鼠李糖脂強(qiáng)化白腐菌處理制漿黑液效果研究

張祥勝，鄒學(xué)東，顧光輝

（1.江蘇省灘涂生物資源與環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，江蘇鹽城224051；2.勝達(dá)集團(tuán)江蘇雙燈紙業(yè)有限公司，江蘇鹽城224341）

鼠李糖脂強(qiáng)化白腐菌處理制漿黑液效果研究

張祥勝1，2，鄒學(xué)東2，顧光輝2

（1.江蘇省灘涂生物資源與環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，江蘇鹽城224051；2.勝達(dá)集團(tuán)江蘇雙燈紙業(yè)有限公司，江蘇鹽城224341）

研究了吐溫、鼠李糖脂、硫酸銅和乙醇等不同添加物對(duì)白腐菌處理黑液效果的強(qiáng)化作用，發(fā)現(xiàn)鼠李糖脂能夠較好地強(qiáng)化修復(fù)效果，當(dāng)其質(zhì)量濃度在50～60 mg/L時(shí)處理效果最佳。將產(chǎn)生鼠李糖脂的銅綠假單胞菌與白腐菌共同接種黑液后培養(yǎng)，可將COD降低44%。本研究為黑液的微生物處理提供了新的思路。

白腐菌；制漿黑液；鼠李糖脂；銅綠假單胞菌

造紙工業(yè)的污染問題十分嚴(yán)重，受到人們普遍的關(guān)注〔1〕。在世界范圍內(nèi)，制漿造紙工業(yè)廢水是重要的污染源，尤其是草漿黑液危害更大。黑液呈黑褐色，有特殊的惡臭味，是含有難降解木質(zhì)素及其衍生物以及高堿性的復(fù)雜污染體系，能引起水體污染，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境〔2-3〕。對(duì)造紙工業(yè)廢水的治理已成為造紙生產(chǎn)及相關(guān)行業(yè)能否生存和發(fā)展的關(guān)鍵因素〔1〕。目前，關(guān)于黑液的治理方法主要有酸析法、堿析法、絮凝沉淀法、物化處理法、生物處理法和資源化等〔1，4〕，其中生物處理具有費(fèi)用低、不會(huì)產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，近年來日益受到重視。

白腐菌是一種屬于擔(dān)子菌亞門的絲狀真菌，用于環(huán)境修復(fù)已經(jīng)有二十多年的歷史〔5-6〕。白腐菌能夠分泌木質(zhì)素酶系，具有很強(qiáng)的降解木質(zhì)素的能力，運(yùn)用白腐菌處理造紙蒸煮黑液，可取得較好的處理效果〔7〕。本研究在采用白腐菌處理黑液的研究基礎(chǔ)上，通過添加鼠李糖脂或接種產(chǎn)鼠李糖脂的菌株，達(dá)到強(qiáng)化白腐菌處理黑液的效果。該項(xiàng)研究可為黑液的生物好氧處理提供新的思路。

1　實(shí)驗(yàn)材料

1.1試劑

葡萄糖、牛肉膏、蛋白胨、日本瓊脂、吐溫80、KH2PO4、MgSO4、CuSO4、NaCl、95%乙醇等，均為分析純。去離子水采自科浦超純水系統(tǒng)。

新鮮馬鈴薯購(gòu)自當(dāng)?shù)爻?，商品鼠李糖脂?gòu)自湖州紫金生物技術(shù)有限公司。

1.2樣品

黑液、白液和綜合廢液，由勝達(dá)集團(tuán)江蘇省雙燈紙業(yè)有限公司提供。

1.3菌株

白腐菌（Phanerochaete chrysosporium）菌株Z9、銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）Z1，均由實(shí)驗(yàn)室自行分離。

1.4培養(yǎng)基

NB培養(yǎng)基：蛋白胨10 g，牛肉膏5 g，NaCl 5 g，去離子水1 000 mL，pH=7.0。

PDA培養(yǎng)基：新鮮馬鈴薯200 g，葡萄糖20 g，KH2PO43g，MgSO41.5g，瓊脂15g，去離子水1000mL，不調(diào)pH。

2　實(shí)驗(yàn)方法

2.1菌株的培養(yǎng)

取白腐菌菌株Z9斜面，接PDA平板，30℃下培養(yǎng)7 d左右使其長(zhǎng)滿平板，用1 cm無菌打孔器取菌餅備用。

取銅綠假單胞菌Z1斜面，用接種環(huán)接入NB培養(yǎng)基，30℃下培養(yǎng)1 d，搖瓶接種量為1%。

2.2白腐菌對(duì)不同廢水的處理效果研究

將2個(gè)Z9菌餅接入裝有30 mL已滅菌廢水的150 mL搖瓶中，接種后置搖床上于30℃振蕩培養(yǎng)7 d。取樣，測(cè)其COD。其中，黑液用去離子水稀釋200倍，白液和綜合廢水各稀釋2倍。

