技术领域
[0001] 本
发明属于
放射性污染
生物修复领域，特别涉及一种有效治理铀污染的微生物菌剂及其应用。
背景技术
[0002] 当前，核能事业正处于快速发展的时期，然而从铀矿的开采
冶炼到浓缩的过程中会产生大量含铀废弃物和含铀
废水。据统计，在全球范围内有超过2×109吨的铀
尾矿正长期威胁着人类的健康。除此之外，因磷肥、
钾肥也含有一定的放射性元素，农业上化肥的使用也会带来一定的铀污染。这些废弃的铀会通过食物链富集到人类体内，六价铀的放射性、高毒性和致癌性会引起以肾损害为主的全身性
疾病，严重的还会导致白血病、
恶性肿瘤等。同时未经恰当处理的铀也会对周围生态环境造成严重的污染。因此如何有效治理愈发严重的铀污染是一个亟需解决的问题。
[0003] 当前用于铀污染治理的方法主要包括物理和化学方法，例如固体填埋、离子交换、沸石
吸附等，这些方法的最大缺点在于成本高、耗能大且污染物去除不彻底，易导致二次污染的发生。相比之下，微生物具有自我复制繁殖、成本低、效率高，对环境扰动少等优点，在实时、实地治理大面积铀污染方面具有广泛的应用前景。当前用
微生物处理铀主要是通过吸附或者还原性矿化进行修复，例如将六价铀吸附在细菌表面或者将六价铀还原后形成四价铀矿物。然而，吸附在细菌表面的铀容易通过
解吸作用脱落，之后重新进入到环境中；还原后形成的四价铀矿物尺寸通常小于3nm，在复杂环境中很容易被重新
氧化成可溶的U(VI)，最终导致铀的持续流动性。相比之下，若能将U(VI)非还原矿化直接形成六价铀矿物，例如氢铀
云母或磷铵铀矿这类受好氧环境影响小可以稳定存在的矿物，则修复效果会大大增强。
[0004] 在相关领域中，大部分针对重金属修复的技术并不包括对铀污染的修复，例如
专利文献“一种生物化学复合型
土壤重金属污染固定吸附剂及应用”(
申请号：201610488744.1，公开日：2016.11.23)公开了一种生物化学方法修复土壤中重金属污染，其工作原理是向土壤中添加光合细菌、放线菌、
酵母菌、
铁粉、沸石、巯基壳聚糖等物质，通过协同作用增强对镉、铬、
铜、汞、砷、铅的吸附作用，但是该专利文献中并没有说明这种方法对铀是否具有吸附作用，若将该方法直接用于铀的吸附，由于吸附作用通常伴随着解吸反应，这种方法对铀的固定也容易发生脱落现象，造成铀的再次迁移。另外还有小部分专利中提到了
苏云金芽孢杆菌对重金属的修复，例如专利文献“一种同时治理重金属污染和虫害的微生物制品及其制造方法”(申请号：201610713954.6，公开日：2017.01.04)，其工作原理是侧孢短芽孢杆菌和苏云金杆菌起
杀虫剂作用，枯草芽孢杆菌对作物
坏死根茎进行分解增加土壤肥度，其他微生物用于富集土壤中的重金属，该专利文献针对的是农业中被重金属污染的干燥土壤地，但并未涉及苏云金芽孢杆菌对六价铀的矿化能
力，更未就其对铀污染
水体的修复及治理效果进行研究。专利文献“一种治理土壤重金属的方法”(申请号：
201610250782.3，公开日2016.07.27)公开了一种微生物剂治理土壤中镉、汞、砷、铜、铅、铬、镍、锌8种污染物的方法，但并没有涉及到对铀污染的治理，另外，其有益菌群的获取要先植入
植物中，供给牧
牛使用后再从牛粪中获取，获取周期长且操作复杂，无形中增加了实际应用时的难度。
[0005] 因此，研发一种对铀污染水体修复效果好，价格低廉，操作简便，可规模化应用，且无二次污染的微生物制剂成为该技术领域急需解决的迫切要求。
发明内容
[0006] 本发明的首要目的在于克服
现有技术的缺点与不足，提供一种有效治理铀污染的微生物菌剂。该微生物制剂具有原材料廉价易得，操作简单，具有修复效率高且对环境扰动少，可规模化应用等多重优点，可以有效修复铀污染水体。
[0007] 本发明的另一目的在于提供所述的微生物菌剂的应用，所述的应用实现了通过非还原矿化法将六价铀直接矿化为粒径较大且受好氧环境小的六价铀矿物，矿化效果更好，提高了修复效果，并扩大了适用范围。
[0008] 本发明的目的通过下述技术方案实现：
