食用菌菌絲對校園生活污水凈化效果研究

李仔密,石 霞,余菊仙,彭安岳,李春蓮,黃道順,李淑英

(玉溪師范學(xué)院化學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院 云南 玉溪 653100)

校園生活污水主要是人們生活中使用的各種廚房用水、洗滌用水和衛(wèi)生間用水所產(chǎn)生的排放水，多為無毒的無機(jī)鹽類。其污染物成分存在著明顯的單一性，例如洗衣粉中的磷、氮這些主要物質(zhì)[1]以及一些含量較少的重金屬物質(zhì)，通常有毒物質(zhì)較少。食用菌菌絲體是吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要組織，因此菌絲體具有一定的吸附作用，例如鳳尾菇菌絲體對重金屬汞的吸收特性[2]。平菇易于培養(yǎng)、產(chǎn)量高、價格便宜、易取材，故本次實驗應(yīng)用平菇的菌絲體對校園生活污水進(jìn)行凈化研究。目前國內(nèi)外利用菌絲體進(jìn)行水體凈化的研究較少。

采用平菇菌絲體經(jīng)過擴(kuò)大培養(yǎng)后對校園生活污水進(jìn)行凈化研究，通過測定校園生活污水凈化過程中COD、BOD5、總磷、總氮、pH的變化，探索食用菌菌絲對生活污水的凈化作用。實驗結(jié)果表明：食用菌菌絲體對校園生活污水水體凈化有一定的效果，三個接種梯度凈化效果為：3%>5%>10%。凈化過程中菌絲體與COD值的相關(guān)性最大、去除率較高。到凈化后期水中pH值呈弱堿環(huán)境，細(xì)菌滋生且細(xì)菌與總氮的相關(guān)性較高，在一定程度上與菌絲體凈化水體有協(xié)同作用。菌絲體接種量為3%、凈化周期第20d時去除率最高、凈化效果最佳。

1 材料與方法

1.1 材料

生活污水：取自本校園學(xué)生公寓排出的生活污水；

平菇(Pleurotus ostreatus)：超市購買。

1.2 培養(yǎng)基

PDA培養(yǎng)基：馬鈴薯(留全皮)200g，葡萄糖20g，瓊脂15～20g，蒸餾水1000mL，pH(自然狀態(tài)無需調(diào)節(jié))。

液體培養(yǎng)基：玉米粉6%,麩皮2%,硫酸鎂0.05%,磷酸二氫鉀0.05%，蔗糖1%，VB1 10mg/L，pH(自然狀態(tài)無需調(diào)節(jié))，(以上適配容積150mL)。

1.3 方案設(shè)計

1.3.1 平菇菌絲體的分離純化

選取玉溪市紅塔區(qū)內(nèi)的常見平菇品種，挑選長得均勻健康的平菇,用70%～75%的乙醇對菌體進(jìn)行消毒，再用無菌水進(jìn)行沖洗備用，用鑷子挑取菇柄和菇傘交界處的菌體組織，采用組織分離法進(jìn)行分離純化，連續(xù)純化3次后轉(zhuǎn)接到PDA固體培養(yǎng)基上保存?zhèn)溆?。以上所涉及的用具使用前均進(jìn)行滅菌，操作過程在無菌超凈臺進(jìn)行。

1.3.2 平菇菌絲體的擴(kuò)大培養(yǎng)

用無菌打孔器取純化培養(yǎng)后的PDA培養(yǎng)基上長得旺盛的菌絲體1～2cm瓊脂塊,接種到150mL 液體培養(yǎng)基中,150r/min、20～23℃恒溫?fù)u床培養(yǎng)5～7d，獲得大量平菇菌絲體。根據(jù)校園污水的凈化量以及需要接種的比例綜合考慮,共進(jìn)行了1500mL的平菇菌絲體擴(kuò)大培養(yǎng)。

1.3.3 平菇菌絲體對生活污水凈化處理

取擴(kuò)大后的平菇菌絲體按照3%、5%、10%接種量將擴(kuò)大培養(yǎng)的菌絲體接種到校園生活污水中，校園污水用高26cm、直徑為32cm的桶裝盛，每個桶內(nèi)含校園污水2000mL，每個接種量設(shè)置3組平行，1組空白對照，置于實驗室常溫條件下培養(yǎng)20d，每隔5d取1次樣品測定pH、COD、BOD5、總磷、總氮的含量。