2.3添加外源物質(zhì)強(qiáng)化白腐菌處理黑液的研究

2.3.1不同添加物對(duì)白腐菌處理黑液效果的影響

分別取30 mL稀釋200倍且已滅菌的黑液置于150 mL搖瓶中，分別加入1 mL不同的添加物：25 mg/L的吐溫80、50 mg/L的鼠李糖脂、25 mg/L的CuSO4和體積分?jǐn)?shù)為95%的乙醇，之后接入2個(gè)Z9菌餅，于30℃下振蕩培養(yǎng)5 d后測(cè)COD。

2.3.2不同濃度的鼠李糖脂對(duì)白腐菌處理黑液效果的影響

分別取30 mL稀釋200倍且已滅菌的黑液置于150 mL搖瓶中，向其中加入質(zhì)量濃度分別為30、40、50、60、70 mg/L的鼠李糖脂，然后接入2個(gè)Z9菌餅，于30℃下振蕩培養(yǎng)7 d后測(cè)COD。

2.3.3接種銅綠假單胞菌強(qiáng)化白腐菌處理黑液的研究

將活化好的Z1種子液，按體積分?jǐn)?shù)為3%的量接入裝有30mL稀釋200倍且已滅菌的黑液的150mL搖瓶中，在30℃下振蕩培養(yǎng)5 d后，測(cè)試發(fā)酵液表面張力和排油圈大小。

將培養(yǎng)后的白腐菌與銅綠假單胞菌共同接入裝有30 mL稀釋200倍且已滅菌的黑液的搖瓶中，接種方法同上，于30℃下振蕩培養(yǎng)7 d后測(cè)COD。

2.2和2.3中的實(shí)驗(yàn)均設(shè)置3個(gè)平行實(shí)驗(yàn)。

2.4分析方法

2.4.1COD

COD采用重鉻酸鹽法進(jìn)行測(cè)定〔8〕。

2.4.2表面張力

參照參考文獻(xiàn)〔9〕，將樣液稀釋100倍后，用表面張力儀測(cè)定表面張力。

2.4.3排油圈

參照參考文獻(xiàn)〔9〕，向90 mm平皿中加入20 mL水、100 μL柴油，使之形成一層油膜。將樣液稀釋10倍，取10 μL稀釋液滴在油膜中央，使之形成排油圈。待排油圈大小達(dá)到穩(wěn)定后，用0.01mm精度的游標(biāo)卡尺測(cè)定排油圈直徑。

3　結(jié)果與分析

3.1白腐菌對(duì)不同廢水的處理效果

白腐菌對(duì)不同廢水的處理效果如表1所示。

表1　白腐菌對(duì)不同廢水的處理效果

由表1可知，白腐菌對(duì)不同造紙工業(yè)所產(chǎn)廢液都有較好的處理效果，COD去除率達(dá)到20%～40%左右。由于黑液危害最大，因此本研究以黑液的處理為主。

3.2添加外源物質(zhì)強(qiáng)化白腐菌處理黑液效果

3.2.1不同添加物對(duì)白腐菌處理黑液效果的影響

不同添加物下白腐菌處理黑液的效果如表2所示。

表2　不同添加物下白腐菌處理黑液的效果

由表2可知，與未加入外源物質(zhì)相比，加入外源物質(zhì)后，白腐菌對(duì)黑液的處理效果顯著增強(qiáng)。4種添加物中，強(qiáng)化白腐菌處理黑液效果最好的為鼠李糖脂，COD去除率達(dá)到44%，其次依次是硫酸銅、乙醇和吐溫。添加鼠李糖脂處理后，溶液色度也明顯降低。

3.2.2不同濃度的鼠李糖脂對(duì)白腐菌處理黑液效果的影響

不同濃度的鼠李糖脂對(duì)白腐菌處理黑液效果的影響如表3所示。

表3　不同濃度的鼠李糖脂對(duì)白腐菌處理黑液效果的影響

從表3可知，添加的鼠李糖脂的適宜的質(zhì)量濃度為50～60 mg/L，考慮成本問題，選擇鼠李糖脂的質(zhì)量濃度為50 mg/L。添加鼠李糖脂可促進(jìn)表面張力的下降，利于白腐菌降解木質(zhì)素，這為強(qiáng)化白腐菌處理黑液提供了新的思路。

