【摘 要】
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含Cr(Ⅵ)的废水毒性大,严重危害人体和动植物健康,亟需处理。目前处理Cr(Ⅵ)废水的方法,如化学法、物理法和电化学法,均存在一定的缺陷。生物法作为一种新型的处理方法,具有成本低、环境友好等优势,成为了 Cr(Ⅵ)废水处理中的研究热点。本文以课题组从东海分离筛选得到的海洋黑曲霉ZJUBE-1为研究对象,利用其菌丝球对溶液中的Cr(Ⅵ)进行消除,旨在找到合适的Cr(Ⅵ)消除条件,提高Cr(Ⅵ)消除效
【基金项目】
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国家自然科学基金资助(资助号:21878263);
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含Cr(Ⅵ)的废水毒性大,严重危害人体和动植物健康,亟需处理。目前处理Cr(Ⅵ)废水的方法,如化学法、物理法和电化学法,均存在一定的缺陷。生物法作为一种新型的处理方法,具有成本低、环境友好等优势,成为了 Cr(Ⅵ)废水处理中的研究热点。本文以课题组从东海分离筛选得到的海洋黑曲霉ZJUBE-1为研究对象,利用其菌丝球对溶液中的Cr(Ⅵ)进行消除,旨在找到合适的Cr(Ⅵ)消除条件,提高Cr(Ⅵ)消除效率,探究Cr(Ⅵ)消除机理。主要研究内容如下:(1)研究菌丝球培养条件,如温度、转速、孢子浓度与菌丝球大小的关系。通过控制培养条件(孢子接种浓度为102 ml-1、培养转速为160 rpm、培养温度为25℃)得到大小均一且机械强度高的菌丝球。利用菌丝球对溶液中的Cr(Ⅵ)进行消除实验,探究pH、Cr(Ⅵ)浓度、生物量对消除效率的影响。结果表明,pH越低、Cr(Ⅵ)浓度越低和生物量越大,Cr(Ⅵ)的消除效率越高;在pH1的反应条件下,48h内Cr(Ⅵ)的消除效率可达到100%。(2)利用菌丝球作为固定化载体固定光化学催化剂TiO2,在紫外光照射下催化还原Cr(Ⅵ)。结果发现,固定化的TiO2在0.5 h内对50 mg·L-1的Cr(Ⅵ)的消除效率为98.5%,远高于单独的菌丝球(52.6%)和TiO2(46.6%),说明菌丝球与TiO2协同催化Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)的效果佳,表明菌丝球是其他Cr(Ⅵ)消除剂的优异载体。(3)基于磷酸盐可以提高菌丝球在偏中性条件下对Cr(Ⅵ)的消除效率的实验现象,探究了磷酸盐存在条件下pH、温度、磷酸盐浓度对菌丝球消除Cr(Ⅵ)效率的影响。发现在反应pH为6、磷酸盐浓度为0.1 M、反应温度为35℃条件下,Cr(Ⅵ)的消除效率最高。随后,对上述三个因素进行了响应面分析,得到了Cr(Ⅵ)消除的最优条件为pH 6.2、磷酸盐浓度0.137 M、38.6℃,24 h内的消除效率为79.97%。(4)利用转录组和代谢组分析探究Cr(Ⅵ)的消除机理。结果发现,Cr(Ⅵ)处理的海洋黑曲霉菌丝球的氨基酸合成和代谢途径、内吞途径的相关基因明显上调,氨基酸、多肽及其类似物、有机酸等分子代谢途径增强;相比单一的Cr(Ⅵ)处理,磷酸盐和Cr(Ⅵ)共同处理后的海洋黑曲霉菌丝球中氧化还原酶活性相关基因明显上调。说明菌丝球可利用胞吞作用将Cr(Ⅵ)运输到胞内;菌丝球通过增强氨基酸、多肽及其类似物、有机酸等分子代谢途径,还原Cr(Ⅵ);磷酸盐的加入加强了海洋黑曲霉氧化还原酶的表达。
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