袁 媛,吳 涓,李玉成,王 寧 (安徽大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院, 安徽 合肥 230601)

活性炭纖維固定化菌對(duì)微囊藻毒素MC-LR的去除研究

袁 媛,吳 涓,李玉成*,王 寧 (安徽大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院, 安徽 合肥 230601)

研究了藻藍(lán)蛋白提取過程中微囊藻毒素MC-LR的釋放分布規(guī)律,并用活性炭纖維對(duì)一株微囊藻毒素降解菌株進(jìn)行了固定化,考察了不同活性炭纖維預(yù)處理方法、活性炭纖維用量、pH值、溫度以及MC-LR濃度對(duì)固定化藻毒素降解菌去除MC-LR的影響.結(jié)果表明,藻藍(lán)蛋白提取過程中MC-LR主要分布在超濾濾液中,占MC-LR總含量的81.2%.固定化藻毒素降解菌去除 MC-LR的效率明顯高于非固定化藻毒素降解菌. 藻毒素降解菌用(1+9)鹽酸預(yù)處理后的活性炭纖維固定化,其去除效果最佳.MC-LR去除的最適條件為:活性炭纖維用量為10g/L,溫度為35℃, pH值為8.0.固定化藻毒素降解菌對(duì)pH值,溫度具有一定的耐受性,能夠在pH5～pH9、10℃～35℃范圍內(nèi)有效地去除MC-LR.

微囊藻毒素-LR；固定化；活性炭纖維；去除率

近年來,巢湖每年都暴發(fā)以銅綠微囊藻為主的“水華”,有時(shí)堆積可達(dá)數(shù)km長(zhǎng),數(shù)cm厚,腐敗分解后,發(fā)出惡臭,嚴(yán)重破壞水體及周圍環(huán)境[1].為消除巢湖藍(lán)藻污染,將打撈上來的藍(lán)藻的資源化利用已成為目前的研究熱點(diǎn)[2-3].

藍(lán)藻中含有豐富的藻藍(lán)蛋白,藻藍(lán)蛋白是一種寶石藍(lán)色的天然色素,被廣泛應(yīng)用于食品、飲料、醫(yī)藥、化妝品行業(yè),但是目前國內(nèi)外主要從淡水養(yǎng)殖的螺旋藻中提取藻藍(lán)蛋白,其成本昂貴,從而限制了藻藍(lán)蛋白的應(yīng)用發(fā)展[4].目前國內(nèi)已有從水華藍(lán)藻中提取藻藍(lán)蛋白的報(bào)道,但是尚未進(jìn)行大規(guī)模推廣.同時(shí),由于巢湖爆發(fā)的水華藍(lán)藻以銅綠微囊藻為主[5],而銅綠微囊藻細(xì)胞內(nèi)含有微囊藻毒素, 其性質(zhì)穩(wěn)定,是一種致肝癌毒素,對(duì)人體具有極大的危害[6].從藍(lán)藻中提取藻藍(lán)蛋白必須破壁,藍(lán)藻一旦破裂微囊藻毒素就釋放出來,污染藻藍(lán)蛋白,殘?jiān)鼩堃褐幸埠写罅康奈⒛以宥舅?其任意排放將嚴(yán)重污染水體.因此在利用藍(lán)藻提取藻藍(lán)蛋白的過程中必須將微囊藻毒素去除.

目前微囊藻毒素的去除方法主要有物理方法和化學(xué)方法等,而微生物降解技術(shù)除了具有降解徹底的特點(diǎn)以外,還具有處理成本低,且更安全有效[7]等優(yōu)勢(shì).雖然能夠降解微囊藻毒素的微生物已有報(bào)道[8],但其研究重點(diǎn)主要集中于高效降解菌的篩選及其特性研究[9],而采用活性炭纖維固定化菌來去除藻毒素的研究尚不多見.

