洗煤厂废水重金属污染的净化研究

申彦芬

（晋能控股煤业集团煤峪口矿，山西 大同 037041）

引言

由于选煤厂废水不可生物降解且无法回收，如果排放到河流或引用水中会造成严重后果，并对水生生物和公共健康构成重大威胁[1]。因此，排放前对其进行处理是非常重要的。目前已开发出许多方法来去除不同废水中的有毒金属[2]，如化学沉淀、离子交换、电化学处理和膜技术。然而，这些方法无效且成本高昂。因此，迫切需要开发快速、经济、环保的方法去除洗煤厂废水中的重金属。植物修复法净化废水被认为是一种有效、危害最小、经济且环保的方法。蘑菇或大型真菌在去除土壤和废水中的有毒金属方面可以作为植物的有效生物吸附剂替代品，该过程被称为真菌修复。

1 材料和方法

1.1 大型真菌平菇培养

平菇的纯培养物在25 ℃±2 ℃和pH 为6～6.5的麦芽葡萄糖琼脂（MDA）培养基上保持[3]，并以三周的周期性间隔进行继代培养。

1.2 选煤厂废水真菌修复试验方案

使用蒸馏水（DW）以两种组合（体积比）稀释废水，即50%废水+50%DW 和25%废水+75%DW，以及在烧瓶中提纯或100%废水[4]。将这些稀释的和纯的废水与等量的麦芽葡萄糖琼脂（MDA）即琼脂培养基混合，并倒入烧瓶中。对于每个百分比的废水（原始、50%和25%废水），进行五次重复。将1.5 cm～2 cm 的菌丝盘接种在含有不同比例废水的所有培养基中，并允许其生长28 d。

1.3 接种培养基的菌丝体金属硫蛋白浓度分析

使用试剂通过分光光度法测定金属硫蛋白总浓度。具体而言，菌丝体在3 种缓冲液（0.55 mol/L 蔗糖、5×10-3mol/L PMSF，0.01%β-巯基乙醇）中均质化。将匀浆在10 000×g 下离心30 min，以获得含有金属硫蛋白的上清液。然后，每1 mL 产生的上清液添加1 mL 冰无水乙醇和80 μL 氯仿。将样品在6 000×g下离心10 min，并将三体积的冷乙醇添加到产生的上清液中，并储存在-20 ℃下1 h。上清液在6 000g 下离心10 min。所得颗粒在均化缓冲液中用乙醇（87%）和氯仿（1%）清洗，然后在6 000×g 下再次离心10 min。将再悬浮的金属硫蛋白部分添加到二硫醚（硝基苯甲酸）中。然后在室温下放置30 min。通过使用紫外分光光度计读取412 nm 处的吸光度来评估还原巯基的浓度。谷胱甘肽（GSH）标准曲线用作样品中MTs 定量的标准。假设1 mol MT 含有20 mol 胱氨酸，则使用GSH标准估计样品中金属硫蛋白的含量。

1.4 真菌菌丝体的傅里叶变换红外光谱分析

对于傅里叶变换红外光谱（FTIR）测量，冻干真菌菌丝体（在-在85 ℃的高真空条件下，使用冷冻干燥机）与烘干过夜（100 ℃）的溴化钾（KBr）以1∶100 的比例混合。样品的FTIR 光谱记录在JASCO-6300 FTIR 仪器上，带有漫反射模式（DRS8000）附件。所有测量均在4000 cm-1～400 cm-1范围内进行，分辨率为4 cm-1。

2 结果和讨论

2.1 水煤浆的理化分析

对不同理化参数的分析表明，废水毒性很大。当这些含有悬浮颗粒物的废水直接或间接释放到河流系统和其他水体中时，它们会导致水体底部的颗粒物沉积，并阻碍水生生物的运动和发展，使河流不适合鱼类繁。这些悬浮颗粒还会导致鱼类窒息死亡。废水还包含高硝酸盐、磷酸盐、氨、二氧化碳的含量，并且在自然界中呈酸性。废水的酸性可能是由于在煤炭加工过程中使用了HNO3、H2SO4、HCl 和其他化学品。众所周知，废水中的高浓度磷酸盐和硝酸盐归因于藻华和腐烂，导致O2减少、CO2含量增加和氨释放。所有这些一级和二级污染物都对水生动植物群产生有害影响。