3.3發(fā)酵黑液產(chǎn)表面活性劑的研究

接種銅綠假單胞菌后的黑液發(fā)酵液，其表面張力由原來的63.5 mN/m下降到了54.1 mN/m，其排油圈由原來的23.69 mm擴(kuò)大到了48.18 mm，這說明銅綠假單胞菌在黑液中發(fā)酵產(chǎn)生了生物表面活性劑。由于黑液稀釋度較大，可能影響產(chǎn)生物表面活性劑能力。

3.4接種銅綠假單胞菌對(duì)白腐菌處理黑液的強(qiáng)化效果

對(duì)銅綠假單胞菌和白腐菌復(fù)合接種處理黑液前后的COD進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)COD由處理前的444 mg/L降到了248 mg/L，COD去除率為44%，與添加鼠李糖脂并接種白腐菌的處理效果接近。結(jié)合3.3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說明銅綠假單胞菌接種黑液后產(chǎn)生的鼠李糖脂確實(shí)對(duì)強(qiáng)化白腐菌處理黑液效果發(fā)揮了作用，這樣可直接接種銅綠假單胞菌，降低因添加鼠李糖脂而增加的處理成本。

4　結(jié)論

（1）白腐菌對(duì)不同廢水均有較好的處理效果。

（2）質(zhì)量濃度為50～60 mg/L的鼠李糖脂能夠較好地強(qiáng)化白腐菌處理黑液的效果。

（3）在黑液中添加銅綠假單胞菌能使其表面張力下降，排油圈增大。將其和白腐菌共同接種處理黑液，可提高處理效果。

徐俊霞等〔10〕曾利用白腐菌和紅假單胞菌共同處理造紙廢水，其原理是充分利用2個(gè)菌種的互補(bǔ)性，采用的是2種菌先后處理。本研究中銅綠假單胞菌和白腐菌的共同接種處理明顯縮短了處理時(shí)間，降低了處理工藝的成本。銅綠假單胞菌充分利用了黑液中的無機(jī)鹽離子，并以其中可溶性糖為碳源，發(fā)酵產(chǎn)生了生物表面活性劑（鼠李糖脂），增強(qiáng)了白腐菌降解木質(zhì)素和降低色度的效果。如果結(jié)合掛膜處理〔1〕，或強(qiáng)化活性炭處理〔9〕等技術(shù)，可能效果更好，可望進(jìn)一步降低COD，為下一步常規(guī)生化處理，并最終實(shí)現(xiàn)無害化奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

對(duì)銅綠假單胞菌在黑液中發(fā)酵產(chǎn)生的鼠李糖脂的測(cè)定會(huì)受到黑液中可溶性糖的影響，如何排除干擾用比色法準(zhǔn)確測(cè)定鼠李糖脂的含量，以及在白腐菌和銅綠假單胞菌混合培養(yǎng)過程中如何確定各自菌體濃度的變化及相互關(guān)系都有待深入研究，以便更好地進(jìn)行聯(lián)合處理機(jī)理研究和技術(shù)參數(shù)優(yōu)化。

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Study on the effect of rhamnolipid-enhanced white rot fungi on the treatment of pulping black liquor

Zhang Xiangsheng1，2，Zou Xuedong2，Gu Guanghui2
（1.Jiangsu Provincial Key Laboratory of Coastal Wetland Bioresources and Environmental Protection，Yancheng 224051，China；2.Shengda Group Jiangsu Shuangdeng Paper Co.，Ltd.，Yancheng 224341，China）

The enhancement effects of different additives，including tween，rhamnolipids，CuSO4，ethanol，etc.on the reatment of white-rot fungi treated black liquid have been studied.It is found that rhamnolipids can enhance remediation effect better.When its mass concentration is in the range of 50-60 mg/L，the treatment effect is the best.Culuring after the rhamnolipid-producing Pseudomonas aeruginosa strain and white rot fungi inoculate black liquor，the COD can be reduced by 44%.This research provides a new idea for the microbial treatment of pulping black liquid.

white rot fungi（Phanerochaete chrysosporium）；pulping black liquor；rhamnolipid；Pseudomonas aeruginosa

X703

A

1005-829X（2016）02-0040-03

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（10905035）；江蘇省博士聚集計(jì)劃項(xiàng)目（2011-292）；江蘇省“六大人才高峰”第9批資助項(xiàng)目（SWYY-018）

張祥勝（1976—），副教授。電話：0515-88233189，E-mail：yctu_shengwu@163.com。

2015-11-17（修改稿）