CN105621652A - 一种秸秆吸附偶联真菌发酵去除酸性红3r的方法 - Google Patents

一种秸秆吸附偶联真菌发酵去除酸性红3r的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种秸秆吸附偶联真菌发酵去除酸性红3R的方法，属于工业废水处理技术领域。包括的主要步骤有：预处理秸秆、吸附染料、培养黄孢原毛平革菌和固态发酵。利用来源丰富、成本低廉的农作物秸秆作为生物吸附剂，吸附去除废水中的酸性红3R。秸秆吸附酸性红3R后过滤，将黄孢原毛平革菌接种于滤渣中进行固态发酵，发酵过程中降解酸性红3R。本发明基于秸秆吸附和真菌固态发酵，去除水体中酸性红3R，消除酸性红3R对环境的有害污染，具有流程简单、成本低廉、环境友好，前景广阔等优点。

Description

一种秸秆吸附偶联真菌发酵去除酸性红3R的方法
技术领域
本发明属于工业废水处理技术领域，具体涉及一种秸秆吸附偶联真菌发酵去除酸性红3R的方法。
技术背景
农作物秸秆是生产粮食的主要副产物，每年的量约为6.2×108吨。农作物秸秆的来源广泛，种类繁多，其中稻秆、麦秆和玉米秆约占75%。这些秸秆可以作为农户的炊事、取暖燃料，但大部分秸秆未被有效利用，随处堆放或就地焚烧，对生态环境造成严重污染。因此，农作物秸秆的开发再利用对改善生态环境，实现农业可持续发展具有重要意义。
印染废水是工业废水的一个重要方面，产生于染料生产、纺织、塑料、化妆品和药品等行业，具有色度高、pH范围广、盐浓度高和可生化性差的显著特点，其中水体中染料污染物的去除，实现废水的脱色，是染料废水治理的重点和难点。印染染料的品种很多，年产量超过750,000吨，其中偶氮类染料约占染料总量的80%。酸性红3R是常用的偶氮染料，它的分子结构中含有偶氮发色基团和苯环结构，少量的酸性红3R就会造成严重的水体污染，显著降低水体透明度，且有毒性。目前，废水中酸性红3R的去除方法有吸附法、光催化和微生物法等，其中吸附法由于其易操作、成本低等优势，具有较好的经济效益和应用前景。
近年来，开发和应用农作物秸秆为生物吸附剂，通过吸附法治理印染废水，是实现“以废治废”的废水治理新思路，受到了环境工作者的极大关注。冯立顺等（《玉米秸秆吸附去除水溶液中染料的性能研究》，安徽农业科学，2010，38(24)：13325-13328，13357）研究指出玉米秸秆对染料分散红玉S-2GFL和活性蓝X-BR2有很好的吸附效果，用其处理染料废水的前景广阔。王开花（《玉米秸秆颗粒对亚甲基蓝模拟染料废水的吸附处理研究》，内蒙古大学硕士论文，2013：34）研究玉米秸秆颗粒吸附染料亚甲基蓝，结果表明玉米秸秆颗粒对亚甲基蓝表现出较好的吸附性能，具有较好的应用潜力。利用农作物秸秆作为生物吸附剂可以有效吸附染料，能够去除水体中染料污染物，实现染料废水的脱色。然而，染料吸附于秸秆主要是依赖于范德华力或静电作用，染料被吸附后的分子结构未破坏，也未被降解，染料对环境的有害污染并未显著降低。另一方面，选择秸秆作为生物吸附剂来去除水体中染料污染物，主要优势是来源广泛、成本低廉，与一些价格较昂贵的吸附剂不同，秸秆吸附染料后无需对吸附剂进行回收再利用。那么，如何处理吸附染料的秸秆亟需更加地深入研究。
发明内容