1.4 生活污水凈化過程中pH、COD、BOD5、總磷、總氮的測定

(1)COD的測定：采用(GB11914-89)進(jìn)行測定[3]。

(2)BOD5測定：采用(ISO05815-1983)進(jìn)行測定[4]。

(3)TP含量測定：采用鉬酸銨比色法(GB 11893-89)[5]；TP的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程y=0.0218x+0.0478，R2=0.9912。

(4)TN含量測定：采用堿性過硫酸消解紫外分光光度法(GB11894-89)；[6]TN的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程y=0.0402x+0.0567，R2=0.9926。

(5) pH值測定：采用玻璃電極法(GB6920-86)進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 校園生活污水理化特征

根據(jù)《GB3838-2002地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[7]Ⅱ類水(主要適用于集中式生活飲用水地表水)的pH值、COD、BOD5以及總磷總氮標(biāo)準(zhǔn)值與校園生活污水的初始值進(jìn)行對比，本實驗選擇的校園生活污水為Ⅱ類水質(zhì)。

表1 校園生活污水理化特征 (mg/L)

2.2 平菇菌絲體對校園生活污水凈化過程中的pH值變化

由圖1可看出，空白對照pH均在7.0～7.5波動，當(dāng)校園生活污水接入平菇菌絲后在凈化過程中pH的變化都比對照組低。有研究表明[8-9]當(dāng)pH值為6 時，平菇菌絲體的成長速度較快，且處于不斷生長的狀態(tài)，平菇菌絲最佳的生長狀態(tài)在pH 6～7；接種量為10%時校園生活污水凈化過程中pH降低最明顯，接種量為5%時pH也有所降低，pH變化不明顯是平菇菌絲接種量為3%時，當(dāng)凈化到15d時，接種量為10%的pH值開始升高，凈化到20d時pH趨于中性。在接種第5d時3%接種量的pH為6.15菌絲體生長較快，當(dāng)pH值為 7 時，菌絲的成長速度減小了一點。本實驗發(fā)現(xiàn)：pH值逐漸增加，凈化效果逐漸明顯，與上述研究結(jié)果一致，到第20d時接種量為3% 的處理環(huán)境中已經(jīng)不再適合菌絲體的再生長。接種量為5%和10%的處理中菌絲體依然有增長的趨勢。由此可見，隨著pH值大小發(fā)生變化，菌絲的生長速度會發(fā)生改變，數(shù)值越大，表示酸堿強(qiáng)度越大，真菌生長速度越慢，生長狀況也受到一定影響。

2.3 平菇菌絲體對校園生活污水凈化過程中的 COD變化

由圖2可看出：與空白對照組相比校園生活污水接入平菇菌絲后，3個實驗組的COD值都偏高，凈化培養(yǎng)5d后3個實驗組COD均呈現(xiàn)出明顯下降趨勢，隨著凈化的進(jìn)行，生活污水接入平菇菌絲后COD都有明顯改善，其中接種量為3%COD降低最明顯，凈化到20d時，COD已經(jīng)接近標(biāo)準(zhǔn)水體要求(水中的值達(dá)到3mg/L時，符合生活用水標(biāo)準(zhǔn)中對COD值的限制[10])，說明平菇菌絲對生活污水COD的改善有一定效果。有研究表明[11]白腐菌0～4d廢水COD值持續(xù)下降,接種4d廢水COD值達(dá)到最低，超過4d后廢水COD呈上升趨勢,說明菌體己失去活性(白腐真菌是一類能夠引起木質(zhì)白色腐爛的絲狀真菌)。與本實驗研究結(jié)果相似，生活污水凈化到20d、接種量3%時COD去除率達(dá)到79.91%。凈化到第15d時接種量為3%的菌體基本已經(jīng)耗盡(由此時的pH值以及凈化效果綜合分析得出)。故若選用平菇處理生活廢水時應(yīng)采用3%接種量，在 20d后需及時補(bǔ)種,以達(dá)到持續(xù)降解的效果。

2.4 平菇菌絲體對校園生活污水凈化過程中的BOD5變化

由圖3可看出：凈化過程中對照組BOD5出現(xiàn)上升趨勢，生活污水中平菇菌絲接種量為3%、5%、10%時BOD5都有不同程度減少，平菇菌絲接種量為3%時對BOD5的去除效果最明顯，BOD5的去除率高達(dá)91.55%，當(dāng)凈化到20d時，BOD5值為8.272mg/L，凈化值趨近與標(biāo)準(zhǔn)水的值(未受到污染的水體BOD5值<3.00mg/L,輕度污染的值<4.00mg/L)[12]。