固定化微生物技術(shù)因其微生物密度高、處理效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、耐沖擊負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn),目前在環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,將其應(yīng)用于微囊藻毒素污染水體的治理有著很大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景[10].活性炭纖維具有發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的吸附性能、較高的機(jī)械強(qiáng)度和良好的生物相容性,易于微生物的固著[11].因此本文以活性炭纖維為固定化材料,研究固定化藻毒素降解菌對(duì)微囊藻毒素MC-LR的去除效果,探討pH值、溫度、MC-LR初始濃度等因素對(duì)其去除效率的影響,以期為藻毒素降解菌的應(yīng)用探索新的途徑.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

菌種:所用菌種為實(shí)驗(yàn)室從巢湖沉積物中分離出的一株藻毒素降解菌,經(jīng)鑒定為蠟狀芽孢桿菌[12].

活性炭纖維:黏膠基氈狀,比表面積為 1600～1800m2/g.

藻 毒 素 標(biāo) 準(zhǔn) 品 MC-LR(分 子 式 : C49H74N10O12,分子量: 995.2)購自美國 Sigma公司,純度≥95% .

試劑:甲醇、三氟乙酸為色譜純?cè)噭?購自上海星可生化有限公司;氯化鈉、硫酸鎂等為分析純?cè)噭?購自上海中試化工總公司;胰蛋白胨、酵母浸粉等購自北京奧博星生物技術(shù)有限公司.

主要儀器:SW-CJ-2D超凈工作臺(tái)(蘇州凈化設(shè)備有限公司);ZHP-160智能恒溫?fù)u床培養(yǎng)箱(上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司); PHO50A 恒溫培養(yǎng)箱(上海一恒科技有限公司);CT14RD型高速冷凍離心機(jī)(上海天美生化儀器設(shè)備有限公司);Waters Alliannce-2695型高效液相色譜儀,配Waters SunFire C18(4.6×250mm)色譜柱.

營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基:采用LB培養(yǎng)基,胰蛋白胨10.0g,酵母浸粉5.0g, NaCl 10.0g ,H2O 1000mL.

無機(jī)鹽培養(yǎng)基:采用基礎(chǔ)培養(yǎng)基[13],添加提取純化的MCs作為微生物生長(zhǎng)的唯一碳源和氮源,其初始pH值為7.5.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 MC-LR的提取純化及檢測(cè) 實(shí)驗(yàn)所用藻毒素為藍(lán)藻提取藻藍(lán)蛋白過程中所釋放的藻毒素,提取純化方法在參考文獻(xiàn)[14]的基礎(chǔ)上略微做了調(diào)整,即采用 5%的乙酸溶液取代文獻(xiàn)中的甲醇作為 MCs 的提取劑.

藻藍(lán)藍(lán)白的提取純化方法及技術(shù)路線如下:采集新鮮藻漿,凍融破壁得上清液,上清液加入20%飽和度的硫酸銨鹽析,離心得上清液,上清液加入50%飽和度的硫酸銨鹽析,離心得沉淀,將沉淀復(fù)溶于去離子水中,復(fù)溶的粗提液通過雙水相萃取得到富含藻藍(lán)蛋白的上相,采用超濾除雜的方法提取藻藍(lán)蛋白[15].在藻藍(lán)蛋白提取過程中,提取檢測(cè)各階段廢棄物中以及藻藍(lán)蛋白濃縮液中MC-LR的含量.

MC-LR的檢測(cè)條件:Waters Alliannce-2695型高效液相色譜儀,DAD二極管陣列檢測(cè)器為Waters-2996型,流動(dòng)相是60%甲醇+40%水,水相中含有 0.05%的三氟乙酸,流速為 1.0mL/min,檢測(cè)波長(zhǎng)為 238nm,進(jìn)樣量為 20μL.每個(gè)樣品平行測(cè)定3次.