黄孢原毛平革菌(Phanerochaetechrysosporium)是白腐真菌的模式菌株，主要应用于降解环境污染物，具有生长特性如下：（1）能够利用成本低廉、来源丰富的秸秆作为底物进行固态发酵；（2）固态发酵方式适宜于黄孢原毛平革菌的生长代谢和降解污染物。本发明所用的菌种是黄孢原毛平革菌，可以购买于中国普通微生物菌种保藏管理中心（CGMCC）、中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)、中国医学微生物菌种保藏管理中心(CMCC)等保藏中心。
为此，本发明提供一种秸秆吸附偶联真菌发酵去除酸性红3R的方法，包括以下步骤：
①预处理秸秆：秸秆经洗涤、干燥、粉碎后过40目筛，得到秸秆粉末；
②吸附染料：秸秆粉末按照1:150~500的固液比加入到酸性红3R染料溶液中，在一定温度和搅拌转速的条件下，吸附一段时间，染料吸附于秸秆中；
③培养黄孢原毛平革菌：在30℃条件下，利用马铃薯葡萄糖琼脂平板培养黄孢原毛平革菌7天后，采用直径1.0cm的打孔器在琼脂平板上打孔，得到直径1.0cm的菌片；
④固态发酵：将②所述的吸附溶液进行过滤，得到滤渣，即为吸附染料的秸秆粉末；
将③所述的菌片接种于滤渣中，在一定温度和湿度条件下，通过黄孢原毛平革菌固态发酵降解酸性红3R。
步骤②中所述溶液的酸性红3R浓度是100~200mg/L，pH3.5~6.0，NaCl浓度为0~1.5mol/L。
步骤②中所述的吸附温度30~50℃，搅拌转速150~200r/min，吸附时间4~6h。
步骤④所述的黄孢原毛平革菌的接种量为1个菌片/5g秸秆；固态发酵温度是25~35℃，发酵湿度为70~75%，发酵时间8~14天。
所述的秸秆为麦秆、稻秆和玉米秆或其中所述麦秆、稻秆和玉米秆的两种或三种组合。
本发明的有益效果具体体现在：
（1）利用农作物秸秆（稻秆、麦秆和玉米秆）作为生物吸附剂，吸附去除水体中偶氮染料酸性红3R，达到废水的脱色目的，实现“以废治废”。
（2）黄孢原毛平革菌接种于吸附酸性红3R的秸秆，菌株能够以秸秆为底物进行固态发酵。在发酵过程中降解酸性红3R，消除酸性红3R对环境的有害污染，具有成本低廉、操作简便、环境友好的特点。
附图说明
下面结合附图，对本发明作进一步说明。
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
1、预处理秸秆：秸秆（稻秆、麦秆和玉米秆）经洗涤、干燥、粉碎后过40目筛，得到秸秆粉末。
2、吸附染料：分别称取秸秆粉末10.0g，按照1:500的固液比（m/v，g/mL）加入到酸性红3R浓度100mg/L、pH3.5、NaCl浓度1.5mol/L的废水溶液中，在温度30℃，搅拌转速150r/min，吸附时间4h。稻秆、麦秆和玉米秆的吸附容量分别为30.2mg/g，39.7mg/g和34.6mg/g。
3、培养黄孢原毛平革菌：在30℃条件下，利用马铃薯葡萄糖琼脂平板培养黄孢原毛平革菌7天后，采用直径1.0cm的打孔器在琼脂平板上打孔，得到直径1.0cm的菌片。
4、固态发酵：过滤上述吸附溶液，得到滤渣。2个菌片分别接种于滤渣中，在温度25℃，湿度75%的条件下固态发酵14天，稻秆、麦秆和玉米秆中酸性红3R的降解率分别为85.3%，86.0%和92.1%。
实施例2
1、预处理秸秆：秸秆（稻秆、麦秆和玉米秆）经洗涤、干燥、粉碎后过40目筛，得到秸秆粉末。
