鼠李糖脂强化白腐菌处理制浆黑液效果研究

张祥胜，邹学东，顾光辉

（1.江苏省滩涂生物资源与环境保护重点建设实验室，江苏盐城224051；2.胜达集团江苏双灯纸业有限公司，江苏盐城224341）

鼠李糖脂强化白腐菌处理制浆黑液效果研究

张祥胜1，2，邹学东2，顾光辉2

（1.江苏省滩涂生物资源与环境保护重点建设实验室，江苏盐城224051；2.胜达集团江苏双灯纸业有限公司，江苏盐城224341）

研究了吐温、鼠李糖脂、硫酸铜和乙醇等不同添加物对白腐菌处理黑液效果的强化作用，发现鼠李糖脂能够较好地强化修复效果，当其质量浓度在50～60 mg/L时处理效果最佳。将产生鼠李糖脂的铜绿假单胞菌与白腐菌共同接种黑液后培养，可将COD降低44%。本研究为黑液的微生物处理提供了新的思路。

白腐菌；制浆黑液；鼠李糖脂；铜绿假单胞菌

造纸工业的污染问题十分严重，受到人们普遍的关注〔1〕。在世界范围内，制浆造纸工业废水是重要的污染源，尤其是草浆黑液危害更大。黑液呈黑褐色，有特殊的恶臭味，是含有难降解木质素及其衍生物以及高碱性的复杂污染体系，能引起水体污染，严重破坏生态环境〔2-3〕。对造纸工业废水的治理已成为造纸生产及相关行业能否生存和发展的关键因素〔1〕。目前，关于黑液的治理方法主要有酸析法、碱析法、絮凝沉淀法、物化处理法、生物处理法和资源化等〔1，4〕，其中生物处理具有费用低、不会产生二次污染等优点，近年来日益受到重视。

白腐菌是一种属于担子菌亚门的丝状真菌，用于环境修复已经有二十多年的历史〔5-6〕。白腐菌能够分泌木质素酶系，具有很强的降解木质素的能力，运用白腐菌处理造纸蒸煮黑液，可取得较好的处理效果〔7〕。本研究在采用白腐菌处理黑液的研究基础上，通过添加鼠李糖脂或接种产鼠李糖脂的菌株，达到强化白腐菌处理黑液的效果。该项研究可为黑液的生物好氧处理提供新的思路。

1　实验材料

1.1试剂

葡萄糖、牛肉膏、蛋白胨、日本琼脂、吐温80、KH2PO4、MgSO4、CuSO4、NaCl、95%乙醇等，均为分析纯。去离子水采自科浦超纯水系统。

新鲜马铃薯购自当地超市，商品鼠李糖脂购自湖州紫金生物技术有限公司。

1.2样品

黑液、白液和综合废液，由胜达集团江苏省双灯纸业有限公司提供。

1.3菌株

白腐菌（Phanerochaete chrysosporium）菌株Z9、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）Z1，均由实验室自行分离。

1.4培养基

NB培养基：蛋白胨10 g，牛肉膏5 g，NaCl 5 g，去离子水1 000 mL，pH=7.0。

PDA培养基：新鲜马铃薯200 g，葡萄糖20 g，KH2PO43g，MgSO41.5g，琼脂15g，去离子水1000mL，不调pH。

2　实验方法

2.1菌株的培养

取白腐菌菌株Z9斜面，接PDA平板，30℃下培养7 d左右使其长满平板，用1 cm无菌打孔器取菌饼备用。

取铜绿假单胞菌Z1斜面，用接种环接入NB培养基，30℃下培养1 d，摇瓶接种量为1%。

2.2白腐菌对不同废水的处理效果研究

将2个Z9菌饼接入装有30 mL已灭菌废水的150 mL摇瓶中，接种后置摇床上于30℃振荡培养7 d。取样，测其COD。其中，黑液用去离子水稀释200倍，白液和综合废水各稀释2倍。

2.3添加外源物质强化白腐菌处理黑液的研究

2.3.1不同添加物对白腐菌处理黑液效果的影响

分别取30 mL稀释200倍且已灭菌的黑液置于150 mL摇瓶中，分别加入1 mL不同的添加物：25 mg/L的吐温80、50 mg/L的鼠李糖脂、25 mg/L的CuSO4和体积分数为95%的乙醇，之后接入2个Z9菌饼，于30℃下振荡培养5 d后测COD。

