当前世界环境

介绍

制革工业被认为是一个主要的污染源，特别是制革废水，是一个潜在的环境问题。¹制革厂产生的废水具有强烈的颜色特征，并且受到高COD和生化需氧量(BOD)和无机杂质(钠、钙、硝酸盐、氨、硫化物和氯化物)、溶解和悬浮固体以及其他特定污染物(如植物和/或合成单宁、磺化油、铬、五氯酚和表面活性剂)的严重污染。^2、3这些有色废水阻碍了光线的穿透，⁴而高COD导致水生生态系统中溶解氧减少。⁵同样，铬毒性也是制革厂废水造成环境危害的主要原因之一。铬以多种氧化态(I-VI)存在，较稳定的为Cr(III)和Cr(VI)。Cr(VI)是该元素的有毒形式⁶它会导致严重的腹泻、溃疡、眼睛和皮肤刺激、肾功能障碍，甚至可能导致肺癌。⁷去除有毒Cr(VI)的常规方法包括化学还原，然后在碱性条件下沉淀，离子交换和在活性煤，明矾，高岭石和灰分上吸附⁸。大多数这些方法都有很大的缺点;例如，需要高能耗和大量化学试剂，金属去除不完全和产生大量有毒废物污泥。⁹此外，当初始重金属浓度在10-100 mg L范围内时，这种方法可能无效或极其昂贵^－1出水中的有机物含量也很高。¹⁰

在工业废水的生物处理过程中，微生物(细菌/真菌)是对工业污染物进行降解和解毒的最重要的生态友好剂。因此，生物修复是传统化学和物理方法处理废水的一种替代方法。¹¹众所周知，真菌能耐受重金属。¹²它们是一个多用途的群体，因为它们可以适应和生长在各种极端条件下的pH值，温度和养分有效性，以及高金属浓度。¹³它们的优点是具有具有优异金属结合性能的细胞壁材料。¹⁴一般来说，微生物生物量已经进化出各种措施，通过细胞膜运输、细胞壁的生物吸附、细胞外胶囊的包裹以及金属的沉淀和转化等过程来应对重金属胁迫。¹⁵利用细菌对制革废水的组分进行了修复研究^16、17或真菌菌丝作为生物吸收剂。^18、19但是，大多数研究都是针对一种或两种特定的污染物，主要是铬。制革废水中COD、色度及主要离子的修复研究尚未见报道。因此，本研究的目的是从制革废水富集土壤中分离并筛选出能够去除制革废水中COD、色度、Cr(VI)等主要离子的真菌菌株。

材料与方法

样品收集

生物修复研究中使用的制革厂废水收集在聚乙烯容器中，这些废水来自位于印度贾兰达尔Kapurthala路中央皮革研究所(CLRI)综合体的制革厂的最终排放段。另一方面，对铬鞣阶段的制革废水进行了土壤富集研究。收集的样品被带到实验室，保存在4°C的冰箱中，直到使用。

潜在真菌菌株的分离与鉴定

为了进行人工土壤富集实验，在一个花园中选择了1平方英尺的面积，在那里添加浓度逐渐增加的制革厂废水18个月。为了分离真菌菌株，将土壤连续稀释，900 rpm离心5分钟，将上清液在改良的Lee中进一步富集^”s最低培养基不含葡萄糖(0.25% KH)₂阿宝₄0.20% MgSO₄， 0.50% (nh)₄）₂所以₄和0.50% NaCl)，含制革厂污泥作为碳的唯一来源，在Erlenmeyer烧瓶中放置三天(150 rpm, 28ºC)。该过程在新鲜污泥改性的低盐培养基(MSM)中重复了几次。最后一组烧瓶用于在含有MSM板的污泥上进行后续电镀和真菌分离。100 mM L的培养基pH维持在5.30^－1citrate-phosphate缓冲^20.。接种后的培养皿于28℃孵育7天。在马铃薯葡萄糖琼脂(Potato Dextrose Agar, PDA)上反复培养后，对MSM上出现的真菌菌落进行了采摘和纯化，并由新德里国家真菌分类中心(NCFT)进一步鉴定。从分离的真菌中，在目前的研究中镰刀菌素chlamydosporium使用SPFS2-g处理制革废水(图1)。

图1:镰刀菌素chlamydosporiumSPFS2-g殖民地。 点击此处查看图

真菌菌株最低抑菌浓度的测定

用改良的Lee对真菌分离物的cr抗性进行了评价^”S最小培养基(含0.25%葡萄糖)，添加100、200、300、400、500、600和700 PPM浓度的六价铬。培养皿接种来自年轻真菌菌落的8 mm琼脂塞，在PDA上预生长，28ºC孵育7天。²¹以真菌的生长情况作为其生存能力的衡量指标，通过测量菌丝长度的变化来确定，每隔24小时，用刻度测量菌丝长度的变化^{理查德·道金斯}第7天^th天post-inoculation。²²Cr(VI)的最小抑制浓度[MIC Cr(VI)]定义为抑制真菌分离物可见生长的六价铬的浓度。

真菌接种剂制备

为了对制革废水进行生物修复研究，以菌丝球的形式制备了真菌接种物。用含有100 ml马铃薯葡萄糖肉汤(PDB)和链霉素(100 ppm)的Erlenmeyer烧瓶(容量250 ml)接种菌丝盘。¹⁹这些烧瓶在30ºC下，在150 rpm的轨道激振器中孵育5天。这样得到的菌丝体用粗棉布过滤，在灭菌的培养皿上风干。通过切割制备约1.5-2.0 mm大小的真菌颗粒。将真菌球团(2% w/v)接种于经0.1%葡萄糖和0.1%硝酸铵改性的制革废水中。pH维持在5.30，在摇床中以150 rpm在30ºC下孵育6天。在不同的时间间隔(2d、4d和6d)采集废水样品，测量COD、颜色、Cr(VI)等污染参数的降低情况。

