進行吸附試驗后，加入草酸20毫升(pH1.2)進行溶出試驗。觀察反復進行吸附、再生過程中的吸附能力的變化。比較第1輪的吸附能力和第10輪的吸附能力。即使使用了10次，菌體珠粒對重金屬(銅、鋅)的吸附能力仍沒有降低。另外，可以在幾乎不受共存的高濃度鹽的影響下而進行吸附和除去(圖3和圖4)。
實施例9熱處理對珠粒凝集和吸附的影響用上述方法合成與KRI-02混合(重量比為PVA∶菌體＝1∶2)的凝膠珠粒，冷凍干燥后180℃熱處理10分鐘。和上述一樣，用爐灰冷卻水20毫升(pH7.5)研究凝膠珠粒(0.35g)的凝集性(穩(wěn)定性)。另外，為了研究熱處理對珠粒吸附能力的影響，用原子吸光光度計測定爐灰冷卻水中重金屬(鋅、鎳)以及堿土金屬(鈣、鎂)的濃度變化。比較熱處理或未經(jīng)熱處理的菌體珠粒，確認經(jīng)熱處理的菌體珠粒不相互附著，即凝集被抑制。相反，發(fā)現(xiàn)未經(jīng)處理的菌體珠粒有和前面的結果相同的凝集。另外，根據(jù)爐灰冷卻水中各金屬的濃度變化確認熱處理前后吸附能力幾乎沒有減少(圖5和圖6)。
實施例10熱處理珠粒的吸附能力的變化在前述熱處理珠粒的吸附試驗后分離珠粒，加入20毫升(pH1.2)草酸進行各金屬的溶出試驗。然后，用Tris(100mM)洗凈，再進行吸附試驗。反復這一系列的操作(使用輪數(shù))，研究再生所引起的珠粒吸附能力的變化。將第一輪的吸附能力與第10輪的吸附能力相比較。結果顯示，即使使用10輪，重金屬(銅、鋅)的吸附能力也幾乎沒有降低。另外，可以在幾乎不受共存的高濃度鹽的影響下而進行吸附和除去(圖7和圖8)。
實施例11用造粒法制作菌體珠粒將KRI-02粉碎至150微米或更小，將其與PVA(聚合度、皂化程度為98-99％)的粉末以2∶1的重量比混合，得到混合粉末，然后用離心流化涂布裝置進行造粒。即，將球狀顆粒(乳糖)作為核粒子(500微米)，在噴霧PVA水溶液(5％)的同時分散混合粉末進行造粒。對造粒得到的顆粒進行加熱干燥(70℃)，用篩網(wǎng)分離出直徑為1.4-1.7毫米的顆粒，進而在180℃下處理20分鐘。
實施例12造粒法制得的菌體珠粒的耐水性的評價將180℃下熱處理20分鐘的菌體珠粒以及未經(jīng)熱處理的菌體珠粒(0.35g)加入20毫升水中，振蕩24小時。結果未經(jīng)熱處理的菌體珠粒在振蕩后數(shù)小時表現(xiàn)出顆粒崩解而變成懸浮液，而經(jīng)熱處理的菌體珠粒即使在24小時后仍保持顆粒形狀。這表明對造粒得到的菌體珠粒進行熱處理可以保持顆粒形狀并使菌體穩(wěn)定地固定化。
實施例13用冷凍法使珠粒多孔化將實施例11所得熱處理菌體珠粒浸在水中洗凈后，在含有充足水的狀態(tài)下進行凍融，然后冷凍干燥。將經(jīng)冷凍處理的珠粒(0.5g)加入含鋅的電鍍廢水(20毫升)中并攪拌，從反應開始起研究鋅濃度的時間依賴性。用僅經(jīng)熱處理的菌體珠粒作為對照。結果發(fā)現(xiàn)，施以冷凍操作的菌體珠粒的濃度變化比對照大。經(jīng)冷凍干燥以及凍融處理后的廢液在90分鐘后的鋅濃度分別為354.1μM和332.8μM，其比對照的濃度(381.6μM)小。因此，通過對熱處理菌體珠粒進行冷凍處理，可以加速珠粒內的重金屬的擴散，從而加速液相中重金屬濃度的降低。
實施例14用珠粒除去重金屬將經(jīng)熱處理的菌體珠粒(實施例11)浸在1N鹽酸中，然后用MES緩沖液(pH6)洗凈，加入含有鋅的電鍍廢水中攪拌。改變菌體珠粒的添加量(8、17.5、25、35毫克/毫升)，研究鋅的濃度變化。結果顯示在圖9中。鋅濃度變化取決于菌體珠粒的量，珠粒的添加量較高，則濃度變化的初始梯度較大。因此，通過在含有鋅等重金屬的廢水中加入該菌體珠粒，可以除去鋅，從而使其濃度降低至排水基準(75.6μM)以下。除了鋅以外，該菌體珠粒還可以吸附除去銅、鐵、鎘、鎳等有害的重金屬。