[0009] 一种有效治理铀污染的微生物菌剂，其组成包括苏云金芽孢杆菌，蜡状芽孢杆菌，
酿酒酵母。
[0010] 所述的苏云金芽孢杆菌，蜡状芽孢杆菌，酿酒酵母的配比优选为重量比(4～6)：(2～4)：(1～3)。
[0011] 所述的铀污染优选为铀水体污染。
[0012] 所述的有效治理铀污染的微生物菌剂在水体修复中的应用。
[0013] 所述的水体的铀起始浓度为优选为0.05～270mg/L。
[0014] 所述的应用方法具体为：将待处理的水体的pH调至5～7，将所述的微生物菌剂搅拌均匀后撒至待处理的水体中，处理至少5天。
[0015] 所述的应用方法优选在36～38℃下进行。
[0016] 所述的微生物菌剂的投加量优选按每升待处理的水体投加至少1g计算。
[0017] 所述的处理还可以为：处理5天后，根据修复效果调整微生物菌剂的施加次数及用量或延长反应时间。
[0018] 所述的根据修复效果调整微生物菌剂的施加次数及用量具体为：取处理以后的水，用微量铀分析仪测试残留铀含量，若修复效果好，则有沉淀生成，用
X射线衍射分析仪测量沉淀物相和结晶情况；如果没有沉淀生成或结晶不好，则增加微生物菌剂的施加次数及用量或延长反应时间。
[0019] 所述的应用方法还可以包括后处理步骤：将处理过的水体离心分离，沉淀物干燥后集中处理，
回收利用。
[0020] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0021] 1.本发明的微生物菌剂对铀的处理效果显著
[0022] 苏云金芽孢杆菌，蜡状芽孢杆菌，酿酒酵母这三类微生物对铀都具有很好的耐受性，其中苏云金芽孢杆菌对铀的耐受性高达410mg/g，其他几种菌也对六价铀有20～320mg/g不等的耐受性，同时这几种菌都能将六价铀非还原矿化为磷铵铀矿或氢铀云母这类粒径较大，受好氧环境小，且可以稳定存在的矿物，并且还具有修复周期短的优点。然而，虽然三种菌对铀都具有很高的耐受性，但高浓度下，各菌种的矿化能力都会受到不同程度的影响，例如，当铀浓度超过100mg/L时，苏云金芽孢杆菌和蜡状芽孢杆菌对铀的矿化能力都会明显减弱，当铀浓度超过15mg/L，酿酒酵母则对铀的矿化能力会大打折扣。本发明研究者发现，将这三种菌混合以后得到的微生物菌剂对铀的矿化能力远远超过各自作用，其协同作用使得对于270mg/L的高浓度铀仍然具有矿化效果，形成具有良好晶型矿物的时间也从7天缩短为5天。
[0023] 将这三种菌混合以后，不仅可以发挥各菌剂对铀很高的耐受性，其协同作用也提高了对高浓度铀的矿化能力，同时避免了因菌种单一无法适应特定环境而失效的
缺陷，保证了该生物制剂对于大多数铀污染水体都能发挥修复作用。
[0024] 2.本发明的微生物菌剂效率高、使用简便且环境友好
[0025] 由于该微生物制剂是通过将六价铀直接矿化成磷铵铀矿的方式修复铀污染，形成的矿物粒径较大，受好氧环境小，且可以稳定存在，相比于其他通过吸附作用将六价铀吸附在细菌表面(容易发生解吸反应)，或者将六价铀还原后形成四价铀矿物(在好氧环境下易重新氧化)的方式，该微生物菌剂对铀污染具有更好的修复效果。另外，用直接投撒的形式将本发明的微生物菌剂用于铀污染水体的修复，相比于其他方式具有装置简易，操作简便，易于规模化应用等优点，同时由于本发明具有原材料廉价易得，修复效率高且对环境扰动少，使用范围广等多重优点，故对于实时实地治理大面积铀污染水体具有重要作用。形成的沉淀结晶情况好、量大，可以统一回收，交由专业公司实现再利用。
具体实施方式
[0026] 下面结合
实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0027] 实施例1
[0028] 受铀矿开采的影响，新疆某铀矿场附近的水体受到严重的铀污染，通过如下步骤，采用本发明的微生物制剂进行修复：
[0029] (1)检测：取适量铀污染水体的样品，用ICP-MS仪器检测水体中铀浓度为8.5mg/L，根据修复水体体积计算所需菌量，保证菌量为1g/L。
[0030] (2)调节pH：检测水体pH＝4，用NaOH溶液调节pH为5～6。
