黃孢原毛平革菌對Cr(Ⅵ)吸附條件研究*

鄭銳東，陳志超，黃基滿，羅集豐，鐘小寅，朱思敏，黃思彤

(揭陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 揭陽 522000)

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黃孢原毛平革菌對Cr(Ⅵ)吸附條件研究*

鄭銳東，陳志超，黃基滿，羅集豐，鐘小寅，朱思敏，黃思彤

(揭陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 揭陽 522000)

為研究黃孢原毛平革菌在去除廢水中Cr(Ⅵ)方面的應(yīng)用潛力，在單因素實驗基礎(chǔ)上，采用正交設(shè)計法嘗試對該菌吸附Cr(Ⅵ)條件進行優(yōu)化。結(jié)果表明，黃孢原毛平革菌吸附Cr(Ⅵ)的最佳條件為：吸附pH：5.0、吸附時間：72 h、初始Cr(Ⅵ)濃度：30 mg/L、接種量：1.8 g，在此條件下吸附率達59.2%，說明黃孢原毛平革菌在工業(yè)廢水處理方面具有一定的應(yīng)用價值。

六價鉻離子；生物吸附；黃孢原毛平革菌；正交設(shè)計；原子吸收

電鍍是一項普遍的現(xiàn)代加工工藝，起到打磨、防腐、拋光、裝飾等作用。經(jīng)電鍍處理后產(chǎn)生大量的重金屬廢水，若未經(jīng)處理直接排放，會污染水環(huán)境，危害人類生命健康。Cr(Ⅵ)是電鍍廢水的主要污染物，濃度可達幾十甚至上百(mg/mL)[1]。如何去除Cr(Ⅵ)是現(xiàn)代工業(yè)水處理的一個重要問題。目前，處理Cr(Ⅵ)的方法有化學(xué)法、物理法和微生物法，其中微生物法因其易操作、高效率、可回收、成本低、無二次污染，已成為現(xiàn)代工業(yè)水處理的主要方向。

黃孢原毛平革菌(P.Chrysosprium)為絲狀白腐真菌，菌株表面含有豐富的胞外多糖，主要為微生物分泌物、細胞水解產(chǎn)物和破損細胞膜組成，對重金屬具有較強的吸附能力[2-4]。同時，黃孢原毛平革菌產(chǎn)生的木質(zhì)素過氧化酶(LiP)、錳過氧化物酶(MnP)和漆酶(Lac)能與重金屬離子發(fā)生氧化還原、表面絡(luò)合及離子交替換等作用，能有效去除重金屬離子。王亮[5]對白腐真菌及其胞外多糖的研究發(fā)現(xiàn)，去除胞外多糖的白腐真菌對重金屬吸附力明顯降低。有研究表明，菌株長時間接觸重金屬，會引起細胞壁通透性變化[6]，且重金屬濃度會對黃孢原毛平革菌產(chǎn)生毒性及生物積累[7]；馮宏[8]證明菌種接入量過大時會出現(xiàn)競爭吸附，從而導(dǎo)致吸附率下降。實驗主要探討單因素對黃孢原毛平革菌吸附Cr(Ⅵ)的效果，包括pH、Cr(Ⅵ)初始濃度、吸附時間，再通過正交設(shè)計試驗對吸附條件進行研究，實現(xiàn)對黃孢原毛平革菌吸附Cr(Ⅵ)條件的優(yōu)化。

1 材料與儀器設(shè)備

1.1 菌種

黃孢原毛平革菌(CICC 40299)，購自中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心。

1.2 培養(yǎng)基

馬鈴薯瓊脂培養(yǎng)基(PDA培養(yǎng)基)；

液體培養(yǎng)基(g/L)：FeSO4：0.005；NaHCO3：0.05；CaCl2：0.1；KCl：0.1；NaCl：0.2；MgSO4·7H2O：0.25；KH2PO4：0.5；蛋白胨：10.0；葡萄糖：20.0；pH：自然。