1.2.2 活性炭纖維的預(yù)處理 將活性炭纖維用去離子水沖洗至無浮渣后放入燒杯中,加入去離子水煮沸 1.0～1.5h,然后分別在去離子水, (1+9)鹽酸, 10%NaOH溶液中浸泡24h,并用去離子水沖洗至中性并瀝干.將其平攤在搪瓷托盤中,用牛皮紙封蓋后放入烘箱,于 140℃中烘 48h,取出并置于干燥密閉容器內(nèi)待用.

1.2.3 藻毒素降解菌的固定化 將預(yù)處理后的活性炭纖維加入裝有 50mL營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基的錐形瓶中,于120℃下滅菌20min.接種藻毒素降解菌,于30℃、140r/min下振蕩培養(yǎng),讓菌體充分固定于活性炭纖維中.固定化完成后,將活性炭纖維用生理鹽水洗滌2次.

1.2.4 掃描電子顯微鏡觀察固定化效果 采用日本日立S-4800掃描式電子顯微鏡觀察固定化前后活性炭纖維表面的微生物生長(zhǎng)情況.

1.2.5 藻毒素降解菌的生長(zhǎng)曲線測(cè)定 在無機(jī)鹽培養(yǎng)基中接種藻毒素降解菌,于30℃、140r/min下振蕩培養(yǎng),置于黑暗處防止光降解.定時(shí)取出發(fā)酵液,用分光光度計(jì)測(cè)其在 600nm處的吸光度(OD600).以培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)、OD600為縱坐標(biāo)繪制藻毒素降解菌的生長(zhǎng)曲線.

1.2.6 MC-LR的分析測(cè)定 首先用MC-LR標(biāo)準(zhǔn)品配制濃度分別為 1.0,2.0,4.0, 6.0, 8.0, 10.0mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液,然后根據(jù)高效液相色譜(HPLC)圖上 238nm 波長(zhǎng)處的峰面積,建立峰面積與標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度之間的一元線性回歸方程.在去除 MC-LR過程中,取樣離心,將上清液過0.45um濾膜,收集濾液,在 HPLC上測(cè)定其峰面積,代入回歸方程即可計(jì)算MC-LR的濃度.

為減少操作過程中產(chǎn)程的系統(tǒng)誤差,提高分析精確度,MC-LR的檢測(cè)采用內(nèi)標(biāo)法.標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)＞0.999.本研究得到的加標(biāo)回收率為91.5%～105.6%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為 2.38%～4.31%,最小檢測(cè)限小于 1μg/L,表明本試驗(yàn)具有較高的準(zhǔn)確度.

1.2.7 固定化藻毒素降解菌去除 MC-LR的影響因素研究 在 150mL三角瓶中加入 50mL無機(jī)鹽培養(yǎng)基并滅菌,將固定化的藻毒素降解菌接種至上述培養(yǎng)基中,在 30℃、140r/min 條件下培養(yǎng),置于黑暗處防止光降解.每隔 24h 取樣測(cè)定培養(yǎng)液中 MC-LR 的濃度.MC-LR的去除率可用式(1)求得.

D(%) = (A0-A)/ A0×100% (1)式(1)中: A0為空白培養(yǎng)液中 MC-LR 的初始濃度; A為接種固定化藻毒素降解菌并培養(yǎng)一定時(shí)間后的培養(yǎng)液中 MC-LR 的濃度;D為MC-LR的去除率,%.

分別考察不同活性炭纖維用量、不同 pH值、不同 MC-LR初始濃度及不同溫度條件下固定化藻毒素降解菌對(duì)MC-LR去除率的影響.在相同條件下,以加入非固定化藻毒素降解菌作為對(duì)照.為簡(jiǎn)化表述,下文將固定化藻毒素降解菌稱為固定化菌,將非固定化的藻毒素降解菌稱為游離菌.

采用 PASW Statistics 18.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析.