2、吸附染料：分别称取秸秆粉末20.0g，按照1:150的固液比（m/v，g/mL）加入到酸性红3R浓度200mg/L、pH6.0、NaCl浓度0mol/L的废水溶液中，在温度50℃，搅拌转速200r/min，吸附时间6h。稻秆、麦秆和玉米秆的吸附容量分别为19.2mg/g，23.3mg/g和24.0mg/g。
3、培养黄孢原毛平革菌：在30℃条件下，利用马铃薯葡萄糖琼脂平板培养黄孢原毛平革菌7天后，采用直径1.0cm的打孔器在琼脂平板上打孔，得到直径1.0cm的菌片。
4、固态发酵：过滤上述吸附溶液，得到滤渣。4个菌片分别接种于滤渣中，在温度35℃，湿度70%的条件下固态发酵10天，稻秆、麦秆和玉米秆中酸性红3R的降解率分别为90.5%，92.2%和91.6%。
实施例3
1、预处理秸秆：秸秆（稻秆、麦秆和玉米秆）经干燥、粉碎后过40目筛，得到秸秆粉末。
2、染料吸附：分别称取秸秆粉末20.0g，按照1:300的固液比（m/v，g/mL）加入到酸性红3R浓度200mg/L、pH4.0、NaCl浓度1.0mol/L的废水溶液中，在温度40℃，搅拌转速200r/min，吸附时间5h。稻秆、麦秆和玉米秆的吸附容量分别为31.8mg/g，40.5mg/g和39.4mg/g。
3、培养黄孢原毛平革菌：在30℃条件下，利用马铃薯葡萄糖琼脂平板培养黄孢原毛平革菌7天后，采用直径1.0cm的打孔器在琼脂平板上打孔，得到直径1.0cm的菌片。
4、固态发酵：过滤上述吸附溶液，得到滤渣。4个菌片分别接种于滤渣中，在温度30℃，湿度70%的条件下固态发酵12天，稻秆、麦秆和玉米秆中酸性红3R的降解率分别为80.5%，83.3%和87.3%。
实施例4
1、预处理秸秆：秸秆（稻秆、麦秆和玉米秆）经干燥、粉碎后过40目筛，得到秸秆粉末。
2、吸附染料：分别称取秸秆粉末30.0g，按照1:350的固液比（m/v，g/mL）加入到酸性红3R浓度150mg/L、pH5.0、NaCl浓度0.75mol/L的废水溶液中，在温度35℃，搅拌转速175r/min，吸附时间4h。稻秆、麦秆和玉米秆的吸附容量分别为23.8mg/g，25.5mg/g和29.0mg/g。
3、培养黄孢原毛平革菌：在30℃条件下，利用马铃薯葡萄糖琼脂平板培养黄孢原毛平革菌7天后，采用直径1.0cm的打孔器在琼脂平板上打孔，得到直径1.0cm的菌片。
4、固态发酵：过滤上述吸附溶液，得到滤渣。6个菌片分别接种于滤渣中，在温度30℃，湿度75%的条件下固态发酵8天，稻秆、麦秆和玉米秆中酸性红3R的降解率分别为88.4%，90.3%和90.7%。
实施例5
1、预处理秸秆：稻秆和麦秆经干燥、粉碎后过40目筛，得到秸秆粉末。
2、吸附染料：分别称取稻秆和麦秆15.0g后混合。按照1:450的固液比（m/v，g/mL）加入到酸性红3R浓度200mg/L、pH6.0、NaCl浓度0.75mol/L的废水溶液中，在温度35℃，搅拌转速175r/min，吸附时间4h。秸秆对酸性红3R的吸附容量为23.5mg/g。
3、培养黄孢原毛平革菌：在30℃条件下，利用马铃薯葡萄糖琼脂平板培养黄孢原毛平革菌7天后，采用直径1.0cm的打孔器在琼脂平板上打孔，得到直径1.0cm的菌片。
4、固态发酵：过滤上述吸附溶液，得到滤渣。6个菌片分别接种于滤渣中，在温度32℃，湿度73%的条件下固态发酵10天，酸性红3R的降解率分别为93.3%。
