珠三角地区养殖废水污染调查及固定化真菌修复重金属污染的研究

论文摘要

随着农业集约化的发展,养殖废水中的氮、磷和微量污染问题日益突出。其中重金属污染具有毒性大、不能被生物降解、通过食物链在生物体内富集等特点,严重威胁人类和其他生物健康。本论文在珠三角养殖废水环境质量背景值调查的基础上,综合考虑污水中污染物含量、污染物种类对环境的影响程度,评价污染物对环境的潜在危害和生态风险。在污染环境中富集筛选出对环境友好,对极端环境具有较好的耐受性菌株,研究其对重金属耐受效果及机理,选择对重金属具有较好耐受性的优势菌株作为生物吸附剂吸附重金属,并研究其吸附特性与机理。以生物炭、海藻酸钠为固定化材料,通过包埋法和交联法固定优势菌株,针对珠三角地区养殖废水中重金属问题,生物吸附污水中的Cr6+,拟合吸附动力学模型和等温吸附模型描述固定化微生物对重金属的生物吸附过程,揭示其生物吸附机理,为固定化微生物修复重金属污染提供实际参考和理论依据。论文的主要结论有:（1）根据惠州、东莞、广州、肇庆和佛山养殖废水污染指标统计特征,运用指数评价法评估其环境生态风险。试验结果表明:养殖废水中主要风险因子为FC、TP、NH3-N。珠三角地区惠州、东莞、广州、肇庆和佛山综合污染指数分别为2.00、5.98、2.74、1.70和31.91。重金属部分超标,由于重金属具有较高的生物毒性,其危害不容小觑。（2）针对珠三角地区养殖废水污染特征,从污染环境中分离出11株丝状真菌,研究3种重金属离子(Cr6+、Pb2+和Cd2+)对菌丝生长扩展的影响作用及抑制情况。试验结果表明:在14 d的观察期内,对Cr6+有较好耐受性菌株Mucor sp.（Mu-tea1）MIC为220 mg·L-1,菌落直径为3.1 cm,与其它处理浓度相比有显著性差异（P<0.05）。对Cd2+有较好耐受性菌株Neofusicoccum sp.（Nf1172）和Penicillium sp.（Pe-soil2）的MIC均为18 mM,此浓度下菌落直径分别为2.3 cm和2.7 cm,与其它处理浓度相比均有显著性差异（P<0.05）。对Pb2+有较好Penicillium sp.（Pe-soil2）的MIC为18 mM,此浓度下菌落直径为4.3 cm,与其它处理浓度相比有显著性差异（P<0.05）。（3）将Cr6+具有较好耐受性的Mucor sp.制备成非活性菌株,进行吸附试验,确立最佳吸附条件,运用吸附等温线和吸附动力学模型拟合吸附过程。单因素试验结果表明:较低的pH有利于Mucor sp.对Cr6+吸附,在pH值为1和2时,Mucor sp.对Cr6+的去除率分别为92.83%、85.08%,而当pH值为6时,Cr6+的去除率仅为28.86%。当吸附剂用量在0-0.8 g·L-1时,溶液中Cr6+的去除率随着Mucor sp.用量的增加而升高,超过0.8 g·L-1吸附反应趋于平衡。当吸附时间为10 min到24 h期间,Mucor sp.对Cr6+去除率随着时间的增加而增加,吸附时间超过24 h吸附趋于平衡。在Cr6+初始浓度10-80 mg·L-1内,Mucor sp.对Cr6+的吸附量随着初始浓度的增加而增加,Cr6+浓度超过80 mg·L-1以后时,吸附趋于饱和,Mucor sp.对Cr6+的最大平衡吸附量为20.90 mg·g-1。考虑到珠三角养殖废水的pH为5-8,因此Mucor sp.对去除养殖废水中Cr6+的最佳吸附条件为:pH为6,吸附剂浓度为0.8 g·L-1,吸附时间为24 h。准二阶动力学模型能更好的描述Mucor sp.对Cr6+的吸附过程,化学键的形成对吸附作用效果显著,以化学吸附为主。Freundlich模型更能准确地描述Mucor sp.对Cr6+的吸附过程,吸附以多分子层进行为主,拟合后的最大吸附量可达20.99 mg·g-1（4）将生物炭（ZL600）-海藻酸钠（SA）-Mucor sp.制备固定化微生物,进行吸附试验,比较不同材料（ZL600、SA、固定化毛霉菌）吸附Cr6+之间的差异,运用吸附等温线和吸附动力学模型拟合固定化毛霉菌生物吸附Cr6+过程。试验结果表明:对Cr6+去除效果大小为:固定化毛霉菌>游离Mucor sp.>ZL600。在0-8 d内,固定化毛霉菌对Cr6+的去除率随着吸附时间的增加而增加,超过8 d,吸附趋于平衡。在Cr6+初始浓度为40 mg·L-1时,固定化毛霉菌对Cr6+去除率最大,达到了98.54%,继续提高重金属初始浓度至100 mg·L-1时,去除率为62.53%。准一阶动力学方程能更好的描述固定化微生物对Cr6+的生物吸附过程。Langmuir能更好的描述固定化微生物对Cr6+的生物吸附过程,生物吸附过程主要以单分子层为主,最大吸附量为70.92 mg·g-1。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 毛航球

导师: 高绣纺,李文英

关键词: 环境生态风险评价,固定化丝状真菌,重金属污染,重金属耐受性,生物修复

来源: 长江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,农业科技

专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用,农业基础科学

单位: 长江大学

基金: 国家自然科学基金(No.41371464),科技部基础性工作专项(No.2013FY110400),省部共建华南应用微生物国家重点实验室开放基金(No.SKLAM001-2016),广东省科技计划项目(No.2014A020216020),广州市科技计划项目(No.201707010044)

分类号: X713;X172

总页数: 69

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标签：环境生态风险评价论文;  固定化丝状真菌论文;  重金属污染论文;  重金属耐受性论文;  生物修复论文;