除锰细菌的分离鉴定及其固定化除锰研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-0438

摘要/Abstract

摘要：

自含锰土壤中筛选得到2株具有除锰能力的革兰氏阳性菌S1、S2，比对16S rRNA序列结果，推测2株细菌可能为巨大芽孢杆菌（Baciulls megaterium）和嗜麦芽寡养单胞菌（Stenotrophomonas maltophilia）。在质量浓度为260 mg/L的Mn²⁺培养基中培养6 d后，2株细菌对Mn²⁺的去除率均可达95%以上。扫描电镜能谱（SEM-EDS）分析、X射线衍射（XRD）分析表明这2株细菌是通过将Mn²⁺转化为MnCO₃实现对Mn²⁺的去除。采用海藻酸钠和活性炭作为包埋剂将菌体制成固定化微胶囊，在含锰废水Mn²⁺质量浓度为150 mg/L时胶囊固定菌的除锰率远高于游离菌相应的值，利用正交实验优化胶囊固定菌的除锰条件后菌株的除锰率均高于96%，3轮循环除锰实验后胶囊固定菌仍有较好的除锰率，可见胶囊固定菌具备一定的重复利用性能。

关键词: 除锰细菌, 包埋固定化, 含锰废水, 正交实验

Abstract:

Two Gram-positive bacteria S1 and S2 with manganese removal ability were screened from manganese-containing soil，and the comparison of 16S rRNA sequences showed that the two bacteria might be Baciulls megaterium，Stenotrophomonas maltophilia. The removal rate of Mn²⁺ could reach more than 95% after 6 days of culture in the medium with the mass concentration of Mn²⁺ of 260 mg/L. Scanning electron microscopy energy dispersive spectroscopy （SEM-EDS） and X-ray diffraction （XRD） analysis showed that the two bacteria could remove Mn²⁺ by transforming Mn²⁺ into MnCO₃. Sodium alginate and activated carbon were used as embedding agents to prepare immobilized microcapsules，when the mass concentration of Mn²⁺ in manganese-containing wastewater was 150 mg/L，the manganese removal rates of capsule-immobilized bacteria were much higher than those of free bacteria. The manganese removal rates could reach 96% after optimizing the manganese removal conditions of immobilized bacteria in capsules by orthogonal test. After three rounds of circulating manganese removal experiments，the immobilized bacteria in capsules still had a good manganese removal rates. It could be seen that the immobilized bacteria in capsules have certain reusability.

Key words: manganese-removing bacteria, embedding immobilization, manganese-containing wastewater, orthogonal test

中图分类号:

X703.1

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https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I3/172

图/表 13

表1 正交因素水平

Table 1 Orthogonal factor level

水平	因素
水平	A/d	B	C	D/（mg·L^-1）
1	2	6.0	0.25∶100	50
2	4	7.0	0.75∶100	250
3	6	8.0	1.0∶100	500

图1 S1、S2的菌落特征及其革兰氏染色、LBB实验结果

Fig.1 Colony characteristics of S1 and S2 and their Gram staining and LBB test results

图2 基于S1、S2菌株16S rRNA序列的系统发育树

Fig.2 Phylogenetic trees based on 16S rRNA sequences of S1 and S2 strains

图3 菌株在不同Mn²⁺质量浓度下的生长曲线

Fig.3 Growth curves of strains at different mass concentrations of Mn²⁺

图4 不同Mn²⁺质量浓度下培养基pH的变化曲线

Fig.4 Change curves of medium pH at different mass concentrations of Mn²⁺

图5 在不同Mn²⁺浓度下菌株的Mn²⁺去除率

Fig.5 Mn²⁺ removal rates of strains at different concentrations of Mn²⁺

图6 含Mn²⁺和无Mn²⁺条件下培养的S1、S2的XRD

Fig.6 XRD patterns of S1 and S2 cultured with and without Mn²⁺

表2 S1、S2的SEM-EDS分析结果

Table 2 SEM-EDS analysis results of S1 and S2

元素种类	S1		S2
元素种类	质量分数/%	原子分数/%	质量分数/%	原子分数/%
C	25.22	43.61	20.98	35.14
N	2.76	4.09	3.53	5.07
O	26.75	34.72	35.86	45.08
Al	0.14	0.10	0.14	0.10
Si	0.12	0.09	—	—
P	0.87	0.59	0.24	0.16
S	0.29	0.19	0.21	0.13
Ca	0.28	0.14	0.10	0.05
Mn	41.87	15.83	38.94	14.26
Fe	1.71	0.64	—	—

图7 胶囊固定菌外观

Fig.7 Appearance of immobilized bacteria in capsules

图8 游离菌、空白胶囊、胶囊固定菌对Mn²⁺去除效果

Fig. 8 Removal of Mn²⁺by free bacteria， blank capsule and immobilized bacteria in capsules

表3 胶囊固定菌S1去除Mn²⁺的正交实验结果

Table 3 Orthogonal experiment results of removing Mn²⁺ by immobilized bacteria S1 in capsule

实验序号	A/d	B	C	D/（mg·L^-1）	Mn²⁺去除率/%
因素主次	D＞C＞B＞A
1	2	6.0	0.25∶100	50	75.54
2	2	7.0	0.75∶100	250	31.48
3	2	8.0	1.0∶100	500	42.72
4	4	6.0	0.75∶100	500	50.87
5	4	7.0	1.0∶100	50	79.79
6	4	8.0	0.25∶100	250	30.97
7	6	6.0	1.0∶100	250	25.27
8	6	7.0	0.25∶100	500	39.18
9	6	8.0	0.75∶100	50	93.11
k1	49.91	50.56	48.56	82.81
k2	53.88	50.15	58.49	29.24
k3	52.52	55.60	49.26	44.26
r	3.96	5.45	9.92	53.57

表4 胶囊固定菌S2去除Mn²⁺的正交实验结果

Table 4 Orthogonal experiment results of removing Mn²⁺ by immobilized bacteria S2 in capsule

实验序号	A /d	B	C	D /（mg·L^-1）	Mn²⁺去除率/%
因素主次	A＞B＞D＞C
1	2	6.0	0.25∶100	50	81.00
2	2	7.0	0.75∶100	250	96.37
3	2	8.0	1.0∶100	500	85.90
4	4	6.0	0.75∶100	500	46.61
5	4	7.0	1.0∶100	50	68.29
6	4	8.0	0.25∶100	250	43.82
7	6	6.0	1.0∶100	250	35.68
8	6	7.0	0.25∶100	500	67.07
9	6	8.0	0.75∶100	50	91.79
k1	87.76	54.43	63.96	80.36
k2	52.91	77.24	78.26	58.62
k3	64.85	73.84	63.29	66.53
r	34.85	22.81	14.97	21.74

图9 重复利用实验结果

Fig. 9 Reuse the experimental results

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