1.3 主要儀器設(shè)備修改

THZ-C-1臺式恒溫搖床，上海璽袁科學(xué)儀器有限公司；GTR16-2高速臺式冷凍離心機，北京時代北利離心機有限公司；4510F原子吸收吸收分光光度計，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；LRH-100-M霉菌培養(yǎng)箱，韶關(guān)市泰宏醫(yī)療器械有限公司；BXM-30R立式高壓蒸汽滅菌器，上海博迅實業(yè)有限公司；Master-Q實驗室超純水系統(tǒng)，上海和泰儀器有限公司；SW-CT-2FCD超凈工作臺，蘇州尚田潔凈技術(shù)有限公司；DZX-6020B電熱恒溫真空干燥箱，上?；浢骺茖W(xué)儀器有限公司。

2 方 法

2.1 菌絲球的一般培養(yǎng)

挑取培養(yǎng)15 d的菌絲體加入到250 mL液體培養(yǎng)基中，于30 ℃、轉(zhuǎn)速為210 rpm條件下培養(yǎng)4 d，過濾收集均衡的菌絲球，取出部分于烘箱(60 ℃，1 h)烘至恒重，測其干濕比，稱其重量。其余的用無菌生理用鹽水浸泡，存放于冰箱內(nèi)備用。

2.2 Cr(Ⅵ)吸附液的配制

分別精密量取1 mg/mL Cr(Ⅵ)標準液至干燥錐形瓶中，加去離子水至150 mL，配制濃度為10，20，30，40，50，60 mg/L的Cr(Ⅵ)吸附溶液，滅菌待用。為消除玻璃儀器對吸附實驗干擾，所有玻璃器皿初洗后均用稀硝酸浸泡12 h，再用去離子水洗凈，烘干。

2.3 Cr(Ⅵ)單因素吸附試驗

在250 mL錐形瓶中加入各種濃度的Cr(Ⅵ)溶液(10，20，30，40，50，60 mg/L)和0.3 g菌絲球，按不同的pH要求(pH=3.0、3.5、4.0、4.5、5.0)在210 rpm轉(zhuǎn)速下分別吸附24、48、72 h，取吸附液于4 ℃下, 8000 rpm離心20 min，過濾后測定濾液中殘留的Cr(Ⅵ)濃度，并計算吸附率。

2.4 正交試驗

在單因素試驗基礎(chǔ)上，選取吸附液pH、吸附時間、吸附液Cr(Ⅵ)初始濃度及接種量為考察因素，每個因素取3個水平，采用L9(34)正交表進行正交試驗，測定Cr(Ⅵ)濃度，計算吸附率。

表1 因素水平表

2.5 Cr(Ⅵ)含量的測定

采用原子吸收光譜法測定Cr(Ⅵ)含量，測量條件參數(shù)分別為：波長358 nm，乙炔流量1.55 mL·min-1，狹縫0.2 nm，燈電流5.0 mA，燃燒器高度6 mm。

3 結(jié)果與分析

3.1 Cr(Ⅵ)標準曲線的繪制

圖1 Cr(Ⅵ)標準曲線

3.2 P.Chrysosprium對Cr(Ⅵ)吸附的單因素試驗

3.2.1 不同初始Cr(Ⅵ)濃度對吸附效果的影響

圖2 不同初始Cr(Ⅵ)濃度對吸附效果的影響

如圖2所示，吸附72 h后，以初始Cr(Ⅵ)濃度為 10 mg/L的吸附液中所測吸附率最高，為47.98%，其余濃度下P.Chrysosprium對Cr(Ⅵ)的吸附率均低于40%，表明低Cr(Ⅵ)濃度有利于促進P.Chrysosprium對Cr(Ⅵ)吸附，反之則有一定的抑制吸附作用。

3.2.2 不同吸附時間對Cr(Ⅵ)吸附效果的影響

圖3 不同時間對Cr(Ⅵ)吸附效果的影響

從圖3可知，P.Chrysosprium對Cr(Ⅵ)的吸附效果與吸附時間長短有關(guān)。在72 h吸附率最高，接近50%；而到96 h后，吸附率呈下降趨勢，這可能是菌株長時間接觸重金屬而受到一定的抑制作用，同時也與菌株容納重金屬表面積變小有關(guān)。