[0031] (3)混料：将苏云芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌和酿酒酵母按照4:3:3的重量比混合均匀。三种菌可以直接在中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)购买，本实施例中采用苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis 016)，蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus 12-2)，和酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae 1001)。
[0032] (4)撒料：将充分搅拌后的微生物剂按1g/L的投加量均匀撒在待处理的水体中。
[0033] (5)检测：反应5d后，取适量样品，离心分离后通过微量铀分析仪检测上清液中铀含量，检测结果显示，该微生物制剂对铀的吸附量接近100％，XRD数据显示已产生具有良好晶型的磷铵铀矿和氢铀云母，说明该生物制剂对铀污染水体的修复具有非常明显的效果。
[0034] (6)排放：将处理过的水体离心分离，上清液正常排放，沉淀物干燥后集中处理。
[0035] 由于该微生物制剂是通过将六价铀直接矿化成磷铵铀矿的方式修复铀污染，形成的矿物粒径较大，受好氧环境小，且可以稳定存在，相比于其他通过吸附作用将六价铀吸附在细菌表面(容易发生解吸反应)，或者将六价铀还原后形成四价铀矿物(在好氧环境下易重新氧化)的方式，该生物制剂对铀污染具有更好的修复效果。
[0036] 实施例2
[0037] 首先将苏云金芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌和酿酒酵母在30℃的摇床中以160rpm的震荡速度培养12h进行活化，再将其分别转接到100mL的LB培养基中培养24h。之后6000rpm离心收集菌体，并用灭菌的1mM的NaCl溶液洗3次，将残留的培养基成分洗去，收集三种菌体。
[0038] (1)将收集好的三种菌体按照5:4:2的重量比混合，并将其重新悬浮于一定体积的U(VI)溶液中(铀浓度分别为100mg/L、200mg/L、300mg/L)，使菌体浓度为1g/L(干重)。之后置于30℃，160rpm恒温摇床中反应，每隔24小时取样测定溶液中剩余铀浓度，离心收集沉淀物，用灭菌的蒸馏水洗3遍，然后在37℃干燥，将样品
研磨成粉末后进行XRD分析，研究三种细菌混合后对铀的矿化效果。实验结果证明混合后的微生物菌剂对100～300mg/L的铀均有良好的吸附效果，吸附效率几乎可以达到100％；并且与100、200mg/L的铀反应5d后即可以形成具有良好峰型的晶体；对于300mg/L的铀，晶体峰型不明显。为确定该微生物菌剂在保证形成良好峰型的前提下可矿化铀的最高浓度，用同样的方法将微生物菌剂与220、240、260、270、280、290mg/L的铀反应，结果显示，当铀浓度高达270mg/L时，该微生物菌剂对铀仍有良好的矿化能力。
[0039] (2)分别将苏云金芽孢杆菌和蜡状芽孢杆菌按重量比4:3的比例混合，将苏云金芽孢杆菌和酿酒酵母按重量比2:1的比例混合，将蜡状芽孢杆菌和酿酒酵母按重量比3:1的比例混合，用与(1)同样的方法确定其对铀的最高矿化浓度。实验结果显示苏云金芽孢杆菌与酿酒酵母混合以后，对于浓度在140mg/L以内的铀反应7d后才有良好的矿化效果；将苏云金芽孢杆菌与蜡状芽孢杆菌混合以后，对于超过210mg/L以内的铀即使反应7d后矿化效果也受到了相当大的影响。其余两种菌的混合方式结果类似，在此不一一赘述。可见当本发明中的任意两种菌混合以后，其矿化效果相比于自身都有所提高，但与三种菌混合后的处理效果仍有差距。
[0040] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