2.3.2不同浓度的鼠李糖脂对白腐菌处理黑液效果的影响

分别取30 mL稀释200倍且已灭菌的黑液置于150 mL摇瓶中，向其中加入质量浓度分别为30、40、50、60、70 mg/L的鼠李糖脂，然后接入2个Z9菌饼，于30℃下振荡培养7 d后测COD。

2.3.3接种铜绿假单胞菌强化白腐菌处理黑液的研究

将活化好的Z1种子液，按体积分数为3%的量接入装有30mL稀释200倍且已灭菌的黑液的150mL摇瓶中，在30℃下振荡培养5 d后，测试发酵液表面张力和排油圈大小。

将培养后的白腐菌与铜绿假单胞菌共同接入装有30 mL稀释200倍且已灭菌的黑液的摇瓶中，接种方法同上，于30℃下振荡培养7 d后测COD。

2.2和2.3中的实验均设置3个平行实验。

2.4分析方法

2.4.1COD

COD采用重铬酸盐法进行测定〔8〕。

2.4.2表面张力

参照参考文献〔9〕，将样液稀释100倍后，用表面张力仪测定表面张力。

2.4.3排油圈

参照参考文献〔9〕，向90 mm平皿中加入20 mL水、100 μL柴油，使之形成一层油膜。将样液稀释10倍，取10 μL稀释液滴在油膜中央，使之形成排油圈。待排油圈大小达到稳定后，用0.01mm精度的游标卡尺测定排油圈直径。

3　结果与分析

3.1白腐菌对不同废水的处理效果

白腐菌对不同废水的处理效果如表1所示。

表1　白腐菌对不同废水的处理效果

由表1可知，白腐菌对不同造纸工业所产废液都有较好的处理效果，COD去除率达到20%～40%左右。由于黑液危害最大，因此本研究以黑液的处理为主。

3.2添加外源物质强化白腐菌处理黑液效果

3.2.1不同添加物对白腐菌处理黑液效果的影响

不同添加物下白腐菌处理黑液的效果如表2所示。

表2　不同添加物下白腐菌处理黑液的效果

由表2可知，与未加入外源物质相比，加入外源物质后，白腐菌对黑液的处理效果显著增强。4种添加物中，强化白腐菌处理黑液效果最好的为鼠李糖脂，COD去除率达到44%，其次依次是硫酸铜、乙醇和吐温。添加鼠李糖脂处理后，溶液色度也明显降低。

3.2.2不同浓度的鼠李糖脂对白腐菌处理黑液效果的影响

不同浓度的鼠李糖脂对白腐菌处理黑液效果的影响如表3所示。

表3　不同浓度的鼠李糖脂对白腐菌处理黑液效果的影响

从表3可知，添加的鼠李糖脂的适宜的质量浓度为50～60 mg/L，考虑成本问题，选择鼠李糖脂的质量浓度为50 mg/L。添加鼠李糖脂可促进表面张力的下降，利于白腐菌降解木质素，这为强化白腐菌处理黑液提供了新的思路。

3.3发酵黑液产表面活性剂的研究

接种铜绿假单胞菌后的黑液发酵液，其表面张力由原来的63.5 mN/m下降到了54.1 mN/m，其排油圈由原来的23.69 mm扩大到了48.18 mm，这说明铜绿假单胞菌在黑液中发酵产生了生物表面活性剂。由于黑液稀释度较大，可能影响产生物表面活性剂能力。

3.4接种铜绿假单胞菌对白腐菌处理黑液的强化效果

对铜绿假单胞菌和白腐菌复合接种处理黑液前后的COD进行了检测，发现COD由处理前的444 mg/L降到了248 mg/L，COD去除率为44%，与添加鼠李糖脂并接种白腐菌的处理效果接近。结合3.3的实验结果，说明铜绿假单胞菌接种黑液后产生的鼠李糖脂确实对强化白腐菌处理黑液效果发挥了作用，这样可直接接种铜绿假单胞菌，降低因添加鼠李糖脂而增加的处理成本。

