CN105753173A - 一种利用平菇菌种制备生物活性炭降解污水中双酚a的方法 - Google Patents

一种利用平菇菌种制备生物活性炭降解污水中双酚a的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用平菇菌种制备生物活性炭降解污水中双酚A的方法。以核桃壳或花生壳为原料制备的颗粒活性炭加入到扩大培养的平菇菌种培养液中，摇床培养至菌浓度不变后，即制得生物活性炭，取制得的生物活性炭按质量体积比(g/L)为0.3～1.0加入到初始pH＝6～9，双酚A浓度为5～20mg/L的污水中，振荡摇床培养30～90min，得到降解后的污水。本发明的方法采用的是微生物降解结合活性炭吸附工艺，克服了传统活性炭处理技术的缺点，同时制备活性炭的原料为核桃壳或花生壳，实现农作物废物二次利用，本方法成本低、无二次污染、降解效果明显。

Description

一种利用平菇菌种制备生物活性炭降解污水中双酚A的方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，涉及一种利用平菇菌种制备生物活性炭降解污水中双酚A的方法。
背景技术
双酚A是合成聚碳酸酯塑料，环氧树脂以及阻燃剂的重要原料，广泛存在于工业与生活污水中。双酚A也是一种环境激素，对内分泌系统具有干扰作用，双酚A的富集会导致生殖系统病变和癌症。双酚A可以通过塑料垃圾的淋溶进入土壤，还可以通过地表径流、生活污水和工业废水进入水体，在水生生态系统中迁移转化。调查表明，双酚A在市政污水及垃圾渗滤液中含量可达10mg/L以上，然而，低浓度的双酚即可对生物体内分泌系统造成影响。
传统的吸附剂(如活性炭和树脂)已被广泛应用于水中有机污染物的去除，但吸附剂的吸附只是被吸附物质在介质与介质之间的进行转移。生物活性炭技术是利用活性炭优良的吸附性能和高的比表面积以及发达的孔径结构，以活性炭为载体构建生物膜，从而形成生物活性炭对污染物进行降解，它对水体中溶解氧和有机物有极强的吸附作用。生物活性炭技术中，活性炭起到载体作用，在适当的环境条件下，通过累积和人为作用将微生物固定到活性炭上，微生物会在活性炭的表面进行生长，形成生物活性炭，可以同时运用活性炭吸附和生物降解的功能。
平菇是侧耳属食用菌，具有很强的木质素降解能力，生长在倒木或活立木的死亡部分，是典型的木腐菌，可广泛应用于作物秸秆等木质纤维素降解系统中。平菇适应性强，易于栽培，广泛分布于全球各地，尤其在美国及远东地区，是目前世界上栽培面积大，产量高的食用菌之一。适合栽培平菇的原料非常广泛，如棉籽壳、稻草、麦秆、木屑、玉米芯等。目前，食用菌已可应用液体深层发酵技术进行培育，它是在生化反应器中，采用液体培养基，通入无菌空气并加以搅拌，增加培养基中的溶氧含量，提供食用菌菌体呼吸代谢所需要的氧气，并控制适宜的外界条件，来获得大量的食用菌菌丝体或其代谢产物。基于平菇降解木质素的原理，提出了一种运用平菇菌种制备生物活性炭用于降解污水中双酚A的方法。
发明内容
本发明的目的是针对活性炭去除污水中双酚A过程中存在的可逆性，提供一种利用平菇菌种制备生物活性炭降解污水中双酚A的方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种利用平菇菌种制备生物活性炭降解污水中双酚A的方法，包括以下步骤：
(1)斜面菌种培养基活化，将活化后的菌种接种至PDA平皿，待菌丝长满平皿后，接种到液体培养基中进行扩培，即得平菇菌种培养液。
(2)花生壳或核桃壳洗净、干燥后，粉碎浸于1:1的化学活化剂溶液中48h，于120℃干燥48h；在惰性气体碳化炉中，以1.5～2℃.min-1升至600℃，再以3～4℃.min-1升至1200℃，保持2～4h，制得颗粒活性炭。
(3)将步骤(2)制备的颗粒活性炭加入到步骤(1)扩大培养的菌液中，25～28℃温度下振荡摇床培养，待菌液中微生物浓度不发生变化，此时微生物与颗粒活性炭充分混合，即制得生物活性炭。
(4)将步骤(3)制得的生物活性炭按质量体积比为0.3～1.0加入到初始pH＝6～9，双酚A浓度为5～20mg/L的污水中，25～28℃振荡摇床培养30～90min，即得降解后的污水。
本发明步骤(2)中所述的化学活性剂为CuCl2、ZnCl2、FeSO4、磷酸、碳酸钾中的至少一种。
优选的，所述颗粒活性炭制备的化学活性剂为CuCl2和ZnCl2的混合溶液。