實施例15珠粒的再生用MES緩沖液(pH6)將經(jīng)熱處理的菌體珠粒(實施例11，0.35g)洗凈，然后加入含有鋅和鐵的電鍍廢水(20毫升)中攪拌。吸附反應結束后，從廢液中取出菌體珠粒，加入1N鹽酸(20毫升)使重金屬脫離。然后，用MES洗凈，再次更換廢水。重復進行這一系列的吸附和解吸附的操作，從而重復珠粒的再生。重金屬的濃度用原子吸光光度計測定。鋅的吸附量(pH7)和再生次數(shù)的關系顯示在圖10中。在測定時鋅和鐵的平均初濃度分別為790μM和458μM。以每克干重(菌體珠粒)計，鋅和鐵的平均吸附量為36.2μmol/g和4.6μmol/g。即便重復再生100次，菌體珠粒仍然保持形狀，且其吸附量基本上沒有變化。另外，研究相對于吸附的脫離(解吸附)量的結果發(fā)現(xiàn)，90％以上的比例被解吸附。因此，該菌體珠粒能耐受pH的急劇變化，因此可以反復使用。
實施例16在電鍍工廠內的排水處理中的利用(1)-攪拌槽中的物料平衡在含重金屬的氰化物系電鍍廢水槽(50升)中加入經(jīng)熱處理的菌體珠粒(實施例11，400g)并攪拌(轉速200rpm)，同時取樣研究鋅和鐵的濃度變化。表11中顯示了氰化物系電鍍廢水槽(pH 7.5)中的鋅和鐵的濃度。結果發(fā)現(xiàn)廢水中的鋅和鐵的濃度高于排水基準。圖11顯示了在該廢水中加入菌體珠粒后的重金屬的濃度變化。根據(jù)該結果算出每1克干燥菌體珠粒的吸附量，對鋅為53.6μmol/g，對鐵為12.1μmol/g。
表11單位μM

實施例17在電鍍工廠內的排水處理中的利用(2)-吸附除去的金屬的濃縮用與實施例16相同的方法在氰化物系電鍍廢水槽(50升)中加入經(jīng)熱處理的菌體珠粒(實施例11，400g)，吸附除去鋅和鐵(90分鐘)后，將珠粒加入1N鹽酸(20升)中進行解吸附和再生。再生后，用氫氧化鈉水溶液(pH7)將珠粒洗凈，然后再次加入電鍍廢水槽內。重復這些吸附和解吸附的操作，嘗試濃縮鹽酸溶液中的重金屬。氰化物系電鍍廢水中的鋅和鐵的濃度變化如圖12所示。結果表明，通過反復吸附，廢水中的重金屬濃度降低。通過6次解吸附和再生，鋅濃度降低到排水基準(76.5μM)以下，而鐵濃度仍然在排水基準(179μM)之上。鹽酸中鋅和鐵的濃度變化如圖13所示。結果表明，鹽酸中的鋅濃度隨著菌體珠粒的再生次數(shù)而增加。然而，通過反復吸附，廢水中的鋅濃度降低，因此其濃度變化變小。再生7次后的鋅的濃縮率為2.1倍。雖然鐵和鋅一樣解吸附到鹽酸中，但是其濃度比鋅低，且鐵濃度不再增加。發(fā)現(xiàn)廢水中鋅與鐵的濃度之比為2.0，而在重金屬解吸附的鹽酸中為7.8(解吸附7次后)，這表明通過使用該珠粒，鋅收集的濃度比鐵高。
實施例18電鍍工廠內的排水處理中的利用-多輪吸附在氰化物系電鍍廢水槽中加入經(jīng)熱處理的菌體珠粒(實施例11，400g)，吸附除去鋅(90分鐘)(第1槽)。在鹽酸(20升)中解吸附和再生后，用氫氧化鈉水溶液(pH 7)洗凈珠粒，加入電鍍廢水槽(第2槽)中。用總共5個電鍍廢水槽(50升)進行反復的吸附和解吸附操作。各廢水槽中90分鐘后的鋅吸附量顯示在圖14中。結果表明，吸附的再現(xiàn)性良好，其平均吸附量為31.1μmol/g。另外，研究了通過解吸附引起的鹽酸中的鋅濃度變化(圖15)。鋅濃度隨著再生次數(shù)而呈線性增加。因此，通過重復將菌體珠粒連續(xù)加入廢水槽和解吸附槽(鹽酸)(多次吸附)，可以濃縮解吸附槽中的鋅濃度。
實施例19用菌體珠粒除去廢水中重金屬的系統(tǒng)結構圖16記載了除去廢水中重金屬的系統(tǒng)的結構。
在最左邊的吸附槽1中加入含有高濃度重金屬的廢水，使其與菌體珠粒反應一定時間后向右邊相鄰的吸附槽移動，直到最右邊的吸附槽才終止并排放。菌體珠粒從最右邊的槽開始依次向左邊的槽移動，直到最左邊的槽才終止，珠粒通過酸處理來使吸附的重金屬解吸附從而再生。將再生的菌體珠粒再次移至最右邊的槽，然后向左邊的槽移動。通過使用對應于廢水中重金屬濃度的菌體珠粒量，廢水中的重金屬濃度可通過使用至少三個處理槽來降低至環(huán)境基準以下。處理時間宜至少1小時以上。當再生處理所用的鹽酸中的重金屬濃度較高時，用新的鹽酸代替再生處理所用的鹽酸。
實施例20圖17記載了除去重金屬的系統(tǒng)的結構。
與圖16的情況不同的是，菌體珠粒沒有在槽之間移動，而是通過移送廢水來除去廢水中的重金屬。即，如圖18所示，使用對應于廢水中重金屬濃度的菌體珠粒量，使含有高濃度重金屬的廢水從槽1→2→1、槽2→1→2、槽3→4→3、槽4→3→4。通過對經(jīng)高濃度廢水處理的菌體珠粒進行酸處理再生，可以連續(xù)地處理廢水。當再生處理所用的鹽酸中的重金屬濃度較高時，用新的鹽酸代替再生處理所用的鹽酸。