2 結(jié)果與討論

2.1 藻藍(lán)蛋白提取過程中藻毒素含量的測(cè)定

在藻藍(lán)蛋白提取過程中,提取檢測(cè)各階段廢棄物中以及藻藍(lán)蛋白濃縮液中藻毒素的含量,其中藻藍(lán)蛋白濃縮液中未檢測(cè)到 MC-LR,各階段廢棄物中MC-LR含量分布情況如圖1所示.由圖1可見,MC-LR主要分布于超濾濾液中,其含量達(dá)到總含量的81.23%.在硫酸銨鹽析及雙水相萃取階段,MC-LR并不能有效的從藻藍(lán)蛋白中分離出來,這對(duì)藻藍(lán)蛋白的提取純化及 MC-LR的去除具有一定的指導(dǎo)意義,即可以在藻毒素集中的提取階段進(jìn)行重點(diǎn)治理,其他階段可采取一般的水處理工藝.

圖1 MC-LR在藻藍(lán)蛋白提取過程中的分布Fig.1 Distribution of MC-LR in the phycocyanin extraction

2.2 藻毒素降解菌的生長(zhǎng)曲線

圖2 藻毒素降解菌的生長(zhǎng)曲線Fig.2 Growth curve of microcystin-degrading strain

由圖 2可見,藻毒素降解菌在營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)延滯期為10h左右, 在此期間菌體為適應(yīng)新環(huán)境而表現(xiàn)出生長(zhǎng)遲緩;培養(yǎng)10h后,菌體進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,在此期間菌體數(shù)量呈指數(shù)倍增,48h時(shí)已達(dá)到生長(zhǎng)高峰,72h后進(jìn)入生長(zhǎng)穩(wěn)定期.因此,將藻毒素降解菌的培養(yǎng)時(shí)間和固定化培養(yǎng)時(shí)間均選為48h.

2.3 活性炭纖維預(yù)處理

圖3表明,采用(1+9)鹽酸預(yù)處理的活性炭纖維,其固定化菌對(duì) MC-LR的去除率最高,達(dá)到89.2%,比不經(jīng)任何預(yù)處理的活性炭纖維固定化菌高出 36.0%.實(shí)驗(yàn)同時(shí)也證明了活性炭纖維在使用前進(jìn)行預(yù)處理的必要性.由于活性炭纖維表面是微孔結(jié)構(gòu),極易吸附空氣中的雜質(zhì),從而影響微生物的固定[15],所以在使用前需要進(jìn)行預(yù)處理,經(jīng)過嚴(yán)格的處理后,活性炭纖維上的雜質(zhì)將會(huì)明顯降低,為下一步的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造有利條件[16].因此,研究過程中選用(1+9)鹽酸預(yù)處理的活性炭纖維作為實(shí)驗(yàn)材料.

圖3 活性炭纖維預(yù)處理方法對(duì)固定化藻毒素去除菌去除MC-LR的影響Fig.3 Effects of the activated carbon fiber pretreatment methods on the removal of MC-LR by immobilized microcystin-degrading strain縱條表示標(biāo)準(zhǔn)偏差(N = 3),下同

2.4 掃描電子顯微鏡觀察固定化效果

由圖4可知,活性炭纖維呈束狀纖維,固定化前,其表面光滑,固定化后,微生物主要附著在活性炭纖維束的表面,有利于其生長(zhǎng)繁殖,既可以充分發(fā)揮活性炭纖維的吸附性能,又可以充分發(fā)揮微生物的生物降解能力[17].活性炭纖維具有良好的生物相容性,它作為微生物的載體是可行的.

圖4 活性炭纖維表面的電鏡照片F(xiàn)ig.4 SEM images of the surface of activated carbon fibera.固定化前的活性炭纖維, b.固定化后的活性炭纖維

2.5 固定化藻毒素降解菌去除 MC-LR 的影響因素研究

2.5.1 活性炭纖維用量的影響 在藻毒素降解菌的固定化培養(yǎng)過程中,使?fàn)I養(yǎng)培養(yǎng)基中活性炭纖維的濃度分別為2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0g/L.培養(yǎng) 48h后將固定化菌體接種于無機(jī)鹽培養(yǎng)基中,培養(yǎng)基中MC-LR的初始濃度為6.8mg/L, pH值為8時(shí),溫度為35℃,5d后取樣測(cè)定藻毒素去除率,結(jié)果如圖5所示.