实施例6
1、预处理秸秆：秸秆（稻秆、麦秆和玉米秆）经干燥、粉碎后过40目筛，得到秸秆粉末。
2、吸附染料：分别称取稻秆、麦秆和玉米秆10.0g后混合。按照1:400的固液比（m/v，g/mL）加入到酸性红3R浓度150mg/L、pH4.5、NaCl浓度1.0mol/L的废水溶液中，在温度30℃，搅拌转速200r/min，吸附时间6h。秸秆对酸性红3R的吸附容量为31.5mg/g。
3、培养黄孢原毛平革菌：在30℃条件下，利用马铃薯葡萄糖琼脂平板培养黄孢原毛平革菌7天后，采用直径1.0cm的打孔器在琼脂平板上打孔，得到直径1.0cm的菌片。
4、固态发酵：过滤上述吸附溶液，得到滤渣。6个菌片分别接种于滤渣中，在温度33℃，湿度70%的条件下固态发酵12天，酸性红3R的降解率分别为86.5%。
在本发明中，吸附容量(mg/g)计算公式为(C0-C)×V/m；式中C0为溶液中酸性红3R的初始浓度（mg/L），C为吸附后溶液中酸性红3R浓度（mg/L），V为溶液体积（L），m为秸秆质量（g）。降解率(%)计算公式为(C1-C2)×C1×100%，式中C1为吸附酸性红3R的秸秆利用混合的有机溶剂（甲醇：丙酮：水，1:1:1）萃取（m/v，g/mL，1:10）后的酸性红3R浓度；C2为固态发酵后的秸秆利用混合的有机溶剂（甲醇：丙酮：水，1:1:1）萃取（m/v，g/mL，1:10）后的酸性红3R浓度。

Claims (5)

1.一种秸秆吸附偶联真菌发酵去除酸性红3R的方法，其特征在于，包括以下步骤：
①预处理秸秆：秸秆经洗涤、干燥、粉碎后过40目筛，得到秸秆粉末；
②吸附染料：秸秆粉末按照1:150~500的固液比加入到酸性红3R染料溶液中，在一定温度和搅拌转速的条件下，吸附一段时间，染料吸附于秸秆中；
③培养黄孢原毛平革菌：在30℃条件下，利用马铃薯葡萄糖琼脂平板培养黄孢原毛平革菌7天后，采用直径1.0cm的打孔器在琼脂平板上打孔，得到直径1.0cm的菌片；
④固态发酵：将②所述的吸附溶液进行过滤，得到滤渣，即为吸附染料的秸秆粉末；
将③所述的菌片接种于滤渣中，在一定温度和湿度条件下，通过黄孢原毛平革菌固态发酵降解去除酸性红3R。
2.如权利要求1所述的一种秸秆吸附偶联真菌发酵去除酸性红3R的方法，其特征在于：步骤②中所述溶液的酸性红3R浓度是100~200mg/L，pH3.5~6.0，NaCl浓度为0~1.5mol/L。
3.如权利要求1所述的秸秆吸附偶联真菌发酵去除酸性红3R的方法，其特征在于：步骤②中所述的吸附温度30~50℃，搅拌转速150~200r/min，吸附时间4~6h。
4.如权利要求1所述的秸秆吸附偶联真菌发酵去除酸性红3R的方法，其特征在于：步骤④所述的黄孢原毛平革菌的接种量为1个菌片/5g秸秆；固态发酵温度是25~35℃，发酵湿度为70~75%，发酵时间8~14天。
5.根据权利要求1所述的秸秆吸附偶联真菌发酵去除酸性红3R的方法，其特征在于所述的秸秆为麦秆、稻秆和玉米秆或其中所述麦秆、稻秆和玉米秆的两种或三种组合。
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CN105621652B (zh) 2018-06-29

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