3.2.3 不同pH對Cr(Ⅵ)吸附效果的影響

圖4 不同pH對Cr(Ⅵ)吸附效果的影響

據(jù)圖4可得，吸附液pH=3.0、3.5、4.0、4.5時，吸附率呈現(xiàn)逐漸上升趨勢，當pH超過4.5時，吸附率開始下降，這可能跟pH變化引起P.Chrysosprium表面電荷變化有關(guān)。

3.3 正交試驗結(jié)果與分析

表2 正交實驗結(jié)果

根據(jù)表2中P.Chrysosprium對Cr(Ⅵ)的正交試驗吸附結(jié)果，采用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果如表3所示。

表3 吸附率方差分析表

根據(jù)表2得出AK3>AK1>AK2，可判斷A3為A因素最優(yōu)水平，同理B2、C3、D3分別為對應(yīng)因素的最優(yōu)水平，即A3B2C3D3(pH=5.0、吸附時間：72 h、Cr(Ⅵ)初始濃度：30 mg/L、接種量：1.8 g)為此實驗最優(yōu)水平的組合。由R值可見主次順序為RB>RA>RD>RC，即吸附時間影響吸附效果最大，其次是pH、接種量，而Cr(Ⅵ)初始濃度影響最小。表3中F值與顯著性表明A、B、D因素對P.Chrysosprium吸附Cr(Ⅵ)影響顯著。

3.4 驗證試驗

根據(jù)上述最優(yōu)水平組合，即pH 5.0、吸附時間為72 h、Cr(Ⅵ)初始濃度為30 mg/L、接種量為1.8 g，其他條件不變，對P.Chrysosprium吸附Cr(Ⅵ)效果進行驗證試驗，得出吸附率為59.2%，證明正交試驗最優(yōu)條件可行。

4 結(jié) 論

利用P.Chrysosprium吸附Cr(Ⅵ)，不考慮其他重金屬離子的影響，從pH、吸附時間、Cr(Ⅵ)初始濃度、接種量等方面對P.Chrysosprium吸附Cr(Ⅵ)的影響進行單因素實驗研究和正交實驗優(yōu)化，確定該菌吸附Cr(Ⅵ)的最優(yōu)條件為：pH=5.0，吸附時間：72 h，Cr(Ⅵ)初始濃度：30 mg/L,接種量：1.8 g，吸附率可達59.2%，可見其在工業(yè)廢水處理特別是電鍍廢水處理方面具有一定的應(yīng)用價值。

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Adsorption of Cr(Ⅵ) by P.Chrysosprium*

ZHENGRui-dong,CHENZhi-chao,HUANGJi-man,LUOJi-feng,ZHONGXiao-yin,ZHUSi-min,HUANGSi-tong

(Jieyang Polytechnic, Guangdong Jieyang 522000, China)

In order to explore the potential of P.Chrysospriumin industrial wastewater treatment, on the basis of single factor experiment, the orthogonal design method was used to optimize the adsorption conditions of Cr(Ⅵ) by P.Chrysosprium. The results showed that the optimum adsorption conditions were as follows: adsorption pH was 5.0, adsorption time was 3 d, the initial Cr(Ⅵ) concentration was 30 mg/L, inoculation amount was 1.8 g. Under these conditions, the adsorption rate reached 59.2%. It can be expected that P.Chrysospriumhad practical applications in the fields of industrial wastewater treatment.

Cr(Ⅵ); biosorption; P.Chrysosprium; orthogonal design;AAS

2016年度廣東大學(xué)生科技創(chuàng)新培育(“攀登計劃”)培育項目(pdjh2016b0777)(團粵聯(lián)發(fā)[2016]25號)。

鄭銳東(1982-)，男，高級實驗師，主要從事微生物工程相關(guān)教學(xué)與研究。

Q939 97

A

1001-9677(2016)024-0042-03