由圖 5可知,活性炭纖維用量并不是越多越好,當(dāng)用量為2.0～10.0g/L時(shí), MC-LR的去除率隨著活性炭纖維用量的增加而上升(77.3%～92.9%);當(dāng)用量多于10.0g/L后, MC-LR的去除率開始呈下降趨勢(shì).藻毒素降解菌的固定化過程主要是使菌體細(xì)胞附著于活性炭纖維上,所附著的菌體量與活性炭纖維的用量成正比.雖然菌體細(xì)胞數(shù)量的增長(zhǎng)在一定程度上會(huì)提高藻毒素去除率,但是菌體細(xì)胞的過量生長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)短缺,且菌體細(xì)胞密度過大不利于微生物的生長(zhǎng),會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的新陳代謝與生長(zhǎng)速度減緩,從而影響藻毒素的去除.由此可確定藻毒素降解菌固定化時(shí)的最佳活性炭纖維用量為10g/L.

圖5 活性炭纖維用量對(duì)固定化藻毒素降解菌去除MC-LR的影響Fig.5 Effects of dosage of activated carbon fiber on the removal of MC-LR by immobilized microcystin-degrading strain

2.5.2 pH值的影響 控制活性炭纖維用量為10g/L,無機(jī)鹽培養(yǎng)基中 MC-LR的初始濃度為6.8mg/L,分別將培養(yǎng)基的 pH 值調(diào)節(jié)為5.0、6.0、7.0、8.0和9.0,接種固定化菌,考察環(huán)境 pH 值對(duì)固定化藻毒素降解菌去除 MC-LR的影響,結(jié)果如圖 6所示.反應(yīng) 5d后固定化菌和游離菌去除MC-LR的效率對(duì)比見圖7.

圖6 pH值對(duì)固定化藻毒素降解菌去除MC-LR的影響Fig.6 Effects of pH on the removal of MC-LR by immobilized microcystin-degrading strain

由圖6可知,在反應(yīng)初期,MC-LR的去除率并不高,但隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),不同 pH值條件下去除率顯著增加(P<0.05).在反應(yīng)前3d內(nèi)平均去除效率達(dá)到 77.2%,隨后去除率的增加趨于緩慢.圖7表明,當(dāng)pH值為5.0～9.0時(shí),固定化菌和游離菌對(duì)MC-LR的去除率分別為87.2%～90.9%和10.6%～59.6%,可見固定化菌的藻毒素去除率明顯高于游離菌.在pH5.0～9.0范圍內(nèi),固定化菌對(duì)MC-LR的去除率保持在較高水平,并在pH8.0時(shí)達(dá)到最大,為90.9%.而游離菌對(duì)MC-LR的去除率在 pH5.0～8.0范圍內(nèi)則呈現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì),且在pH8.0時(shí)去除率也達(dá)到最大,為59.6%.pH值繼續(xù)增大,MC-LR的去除率又開始下降.微生物生長(zhǎng)環(huán)境的 pH值對(duì)其生長(zhǎng)產(chǎn)生很大的影響,一方面是由于pH值會(huì)使細(xì)胞膜上的電荷發(fā)生變化,從而使細(xì)胞膜的通透性發(fā)生改變,部分離子滲透作用加強(qiáng)或減弱,從而擾亂了細(xì)胞對(duì)物質(zhì)交換過程的控制;另一方面是由于培養(yǎng)基中某些有機(jī)物質(zhì)的離子化狀態(tài)和營(yíng)養(yǎng)元素會(huì)因環(huán)境pH值的變化而改變其存在狀態(tài),從而使細(xì)胞吸收和代謝營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的途徑出現(xiàn)障礙,而最重要的是細(xì)菌分泌的胞內(nèi)或胞外酶活性都對(duì)環(huán)境pH值有很大的敏感性[18].本實(shí)驗(yàn)表明,固定化藻毒素降解菌對(duì)環(huán)境pH值的變化有更好的耐受性,可以承受pH值的較大變化而保持較高的MC-LR去除率.