废水还含有大量不同的重金属。废水中的所有金属的浓度都非常高，这使得废水非常有毒。金属是废水的主要问题污染物，对接收水体的水化学和生物完整性有不利影响，因为它们不可生物降解，很容易通过食物链和组织吸收在生物体组织中进行生物累积、生物浓缩和生物放大。因此，废水中存在的高浓度金属是其毒性的原因。由于废水的毒性，在将其排入水体之前对其进行净化非常重要。因此，使用大型真菌平菇净化废水。

2.2 平菇真菌修复废水的研究

图1-1 和1-2 显示了在不同时间间隔（第5、8、11、14、17 和20 天）暴露于不同稀释的废水（100%（原水）废水、50%废水和25%废水）中的大型真菌的金属去除效率，即在不同时间间隔暴露在真菌菌丝体中的金属累积和修复废水中的剩余浓度。此处以在不含废水的培养基中生长的真菌为对照。对照真菌和对照培养基中所有金属的浓度均低于可检测水平。镍、铅、锌、铬、铁和钴的累积（图1-1、1-2、1-3，真菌菌丝体（虚线所示）中的图1-2 和图1-3）随着暴露时间的延长而加速，并在第20 天达到最大（P＜0.05），但Fe和Co 的积累分别在第17 天和第14 天达到最大值（P＜0.05）。在培养基中，镍、铅、锌、铬、铁和钴含量的下降（用连续线显示）（分别图1-1、1-2、1-2）在第5天最小，并随着暴露时间的延长而增加（p＜0.05），在所有废水组中，在第20 天达到最大值。

图1 在含有不同浓度的培养基中生长的真菌菌丝体中的镍、铅、锌浓度

在第20 天完成修复后，通过使用公式-[（初始浓度-最终浓度/初始浓度）×100%]，根据第20 天的修复百分比（废水中金属的减少百分比）计算出废水中蘑菇对金属的整体修复。百分比修复结果表明，在50%的污水中，镍、锌、铬、铁和钴在最后一天即第20天的最大下降百分比最高，分别为98%、82%、99.1%、89.2%和99.3%。在未经处理的废水中，镍、锌、铬、铁和钴的下降率分别为78.7%、73%、64.6%、34.6%和59.3%，而在25%稀释废水中，镍、锌、铬、铁和钴的下降率分别为97.8%、55.1%、84.5%、87.06%和97%。在25%稀释废水中，铅的减少百分比最大（73%），其次是50%稀释废水（35.6%）和未经处理的废水（11.39%）。

真菌菌丝体对锰的修复在原始废水和50%废水中分别加速了14 d 和17 d（虚线所示），然后开始减少，其中25%废水中的锰在第20 天得到最大修复（p＜0.05）。在培养基中，整个废水组在第17 天和第20天的锰去除量最大（p＜0.05）（用连续线表示）。在50%稀释废水中，锰浓度在第20 天的下降百分比最大（57.2%），在原始废水和25%稀释废水中分别为23.3%和33.0%。据报道，从第11 天到第17 天，未经处理的废水和50%的废水中的铜去除率突然增加，然后在第20 天下降（用连续线表示）。在25%的废水中，铜的去除在第5 天开始，但随着暴露时间的延长，没有任何增加的报告。在所有类型的废水中也观察到大量的铜累积（虚线显示）。在50%稀释废水中，铜浓度在第20 天的下降百分比最大，即99.9%。在纯水和25%稀释水中，分别为87.5%和99.7%。

因此，在使用平纹夜蛾对废水中的金属进行修复后，可以观察到，所有金属都从原始废水和所有稀释废水中显著去除。可以表明，平菇可能是净化废水的一个很好的选择，因为废水中的大多数金属都被这种大型真菌修复了。通过在修复过程之前稀释废水，也可以提高平菇的修复效率。

3 结论

根据研究得出结论，由于重金属含量超过其允许限值，洗煤厂废水具有很强的毒性，如果这些废水未经任何处理就排放到水体中，可能会对水生生物造成严重的负面影响，也可能在较高的营养水平下产生有害影响。这项研究建议选煤厂在将废水排放到水系统之前对其进行处理。在目前的研究中，利用平菇对废水进行真菌修复是成功的，并且从废水中去除了大量的金属。稀释废水也可以提高修复效率。这种经济又环保的方法可对各行业废水进行净化。