權利要求
1.一種重金屬吸附劑組合物，它含有選自芽孢桿菌屬KRI-02或其類似菌株、地衣芽孢桿菌以及葡萄球菌屬KRI-04或其類似菌株的細菌經(jīng)酸處理后得到的菌體。
2.根據(jù)權利要求1所述的重金屬吸附劑組合物，其中芽孢桿菌屬KRI-02或其類似菌株是芽孢桿菌屬KRI-02(FERM BP-8165)或其類似菌株；地衣芽孢桿菌是地衣芽孢桿菌KRI-03(FERM BP-8167)或其類似菌株，葡萄球菌屬KRI-04或其類似菌株是葡萄球菌屬KRI-04(FERM BP-8166)或其類似菌株。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的重金屬吸附劑組合物，其中所述經(jīng)酸處理的菌體負載于無機載體或樹脂載體上。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的重金屬吸附劑組合物，其中所述經(jīng)酸處理的菌體是負載于無機載體或樹脂載體上的菌體珠粒。
5.根據(jù)權利要求4所述的重金屬吸附劑組合物，其中菌體珠粒除載體外還含有特氟隆粉末、鄰苯二甲酸二丁酯、蓖麻油或乙酸乙酯。
6.根據(jù)權利要求4所述的重金屬吸附劑組合物，其中菌體珠粒用造粒法得到。
7.一種除去含重金屬的介質中的重金屬的方法，其特征在于，用重金屬吸附劑組合物處理該含有重金屬的介質，其中所述重金屬吸附劑組合物含有選自芽孢桿菌屬KRI-02或其類似菌株、地衣芽孢桿菌以及葡萄球菌屬KRI-04或其類似菌株的細菌經(jīng)酸處理后得到的菌體。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中芽孢桿菌屬KRI-02或其類似菌株是芽孢桿菌屬KRI-02(FERM BP-8165)或其類似菌株；地衣芽孢桿菌是地衣芽孢桿菌KRI-03(FERM BP-8167)或其類似菌株，葡萄球菌屬KRI-04或其類似菌株是葡萄球菌屬KRI-04(FERM BP-8166)或其類似菌株。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的方法，其中含重金屬的介質選自含有重金屬的環(huán)境液體和土壤。
10.根據(jù)權利要求7-9任一所述的方法，其中所述酸處理的菌體負載于無機載體或樹脂載體上。
11.根據(jù)權利要求7-9任一所述的方法，其中所述酸處理的菌體是負載于無機載體或樹脂載體的菌體珠粒。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中除載體外，菌體珠粒還含有特氟隆粉末、鄰苯二甲酸二丁酯、蓖麻油或乙酸乙酯。
13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中菌體珠粒通過造粒方法得到。
14.一種細菌，它選自芽孢桿菌屬KRI-02(FERM BP-8165)、地衣芽孢桿菌KRI-03(FERM BP-8167)和葡萄球菌屬KRI-04(FERM BP-8166)。
15.一種重金屬吸附裝置，其特征在于，該裝置含有(A)一個以上的含有權利要求1-6任一項所述的重金屬吸附劑組合物的重金屬吸附槽以及(B)含有酸的槽。
16.根據(jù)權利要求15所述的重金屬吸附裝置，其中所述重金屬吸附槽(A)在重金屬吸附處理后通過酸處理來回收重金屬并再生重金屬吸附劑組合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及含有選自芽孢桿菌屬KRI－02或其類似菌株、地衣芽孢桿菌以及葡萄球菌屬KRI－04或其類似菌株的細菌經(jīng)酸處理后得到的菌體的重金屬吸附劑組合物，以及用其除去含有重金屬的介質中的重金屬的方法。本發(fā)明可用于除去河川、湖泊、工廠排水等中的重金屬。
文檔編號C12N1/38GK1681916SQ0382120
公開日2005年10月12日 申請日期2003年9月1日 優(yōu)先權日2002年9月5日
發(fā)明者鈴木宏典, 中尾裕史 申請人:興和株式會社