制革废水的理化分析

根据制革废水分析的标准方法，对制革废水样品进行了理化参数分析。化学需氧量(COD)和总悬浮物(TSS)按美国公共卫生协会(APHA)方法测定。²³采用分光光度法(465 nm)测定颜色et al。 ²⁴采用二苯脲(DPC)比色法测定六价铬[Cr(VI)]。²³

废水的其他参数如pH值、电导率(EC)和总溶解固体(TDS)使用多参数水分析仪套件(WTW，德国)进行测量。钠离子、氯离子和硝酸盐离子采用Thermo Scientific Orion DUAL STAR离子计测量，浊度采用Digital浊度计(印度环境与科学仪器公司)测量。

采用SPSS Inc. (v17.0)软件对研究数据进行Duncan 'sMultiple Range Test分析。当p≤0.05时，认为平均值之间的差异显著。

结果与讨论

真菌的分离与筛选

真菌菌株镰刀菌素chlamydosporium采用连续稀释技术从制革废水富集土壤中分离出SPFS2-g。该分离物对Cr(VI)的MIC为500ppm。结果表明，在长期持续的重金属胁迫下，一些本地真菌对重金属具有明显的适应性，有毒金属甚至被这些生长刺激真菌用作微量营养元素。²⁵与我们的发现相似，黑曲霉，曲霉属真菌兰特，青霉菌sp。腐皮镰孢霉菌据报道，从污染地点分离出来的可耐受1000ppm的铬(六)。^{17日,26日,27日}对Cr(VI)的耐受性通过多种机制发生，如跨细胞膜运输、细胞壁的生物吸附和细胞外胶囊的包裹、沉淀、络合和氧化还原反应。¹⁵

制革废水处理前后的理化特性镰刀菌素Chlamydosporium

用于生物修复研究的联合制革厂废水呈深灰色，气味难闻。出水中pH、EC、COD、颜色、TSS和总溶解固体(TDS)的值都很高(表1)。高导电性和TDS是由于无机物和盐的存在，而COD的升高是由于大量的有机化合物不受细菌分解的影响。²⁸此外，钠、钾、钙、氯离子和硝酸盐离子浓度也显著升高。综合制革废水中重金属含量主要为Cr(ⅵ)、总Cr、Pb(ⅱ)、总Pb、Cu、Zn和Mn。制革废水的特征与前人的研究结果一致。^29、30

表1:理化特性 未经处理的制革厂废水 点击这里查看表格

许多微生物在受到污染的环境中，具有生物降解顽固性污染物的潜力³¹延长时间持续时间。本文就制革废水的处理进行了探讨镰刀菌素chlamydosporium从制革废水中分离出的SPFS2-g影响土壤，6天后污染参数显著降低，同时真菌干重增加(表2;图2)。最终还原COD、色度、Cr(VI)、TSS、浊度、Na⁺, Cl^-，和NO_3. ^-真菌对制革废水的处理效果分别为71.80、64.69、100、36.47、22.77、11.69、27.87和62.33%。前2 d COD急剧下降(69.51%)，主要归因于真菌在生长初期对有机物的利用。同样，制革厂废水的快速脱色可能是通过氧化降解染料分子来实现的。³²由于真菌分离物释放有机酸，制革厂废水的pH值也从5.30降至4.60。酸性环境有利于Cr(VI)离子的吸附。许多研究人员还报道了高酸性pH值对Cr(VI)的生物吸附。^33、34在水溶液中，铬离子一般以三价和六价两种稳定的氧化态存在。前者以Cr的形式存在^{3 +}Cr(哦)^２＋和Cr(哦)₂ ⁺在pH值1.0-6.0范围内开始沉淀为Cr(OH)_3.pH > 6.0时，Cr^{6 +}形式H₂阴极射线示波器₄和HCrO₄ ⁻pH值为2.0-3.0的种。³⁵因此，在低pH值下，氧化阴离子的Cr^{6 +}很可能被真菌细胞表面的正电荷官能团所吸引。

图2:COD、颜色和Cr的减少(VI) 从制革厂废水处理后用 镰刀菌素chlamydosporiumSPFS2-g。 点击此处查看图

表2:不同处理时间后制革废水的理化特性* (2d， 4d和6d) with镰刀菌素chlamydosporiumSPFS2-g (括号内的数字显示减少百分比) 点击这里查看表格

同样，TSS和浊度的降低归因于丝状真菌捕获悬浮固体颗粒。³⁶而NO的减少_3. ^-, Na⁺和Cl^-离子可能归因于真菌分离物利用这些离子进行生长。³⁷

结论

镰刀菌素chlamydosporium从制革废水富集土壤中分离到的SPFS2-g对制革废水具有解毒作用。制革废水的处理镰刀菌素chlamydosporium降低了COD、色度、Cr(VI)、总悬浮物(TSS)、浊度、Na⁺, Cl^-，和NO_3. ^-6 d后分别为71.80、64.69、100、36.47、22.77、11.69、27.87、62.33%。由于生物修复活性受细胞代谢的高度调控，而细胞代谢又受培养基成分(如碳源、氮源及其比例)以及pH、孵育温度、曝气等工艺参数的控制。因此，未来有必要进行工艺参数优化研究，以提高分离物的生物修复效率。

确认

第一作者(SS)感谢教资会资助的初级研究奖学金。通讯作者(PM)感谢印度政府生物技术部以研究项目的形式提供的财政支持。

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