优选的，所述污水的双酚A初始浓度为10～15mg/L。
优选的，所述生物活性炭加入量按质量体积比(g/L)为0.5。
优选的，所述污水的初始pH值为7。
优选的，所述振荡培养时间为40～75min。
本发明中的双酚A检测方法采用高效液相色谱仪测定，具体参数条件：取一定量反应液，经0.45μm滤膜过滤后进行色谱分析，色谱柱为C18(4.6×150mm，5μm)，UV检测器，波长278nm，柱温35℃，流动相乙腈：水＝60：40(v/v)，流速为1mL/min，进样体积20μL。
本发明的有益效果体现在：本方法采用的是微生物降解结合活性炭吸附，克服了传统活性炭处理技术中脱附的缺点，同时制备活性炭的原料为核桃壳或花生壳，实现农作物废物二次利用，本方法成本低、无二次污染、降解效果明显。
附图说明
图1为本发明实施例中初始pH值对污水双酚A降解的影响。
图2为本发明实施例中初始双酚A浓度对污水双酚A降解的影响。
图3为本发明实施例中生物活性炭加入量对污水双酚A降解的影响。
图4为本发明实施例中普通颗粒活性炭和生物活性炭对污水双酚A降解的对比图。
图5为本发明实施例中核桃壳和花生壳制备生物活性炭对污水双酚A降解的对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明保护范围不仅限于此。
本实施例中的PDA培养基配方：马铃薯2％、葡萄糖0.2％、琼脂1.5％；液体培养基配方：玉米粉2％，蔗糖3％，酵母膏0.5％，KH2PO40.2％，MgSO40.2％，CaCO30.2％。培养基配置后先煮沸30min，经3层纱布过滤，分装后于121℃，0.103MPa下灭菌20min。
(1)平菇菌种液制备
斜面菌种培养基28℃培养2d，待菌丝布满培养基后，转接至PDA平皿上，打孔器取直径1cm用于后续接种；500mL三角瓶装培养液量150mL，每瓶接入一块菌种，菌丝面朝上，25℃静置培养24h，然后转入摇床28℃、150r/min培养7d，待菌丝球大量出现，发酵液变澄清时结束培养，即得平菇菌种液。
(2)颗粒活性炭制备
花生壳或核桃壳粉碎后，按质量体积比(g/mL)1:1浸渍在4mol/LCuCl2和0.5mol/LZnCl2混合溶液中48h，于120℃干燥48h；在充满氮气的碳化炉中，以2℃.min-1升至600℃，再以3℃.min-1升至1200℃，保持4h，制得颗粒活性炭。
(3)生物活性炭制备
将步骤(2)制备的活性炭加入到步骤(1)扩大培养的菌液中，28℃温度下振荡摇床培养，待菌液中微生物浓度不发生变化，此时微生物与活性炭充分混合，即制得生物活性炭。
本发明中双酚A检测方法采用高效液相色谱仪测定，具体参数条件：取一定量反应液，经0.45μm滤膜过滤后进行色谱分析，色谱柱为C18(4.6×150mm，5μm)，UV检测器，波长278nm，柱温35℃，流动相乙腈：水＝60：40(v/v)，流速为1mL/min，进样体积20μL。
实施例1初始pH对双酚A降解的影响
将步骤(3)中采用核桃壳为原料制得生物活性炭按质量体积比(g/L)为0.2加入10mg/L双酚A的污水中，调节pH分别为5、6、7、8、9、10，150r/min、28℃下持续振荡培养100min，每隔15mim取上清液测定双酚A浓度计算降解率，双酚A降解率(％)＝(初始浓度－反应后水中浓度)/初始浓度×100％，结果见如图1。
从图1可看出，初始pH为6～9时，双酚A的降解率基本保持不变，当pH>9后，降解率下降，这是因为双酚A的pKa值为9.5～11.3。
实施例2初始双酚A浓度对双酚A降解的影响
分别向2mg/L、5mg/L、10mg/L、15mg/L、20mg/L、25mg/L双酚A的污水中加入步骤(3)以核桃壳为原料制备的生物活性炭，加入量为质量体积比(g/L)为0.5，初始pH值为7，150r/min、28℃下持续振荡培养100min，每隔15mim取上清液测定双酚A浓度计算降解率，双酚A降解率(％)＝(初始浓度－反应后水中浓度)/初始浓度×100％，结果见如图2。
从图2看出，双酚A初始浓度由2mg/L逐渐增加到25mg/L，降解率呈现下降趋势，当双酚A初始浓度增加到25mg/L时，降解率下降幅度大，这是由于活性炭吸附的有效容积减小，影响吸附效果。当双酚A初始浓度在由2mg/L逐渐增加到5mg/L，降解率逐渐下降，但变化趋势不大，因而从经济角度考虑，选择双酚A浓度为5～20mg/L较适宜。
