金属铬污染环境 对重金属铬污染环境具修复作用的真菌初步研究

随着电镀、制革、印染等工业技术的快速发展,金属铬(Cr)被广泛用于工业生产中。未经处理的从上述过程中产生的含Cr(VI)废液、废渣直接排到环境中,会对环境造成严重污染,同时,Cr(VI)对生物系统有很强的毒性,对生物体有致突变、致癌和致畸作用,属于一类污染物。

并且Cr(VI)水溶性高、易移动,因此很容易转移,游离出最初污染的部位。而Cr(III)相对惰性比较强,不易移动,生物利用度低;此外,Cr(VI)化合物的毒性约为Cr(III)的100倍,致突变率约为Cr(III)的1000倍。

现有的化学和电化学处理过程一般是将水溶液中的Cr(VI)的还原为Cr(III),随后调整溶液的p H值至接近中性的条件下生成沉淀从而降低Cr(VI)的浓度。

然而,这些方法被认为是不可取的,因为处理过程中需要使用昂贵的化学试剂,而且去除效率难以满足实际的需求,另外在修复过程中会产生大量不易收集回收的化学污泥。生物修复的方法还原Cr(VI),即利用耐铬微生物将Cr(VI)还原成较稳定、毒性较低的Cr(III)进而将其吸附被认为是一种有效解决Cr(VI)污染环境的方法;微生物在生物还原Cr(VI)中的潜在作用,已在各种可以还原的实验中得以证实。

另外,生物修复法所需设备简单,投资小,对环境的危害小,在Cr(VI)去除方面值得推广。本实验从上海某废弃钢铁厂内采集土壤样品,测定土壤中重金属含量确定耐重金属菌株存在的可能性;利用选择性培养基孟加拉红培养基从该土壤样品中分离出20株霉菌,再利用Cr(VI)耐受性和Cr(VI)修复性实验筛选出一株对Cr(VI)有较强耐受能力和修复能力的菌株M-13,并对其进行了分子生物学鉴定和形态学鉴定,鉴定结果表明M-13为橘绿木霉Trichoderma citrinoviride M-13。

从废弃钢铁厂内土壤中分离出一株对Cr(VI)具有高去除性的微生物,对其生物学特性进行研究。

采用孟加拉红培养基对上海某废弃钢铁厂内重金属污染土壤中耐Cr(VI)真菌进行分离筛选纯化,用菌落形态和18S r RNA序列分析鉴定菌株,研究菌株的Cr(VI)耐性和去除率,分析不同影响因素对其去除Cr(VI)的影响。

结果得出M-13为橘绿木霉(Trichoderma citrinoviride),能耐1.7 mmol/L的Cr(VI),且每克菌丝吸附0.5 mg以上的Cr(VI)。菌株生长至72 h时菌丝含量达到最大,培养至42 h的菌丝对Cr(VI)去除率最高。

在p H为1.09左右,温度在28?C,菌丝加入量在0.5 g(干重),Cr(VI)初始浓度为100 mg/L时,Cr(VI)去除率最大,为99.

3%,几乎将100ml溶液中的Cr(VI)完全去除。橘绿木霉M-13能较好的去除Cr(VI)离子,可以作为试验材料应用于生物修复废水中Cr(VI)的研究。本课题利用紫外灯照射对菌株进行诱变,以分离鉴定出的绿色木霉菌株作为出发菌株,利用紫外诱变进行处理,得到了耐Cr(VI)性强,还原效率高、且具有一定遗传稳定性的菌株M-13M(mutagenesis);对该诱变菌株的耐Cr(VI)性和修复Cr(VI)能力进行实验验证。

结果表明,当诱变的条件为:紫外灯的照射瓦数为30 W,垂直照射距离为30 cm,照射时间为120 s时,橘绿木霉M-13的致死率为92.3%,在此条件下选取菌株M-13M4,具有良好的遗传稳定性。

利用该菌株,在修复条件为:初始菌丝投入量为0.17 g、初始Cr(VI)浓度为120 mg/L、初始p H值1.21时,Cr(VI)的修复率能够达到94.2%。结果表明该株橘绿木霉M-13经过紫外诱变后,其耐Cr(VI)能力及Cr(VI)修复能力有了一定程度的提高。

研究菌株M-13对Cr(III)和Cr(VI)修复过程的生物学特性,得到了Cr(III)的修复是一个均匀的表面修复过程的结论,三价铬Cr(III)的修复要更加符合Langmuir等温吸附方程。

同时还发现,六价铬Cr(VI)的修复过程Freundlich等温吸附方程比Langmuir等温吸附方程的拟合度要好,这可能是由于Cr(VI)的修复过程并不仅仅是一个均匀表面修复过程,应该还包括一系列较为复杂的氧化还原的酶促反应,因为使用单分子层吸附模型Langmuir等温吸附方程的拟合程度不是很高。