产黄青霉(Penicillium chrysoqenum ZG-16)的分离鉴定及其去除污泥中重金属的效果研究

摘要

截至2014年底，全国设市城市、县累计建成污水处理厂3717座，污水处理能力达1.57亿立方米/日，预计到2015年，全年城镇污水处理厂污泥（含水率为80％）产生量将达到3359万吨，即日产污泥9.2万吨。污泥具有含水量高、重金属含量高和病原污染等特点，污泥中的重金属严重限制了污泥资源化利用，并且会通过食物链富集到人体和动物体内，危害人类的健康。近年来，许多研究发现丝状真菌产生的有机酸能溶解或螯合环境中的重金属，达到治理重金属污染的目的。
　　本文从无锡太湖污水处理厂污泥中分离得到一株产小分子有机酸的产黄青霉菌，考察了其去除污泥中重金属的效果，研究了不同培养方法及不同污泥含固率下对该菌污泥中重金属浸出的影响，并考察了其和自养菌联合作用去除重金属的效果。主要研究内容和结论如下:
　　(1)自太湖新城污水处理厂浓缩池污泥中分离得到4株真菌，分别为毛霉菌、产黄青霉、简青霉和皮壳青霉，经实验选择了一株产草酸、柠檬酸、丙酮酸等小分子有机酸，酸化污泥环境的真菌，经形态学及ITS rDNA序列分析鉴定为产黄青霉(Penicilliumchrysoqenum)，并命名为Penicillium sp.ZG-16。该菌的适宜生长温度在20～35℃，适宜生长pH为3.0～8.0，对重金属离子Zn2+、Cu2+和Cd2+抑制率80％浓度分别为200mg/L、300 mg/L和500 mg/L，能耐受较高浓度的重金属。经过7天的纯培养，pH由初始5.0降至2.98，草酸、苹果酸、柠檬酸、丙酮酸和琥珀酸产量分别3.2 mmol/L、9.8 mmol/L、23.3 mmol/L、6.9 mmol/L和3.5mmol/L。
　　(2)利用Penicillium sp.ZG-16能有效浸出污泥中重金属。在加蔗糖的污泥和不加任何物质的污泥中接入10％(v/v)培养2d的真菌菌丝，在10 d后，只加菌丝的污泥中几乎没有重金属浸出，加蔗糖和菌丝的污泥中重金属浸出率分别为Cd4％、Cr0.1％、Cu2.1％、Ni15％、Pb3.7％和Zn28％。产黄青霉需要额外添加碳源促进其在污泥中生长代谢，本文选择蔗糖作为碳源，经其处理后污泥中重金属能有效浸出。
　　(3)丝状真菌Penicillium sp.ZG-16处理污泥过程中，污泥含固率是影响污泥重金属浸出的重要因素。污泥体系pH随着污泥含固率的降低而降低，在初始pH为7.0的情况下，1.1％含固率下污泥pH最低降至2.1，1.7％含固率下污泥体系pH降至2.5，3.4％含固率下污泥体系pH只能降至2.9。污泥含固率越低，有机酸产量越高，相应的重金属浸出率也越高，当污泥含固率为1.1％时，各重金属浸出率最大(Cd62％、Cr81％、Cu20％、Ni40％、Pb57％、Zn95％);污泥含固率为1.7％时，浸出效果也较为理想(Cd45％、Cr51％、Cu14％、Ni30％、Pb43％、Zn70％);而当含固率升至3.4％时，污泥中各种金属浸出效果较差(Cd4％、Cr0.1％、Cu2.1％、Ni15％、Pb3.7％、Zn28％)。对有机酸产量、pH和重金属浸出率做回归性分析可知，柠檬酸、丙酮酸和pH对各重金属影响较大，而草酸对各重金属影响较小。柠檬酸和丙酮酸是影响Cd浸出率的主要因素;草酸和柠檬酸对Cr浸出率影响最大;pH是影响Cu和Ni浸出率的关键因素;Pb浸出率受柠檬酸影响最明显;柠檬酸和pH对Zn影响最大。
　　(4)根据重金属浸出的影响因素不同，选用的微生物种类也不同。自养菌选用本实验室分离保存的嗜酸性氧化亚铁硫杆菌Acidithiobacillus ferrooxidans LX5(CGMCCNO.0727)，真菌采用本实验中的产黄青霉Penicillium sp.ZG-16。采用三种不同的接种顺序:同时接种自养菌A.ferrooxidans LX5和真菌Penicillium sp.ZG-16;先接A.ferrooxidans LX5两天后接Penicillium sp.ZG-16;先接Penicillium sp.ZG-16两天后接A.ferrooxidans LX5。采用丝状真菌Penicillium sp.ZG-16和嗜酸性氧化亚铁硫杆菌A.ferrooxidans LX5联合处理浸出污泥中时发现，Cd比较适合采用真菌和自养菌同步接种处理，Cr、Cu和Ni比较适合采用自养菌单独浸出，而Zn不论采用真菌处理还是自养菌浸出，都能取得理想效果。
　　本文研究对于产黄青霉生物沥浸去除污泥中的重金属应用具有重要的指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 污泥处置现状及生物沥浸处理污泥重金属的研究进展(文献综述)

1 城镇污泥概况

2 城镇污泥中重金属污染现状及其治理技术

2．1 污泥重金属污染治理技术

3 生物沥浸技术

3．1 生物沥浸技术浸出重金属基本机理

3．2 生物沥浸技术浸出污泥重金属影响因素

3．3 真菌处理污泥重金属

4 本课题的研究目的及意义

5 主要研究内容

参考文献

第二章 Penicillium sp．ZG-16的分离筛选及生长特性研究

前言

1 材料与方法

1．1 培养基

1．2 丝状真菌的分离与纯化

1．3 丝状真菌的分子生物学鉴定

1．4 丝状真菌纯培养过程中的产酸特性研究

1．5 目的丝状真菌的最适生长条件

1．6 测定方法

2 结果与讨论

2．1 真菌的分离

2．2 真菌的分子生物学鉴定结果及系统发育树的构建

2．3 丝状真菌纯培养过程中pH和产酸量变化

2．4 Penicillium sp．ZG-1 6最适生长条件及对重金属耐受

3 小结

参考文献

第三章 Penicillium sp．ZG-16浸出污泥中重金属条件探究

前言

1 材料与方法

1．1 供试污泥

1．2 碳源对产黄青霉沥浸重金属影响

1．3 污泥含固率对Penicillium sp．ZG-16沥浸重金属影响

1．4 测定方法

2 结果与讨论

2．1 碳源对Penicillium sp．ZG-16浸出污泥中重金属的影响

2．2 污泥含固率对Penicillium sp．ZG-16浸出重金属的影响

3 小结

参考文献

第四章 产黄青霉和嗜酸性氧化亚铁硫杆菌联合浸出污泥中重金属的研究

前言

1 材料与方法

1．1 供试污泥

1．2 供试菌株

1．3 同步接种A．ferrooxidans LX5和Penicillium sp．ZG-16对污泥中重金属浸出的影响

1．4 分步接种A．ferrooxidans LX5和Penicillium sp．ZG-16对污泥中重金属浸出的影响

1．5 测定方法

2 结果与讨论

2．1 同步接种和分步接种接种A．ferrooxidans LX5和Penicillium sp．ZG-16处理污泥过程中污泥pH的变化

2．2 同步和分步接种A．ferrooxidans LX5和Pchrysogenum．ZG-16处理污泥过程中重金属浸出率的变化

3 小结

参考文献

第五章 结论与建议

1．1 全文结论

1．2 建议

致谢