圖7 不同pH值條件下固定化菌與游離菌對(duì)MC-LR的去除Fig.7 The removal of MC-LR by immobilized strain and free strain under different pH values

2.5.3 溫度的影響 在活性炭纖維用量為10g/L,無機(jī)鹽培養(yǎng)基中 MC-LR的初始濃度為6.8mg/L, pH值為 8時(shí),設(shè)置溫度分別為 10,15, 20,25,30,35℃,接種固定化菌,考察溫度對(duì)固定化藻毒素降解菌去除MC-LR的影響,結(jié)果見圖8.反應(yīng)5d后固定化菌和游離菌去除MC-LR的效率對(duì)比見圖9.

圖8 溫度對(duì)固定化藻毒素降解菌去除MC-LR的影響Fig.8 Effects of temperature on the removal of MC-LR by immobilized microcystin-degrading strain

圖9 不同溫度條件下固定化菌與游離菌對(duì)MC-LR的去除Fig.9 The removal of MC-LR by immobilized strain and free strain under different temperature

由圖 8可知,隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),MC-LR的去除率在前3d顯著增加(P<0.01),平均去除率可達(dá)到72.9%,但隨后MC-LR去除率的增加趨于平緩.溫度對(duì)該菌的去除效果具有顯著的影響(P<0.05),隨溫度的升高,去除率略有上升.從圖 9可知,游離菌在 10℃～35℃的范圍內(nèi),對(duì) MC-LR的去除率為10.2%～60.6%,波動(dòng)較大;而固定化藻毒素降解菌在相同條件下對(duì) MC-LR的去除率則為 79.1%～92.7%,普遍較高.這一結(jié)果表明,固定化藻毒素降解菌受溫度的影響較小,尤其是在低溫條件下,固定化菌的藻毒素去除活性依然較高.當(dāng)溫度為 35℃時(shí),固定化菌和游離菌對(duì) MC-LR的去除率均達(dá)到最高值,分別為 92.7%和 60.6%,固定化菌的藻毒素去除率明顯高于游離菌.因此,固定化藻毒素降解菌對(duì)溫度具有更好的耐受性. 2.5.4 MC-LR初始濃度的影響 在活性炭纖維用量為10g/L,溫度為35℃,pH值為8時(shí),考察不同MC-LR初始濃度對(duì)固定化藻毒素降解菌去除MC-LR的影響,結(jié)果見圖10.反應(yīng)5d后固定化菌和游離菌去除MC-LR的效率對(duì)比,結(jié)果見圖11.

圖10 MC-LR初始濃度對(duì)固定化藻毒素降解菌去除MC-LR的影響Fig.10 Effects of initial MC-LR concentrations on the removal of MC-LR by immobilized microcystindegrading strain

圖11 不同MC-LR初始濃度下固定化菌與游離菌對(duì)MC-LR的去除Fig.11 The removal of MC-LR by immobilized strain and free strain under different initial MC-LR concentrations