2.5 平菇菌絲體對校園生活污水凈化過程中的總磷變化

水體中的磷是藻類生長需要的一種關(guān)鍵元素，過量磷會造成水體污穢異臭。由圖4可看出：總磷含量在0～5d時與對照相比波動較大，3個實驗組總磷變化趨勢相似，總磷生活污水中總磷變化表明：平菇菌絲體對校園生活污水中總磷的去除效果不明顯，校園生活污水中磷元素對平菇菌絲體的生長起到了一定抑制作用。有研究表明[13]在液體培養(yǎng)基中添加磷元素不能提高平菇菌絲生物量，本實驗結(jié)果與該研究的凈化結(jié)果分析一致，將菌絲體接種到污水中，污水中的磷含量抑制了菌絲體的生長從而導(dǎo)致總磷的去除效果不明顯。當(dāng)水體總磷含量超過0.2mg/L時會使水體的透明度降低，水質(zhì)變壞[14]。實驗發(fā)現(xiàn)平菇菌絲體對總磷含量的去除效果不理想。

2.6 平菇菌絲體對校園生活污水凈化過程中的總氮變化

圖5表明：空白對照組在0～20d凈化過程中總氮有所增加，平菇菌絲體接種量為3%、5%、10%，凈化20d時對生活污水總氮的去除有一定效果，接種量為3%時對總氮的去除效果相對較好，總氮去除率為23.21%。結(jié)合pH的變化來看，隨著菌絲體在凈化過程中消耗和衰敗及細(xì)菌滋生，3個處理組的凈化效果有所差異，菌絲體含量較少的被消耗得最快。實驗發(fā)現(xiàn)接種量為3%的菌絲體在第15～20d時菌絲體幾乎消耗殆盡，大量細(xì)菌開始滋生,對總氮的去除有一定作用。細(xì)菌與總氮的去除有很好的正相關(guān)性，與真菌放線菌的相關(guān)性不高[15],細(xì)菌和真菌在凈化過程中有一定的協(xié)同作用。有研究表明[16]真菌菌絲體對細(xì)菌的固定作用顯著促進(jìn)了細(xì)菌的生長,而有細(xì)菌存在的情況下則可以有效延緩真菌的衰亡，實驗結(jié)果與該研究結(jié)果一致。

2.7 平菇菌絲體接種量為3%時生活污水中pH、COD、BOD5、總磷、總氮的變化

食用菌菌絲體為3%時對校園生活污水的凈化效果如圖6所示，實驗發(fā)現(xiàn)菌絲體接種量為3%的處理在第20d時對BOD5、COD、總氮和總磷的凈化效果較好，去除率分別達(dá)到91.55% 、79.91% 、23.21%、-112.59%，在凈化第20d時要適當(dāng)補(bǔ)加菌種以達(dá)到更好的凈化效果。因為隨著菌絲體對營養(yǎng)的消耗自身也會逐漸衰敗，有研究表明[11]向正在凈化的廢水中添加菌絲體所需要的營養(yǎng)可以達(dá)到持續(xù)凈化的效果。若想要縮短凈化周期，則采用<3%的菌絲體進(jìn)行接種即可。

3 結(jié)論

(1)平菇菌絲體對校園生活污水的COD和BOD5去除效果明顯

平菇菌絲體對校園生活污水有一定的凈化效果，本實驗中接種量3%、凈化時間20d時平菇菌絲體對COD和BOD5的去除效果最好，COD去除率達(dá)到79.91%、BOD5的去除率達(dá)到91.55%。

(2)平菇菌絲體對校園生活污水中總氮和總磷的去除效果不理想

平菇菌絲體對校園生活污水中總氮和總磷的去除效果不理想，凈化效果受pH值的影響，隨著菌絲體在凈化過程中消耗、衰敗及細(xì)菌滋生，真菌菌絲體對細(xì)菌的固定作用顯著促進(jìn)了細(xì)菌的生長，本實驗中接種量3%、凈化時間20d時對總磷和總氮有一定的去除效果，但去除率較低，總氮的去除率為23.21%，總磷的含量有所增加。菌絲體接種到污水中，污水中的磷含量抑制了菌絲體的生長從而導(dǎo)致總磷的去除效果不明顯[14]。

(3)菌絲體的接種量對生活污水凈化效果有一定的影響

有研究表明菌絲體的接種量對其菌體的生長有一定的影響[17]，本實驗采用平菇菌絲體接種量分別為3%、5%、10%，3個接種量在20d凈化周期內(nèi)校園生活污水的凈化效果也不同，菌絲體的接種量對校園生活污水的凈化效果有一定的影響。其中接種量為3%時對生活污水的凈化效果最理性，接種量與凈化效果的關(guān)系表現(xiàn)為3%>5%>10%。