4　结论

（1）白腐菌对不同废水均有较好的处理效果。

（2）质量浓度为50～60 mg/L的鼠李糖脂能够较好地强化白腐菌处理黑液的效果。

（3）在黑液中添加铜绿假单胞菌能使其表面张力下降，排油圈增大。将其和白腐菌共同接种处理黑液，可提高处理效果。

徐俊霞等〔10〕曾利用白腐菌和红假单胞菌共同处理造纸废水，其原理是充分利用2个菌种的互补性，采用的是2种菌先后处理。本研究中铜绿假单胞菌和白腐菌的共同接种处理明显缩短了处理时间，降低了处理工艺的成本。铜绿假单胞菌充分利用了黑液中的无机盐离子，并以其中可溶性糖为碳源，发酵产生了生物表面活性剂（鼠李糖脂），增强了白腐菌降解木质素和降低色度的效果。如果结合挂膜处理〔1〕，或强化活性炭处理〔9〕等技术，可能效果更好，可望进一步降低COD，为下一步常规生化处理，并最终实现无害化奠定坚实的基础。

对铜绿假单胞菌在黑液中发酵产生的鼠李糖脂的测定会受到黑液中可溶性糖的影响，如何排除干扰用比色法准确测定鼠李糖脂的含量，以及在白腐菌和铜绿假单胞菌混合培养过程中如何确定各自菌体浓度的变化及相互关系都有待深入研究，以便更好地进行联合处理机理研究和技术参数优化。

［1］苏维丰，柴立元，王云燕.造纸黑液综合治理的研究进展［J］.工业水处理，2004，24（11）：1-4.

［2］王宏勋，张晓昱，陈建伟，等.不同种属白腐菌治理造纸黑液的特性研究［J］.环境科学与技术，2003，26（3）：6-7.

［3］任拥政，章北平，张晓昱，等.白腐菌-厌氧-好氧工艺处理造纸黑液研究［J］.华中科技大学学报：城市科学版，2004，21（1）：44-46.

［4］李文江，黄冬，谢飞，等.草浆黑液处理技术的研究进展［J］.安全与环境学报，2013，13（4）：49-53.

［5］Wu Juan，Xiao Yazhong，Yu Hanqing.Degradation of lignin in pulp mill wastewaters by white-rot fungi on biofilm［J］.Bioresource Technology，2005，96（12）：1357-1363.

［6］Gao Dawen，Du Lina，Yang Jiaoling，et al.A critical review of the application of white rot fungus to environmental pollution control［J］. Critical Reviews in Biotechnology，2010，30（1）：70-77.

［7］王宏勋，张晓昱，陈建伟，等.4株产酸白腐菌应用于碱性造纸黑液生物治理的研究［J］.工业水处理，2002，22（9）：32-34.

［8］GB 11914—1989水质化学需氧量的测定重铬酸盐法［S］.

［9］Zhang Xiangsheng，Xu Dejun，Zhu Chunyan，et al.Isolation and identification of biosurfactant producing and crude oil degrading Pseudomonas aeruginosa strains［J］.Chemical Engineering Journal，2012，209：138-146.

［10］徐俊霞，杨宗政，于鹏，等.白腐菌生物强化活性炭深度处理造纸废水［J］.中国造纸，2013，31（12）：32-35.

Study on the effect of rhamnolipid-enhanced white rot fungi on the treatment of pulping black liquor

Zhang Xiangsheng1，2，Zou Xuedong2，Gu Guanghui2
（1.Jiangsu Provincial Key Laboratory of Coastal Wetland Bioresources and Environmental Protection，Yancheng 224051，China；2.Shengda Group Jiangsu Shuangdeng Paper Co.，Ltd.，Yancheng 224341，China）

The enhancement effects of different additives，including tween，rhamnolipids，CuSO4，ethanol，etc.on the reatment of white-rot fungi treated black liquid have been studied.It is found that rhamnolipids can enhance remediation effect better.When its mass concentration is in the range of 50-60 mg/L，the treatment effect is the best.Culuring after the rhamnolipid-producing Pseudomonas aeruginosa strain and white rot fungi inoculate black liquor，the COD can be reduced by 44%.This research provides a new idea for the microbial treatment of pulping black liquid.

white rot fungi（Phanerochaete chrysosporium）；pulping black liquor；rhamnolipid；Pseudomonas aeruginosa

X703

A

1005-829X（2016）02-0040-03

国家自然科学基金项目（10905035）；江苏省博士聚集计划项目（2011-292）；江苏省“六大人才高峰”第9批资助项目（SWYY-018）

张祥胜（1976—），副教授。电话：0515-88233189，E-mail：yctu_shengwu@163.com。

2015-11-17（修改稿）