由圖10可知,隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),MC-LR的去除率在前3d顯著增加(P<0.01),平均去除率達(dá)到 77.9%,隨后去除率的增加變得不顯著.由圖11可見,當(dāng)MC-LR初始濃度為1.7～13.6mg/L時(shí),固定化菌和游離菌的藻毒素去除率分別為78.8%～92.6%和 22.4%～55.4%,且固定化菌和游離菌的藻毒素去除率均隨著藻毒素初始濃度的增大而呈上升趨勢(shì);當(dāng) MC-LR初始濃度達(dá)到27.2mg/L時(shí), 固定化菌的藻毒素去除率略有下降,而游離菌的藻毒素去除率則出現(xiàn)明顯下降.當(dāng)MC-LR初始濃度較低時(shí),細(xì)胞可利用的碳氮源較少,菌株生長(zhǎng)緩慢,藻毒素降解菌的生長(zhǎng)繁殖受到抑制,因此其去除率較低.隨著MC-LR初始濃度的增大,可利用的碳氮源增多,細(xì)胞大幅生長(zhǎng),去除率同時(shí)也增大.但是 MC-LR初始濃度繼續(xù)增大時(shí),可能對(duì)菌株的生長(zhǎng)有毒害作用,從而抑制了藻毒素降解菌的生長(zhǎng),導(dǎo)致 MC-LR降解率的下降.而固定化菌由于菌密度較大,且活性炭纖維具有較強(qiáng)的物理吸附能力,能將藻毒素吸附在活性炭纖維上,為藻毒素降解菌充分利用藻毒素創(chuàng)造了條件.因此在所實(shí)驗(yàn)的 MC-LR初始濃度范圍內(nèi),固定化菌對(duì) MC-LR的去除率均高于游離菌.由此可見,固定化藻毒素降解菌可以在較寬的MC-LR濃度范圍內(nèi)較好地去除MC-LR.

3 結(jié)論

3.1 在藻藍(lán)蛋白的提取純化過程中 MC-LR主要分布于超濾濾液中,含量達(dá)到總含量的81.23%,這對(duì)藻藍(lán)蛋白的提取純化及 MC-LR的去除具有一定的理論指導(dǎo)意義.

3.2 采用(1+9)鹽酸預(yù)處理的活性炭纖維,其固定化效果最佳,對(duì)MC-LR的去除率達(dá)到89.2%,比不經(jīng)任何預(yù)處理的活性炭纖維固定化菌高出 36.0%.表明活性炭纖維在使用前進(jìn)行預(yù)處理是必要的.

3.3 將活性炭纖維作為固定化載體,將藻毒素降解菌固定化,固定化載體上的菌體密度大,在不同的溫度、pH、MC-LR初始濃度條件下,固定化菌的藻毒素去除率均高于游離菌.

3.4 將活性炭纖維作為藻毒素降解菌的固定化載體,既有很好的生物相容性,又能降低環(huán)境中的不利因素對(duì)藻毒素降解菌降解活性的抑制.在本實(shí)驗(yàn)中,最適活性炭用量為10.0g/L,最適pH值為8.0,最適溫度為35℃.

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Removal of microcystin-LR by a microcystin-degrading strain immobilized by activated carbon fiber.

YUAN Yuan,

WU Juan, LI Yu-cheng*, WANG Ning (School of Resources and Environmental Engineering, Anhui University, Hefei 230601, China). China Environmental Science,2014,34(2)：403～409

Distribution of MC-LR during the extraction of phycocyanin was studied. A microcystin-degrading strain was immobilized by activated carbon fiber (ACF), and the effect factors, such as the pretreatment methods of activated carbon fiber, dosage of activated carbon fiber, pH value, temperature and the initial concentration of MC-LR were investigated. The results showed that 81.2% of MC-LR existed in the ultrafiltrate during the phycocyanin extraction. The immobilized strain presented significantly better performance in MC-LR removal than the non-immobilized strain. The performance of ACF which was pretreated with (1+9) HCl was much better than others. The optimum removal conditions were as follows: dosage of activated carbon fiber was 10g/L, the temperature was 35℃, the pH value was 8.0, and the initial concentration of MC-LR was 13.6mg/L. Therefore, immobilized strain showed a certain tolerance towards the pH value and the temperature. And MC-LR could be removed effectively in the range of pH5 to pH9, 10℃～35℃.

microcystin-LR；immobilization；activated carbon fiber；removal rate

X703.5

：A

：1000-6923(2014)02-0403-07

袁 媛(1988-),女,河北石家莊人,安徽大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院碩士研究生,研究方向?yàn)樗廴局卫?

2013-06-10

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40972092,41172121);安徽高校省級(jí)科學(xué)研究項(xiàng)目(KJ2012A006)

* 責(zé)任作者, 教授, li-yucheng@163.com