实施例3生物活性炭加入量对双酚A降解的影响
分别按质量体积比(g/L)为0.3、0.5、0.7、0.9、1.0、1.2，步骤(3)以核桃壳为原料制备的生物活性炭加入到10mg/L双酚A的污水中，初始pH值为6，150r/min、28℃下持续振荡培养100min，每隔15mim取上清液测定双酚A浓度计算降解率，双酚A降解率(％)＝(初始浓度－反应后水中浓度)/初始浓度×100％，结果见如图3。
从图3可以看出，活性炭量的增加，双酚A的降解率上升，当加入量为0.5g/L时，振荡培养75min后，双酚A的降解率达90％以上，增大活性炭加入量，降解率增加效果不明显，因此，优选加入量为0.5g/L。
实施例4对比普通颗粒活性炭和生物活性炭对双酚A降解
分别取以核桃壳为原料按照步骤(2)制备的普通颗粒活性炭和步骤(3)制备的生物活性炭，按质量体积比(g/L)为0.5加入12mg/L双酚A的污水中，初始pH值为7，150r/min、28℃下持续振荡培养100min，每隔15mim取上清液测定双酚A浓度计算降解率，双酚A降解率(％)＝(初始浓度－反应后水中浓度)/初始浓度×100％，结果见如图4。
从图4可看出，普通活性炭去除双酚A，去除率先上升后下降，其原因主要是活性炭由于吸附时间过长，导致颗粒活性炭的孔隙渐渐被堵住，起不到进一步吸附的作用。生物活性炭初期，起主要作用的是普通活性炭对双酚A的吸附作用，此时，微生物渐渐适应生长环境。一段时间后，普通活性炭表面的生物，会以普通活性炭所吸附的双酚A为唯一的碳源，对双酚A进行降解。生物活性炭生物活性炭是边吸附边生物降解，对颗粒活性炭进行不断的生物再生，使得降解效果趋于稳定。
实施例5不同活性炭原料制备生物活性炭降解双酚A
分别取以花生壳和核桃壳按照步骤(3)制备的生物活性炭，按质量体积比(g/L)为0.8加入15mg/L双酚A的污水中，初始pH值为6，150r/min、28℃下持续振荡培养100min，每隔15mim取上清液测定双酚A浓度计算降解率，双酚A降解率(％)＝(初始浓度－反应后水中浓度)/初始浓度×100％，结果见如图5。
从图5可以看出，以核桃壳为原料制备的生物活性炭降解双酚A比以花生壳为原料制备的生物活性炭降解双酚A的降解率高，因此，本发明优选采用核桃壳为原料制备生物活性炭。
上述实施例为本发明较佳实施方式，但是本发明实施方式不仅限于此，凡是对本发明技术方案进行修改、组合、等同替换，但不脱离本发明技术方案的思路和范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种利用平菇菌种制备生物活性炭降解污水中双酚A的方法，其特征在于，所述方法包括：以核桃壳或花生壳为原料制备的颗粒活性炭加入到扩大培养的平菇菌种培养液中，摇床培养至菌浓度不变后，制得生物活性炭，取制得的生物活性炭按质量体积比(g/L)为0.3～1.0加入到初始pH＝6～9，双酚A浓度为5～20mg/L的污水中，25～28℃振荡摇床培养30～90min，得到降解后的污水。
2.根据权利要求1所述的颗粒活性炭制备方法，其特征在于，所述颗粒活性炭制备方法为花生壳或核桃壳洗净、干燥后，粉碎浸于1:1的化学活化剂溶液中48h，于120℃干燥48h；在充满惰性气体的碳化炉中，以1.5～2℃.min-1升至600℃，再以3～4℃.min-1升至1200℃，保持2～4h，制得颗粒活性炭。
3.根据权利要求2所述颗粒活性炭制备方法，其特征在于，所述颗粒活性炭原材料优选为核桃壳。
4.根据权利要求2或3所述颗粒活性炭制备方法，其特征在于，所述化学活性剂为ZnCl2、CuCl2、FeSO4、磷酸、碳酸钾中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的污水中双酚A降解方法，其特征在于，所述污水初始pH优选为7。
6.根据权利要求1所述的污水中双酚A降解方法，其特征在于，所述污水初始双酚A浓度优选为10～15mg/L。
7.根据权利要求1所述的污水中双酚A降解方法，其特征在于，所述生物活性炭加入量质量体积比(g/L)优选为0.5。
8.根据权利要求1所述的污水中双酚A降解方法，其特征在于，所述振荡培养时间优选为40～75min。
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