银耳和羊肚菌共发酵芝麻秸秆去除靛蓝的方法与流程

本发明属于工业废水处理
技术领域：
，具体涉及一种利用银耳和羊肚菌共发酵芝麻秸秆制备染料吸附剂吸附染料靛蓝来达到有效去除废水中染料污染物的银耳和羊肚菌共发酵芝麻秸秆去除靛蓝的方法；银耳和羊肚菌共发酵芝麻秸秆制备染料吸附剂，吸附剂吸附染料靛蓝后灰化还田，消除了有害染料在环境中积累。
背景技术：
：染料废水是难以治理的工业废水之一，废水中染料污染物的去除是治理染料废水的关键问题。靛蓝(indigocarmine)是最古老的染料之一，广泛应用于塑料印染、纺织印染等，如牛仔印染。然而，在生产和应用靛蓝的过程中，伴随着大量有色废水的产生。目前去除水体中靛蓝的方法有吸附法，光催化和微生物降解等，其中吸附法具有低成本和易操作的优点。芝麻是我国主要油料作物之一，芝麻秸秆的资源丰富但处理技术尚不完善，若把芝麻秸秆直接丢弃或焚烧，造成资源浪费和环境污染。选择来源丰富、成本低廉的芝麻秸秆作为吸附剂，通过吸附法去除水体中靛蓝，具有经济效益和环境效益。然而，芝麻秸秆是木质纤维素生物质，具有结构顽固和化学惰性的特性，存在染料吸附量小的缺点（李慧星.微生物法脱色印染染料及其机制研究[d]，江南大学博士论文，2015）。秸秆改性可以破坏其顽固的结构、改性和/或引入化学官能团，能够显著提高吸附量。目前，芝麻秸秆的主要改性方法是化学法，如李慧星等利用naoh改性芝麻秸秆，提高其对染料刚果红的吸附量（lihx,zhangrj,tangl,etal.congoredadsorptioncapacityoflignocellulosicbiomassbysodiumhydroxidetreatment.[j].asianjournalofchemistry,2015,27(7):2373-2378.）。吴涛等以芝麻秸秆为原料，首先采用淀粉酶和蛋白酶进行酶解，然后与koh、稀h2so4、尿素发生化学反应，制备吸附材料。（吴涛.芝麻秸秆吸附材料及其制备方法，cn104028234a[p].2014.）。然而，化学法改性芝麻秸秆制备吸附剂需使用酸、碱等化学试剂处理秸秆，导致成本增加、产生二次污染等问题。白腐菌凭借其菌丝的穿透能力、胞外纤维素水解酶（纤维素酶、半纤维素酶等）和木质素降解酶（漆酶、锰过氧化物酶、木质素过氧化物酶等）的分泌能力，可以解聚和降解秸秆，达到改性秸秆的目的。白腐菌接种于秸秆中，在一定的温度、湿度等条件下发酵，菌株以秸秆为底物进行生长和代谢，使得秸秆中吸附染料的化学官能团（-oh、-nh和c=o等）发生变化，秸秆的表面更加粗糙，孔隙变大。此外，利用白腐菌之间的相互作用和底物差异性，选择不同白腐菌进行组合，通过白腐菌共发酵技术可以改变菌株的代谢特性，提高菌体生长速率和分泌酶能力。（段传人,朱丽平,姚月良.三种白腐菌及其组合菌种木质素降解酶比较研究[j].菌物学报,2009,28(4):577-583；elisashviliv,kachlishvilie.physiologicalregulationoflaccaseandmanganeseperoxidaseproductionbywhite-rotbasidiomycetes[j].journalofbiotechnology,2009,144(1):37-42.）。利用白腐菌共发酵秸秆制备染料吸附剂是绿色工艺技术，具有低成本、无二次污染的特点，应用前景非常广阔。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种银耳和羊肚菌共发酵芝麻秸秆去除靛蓝的方法；在白腐菌菌株筛选的基础上，选用银耳菌和羊肚菌共发酵芝麻秸秆制备染料吸附剂，吸附剂吸附染料靛蓝后灰化还田。本发明实验筛选的白腐菌菌株，均购买于中国工业微生物菌种保藏管理中心。菌种分别是香菇lentinulasp.（菌种编号：cicc14031）、黑木耳auriculariaauricula（菌株编号：cicc14008）、胶韧革菌gloeostereumincarnatum（菌株编号：cicc14024）、羊肚菌morchellasp.（菌株编号：cicc14033）、银耳tremellafuciformis（菌株编号：cicc50179）、粗毛栓菌trameteshirsuta（菌株编号：cicc2671）和蛹虫草cordycepsmilitaris（菌株编号：cicc14013）。本发明的目的是这样实现的：一种银耳和羊肚菌共发酵芝麻秸秆去除靛蓝的方法，包括以下步骤：步骤1）、白腐菌菌株在温度25-28℃、湿度70-80%的条件下，在马铃薯葡萄糖琼脂平板上培养7-10天后，采用直径1.0cm的打孔器在琼脂平板上打孔，得到直径1.0cm的菌片；步骤2）、秸秆经洗涤、干燥、粉碎后过20-60目筛，得到用于制备染料吸附剂的原料；步骤3）、称取10.0-30.0g原料，按照原料与水的比例1:3-1:5(g/ml)加入蒸馏水，添加诱导物后在121℃下灭菌30min后冷却至室温，接种白腐菌，每种白腐菌接种2块菌片，在25-28℃，湿度75%的条件下培养发酵10-15天；步骤4）、发酵后基质经干燥、粉碎后过40目筛，制备得到染料吸附剂；步骤5）、制备得到染料吸附剂后，在下列条件下吸附染料靛蓝：称取制备得到的吸附剂20.0g，按照1:150的固液比（m/v，g/ml）加入到染料浓度200mg/l、ph6.0、nacl浓度0mol/l的水溶液中，在吸附温度30℃，搅拌转速200r/min的条件下吸附4h后过滤，计算吸附量（mg/g）；步骤6）、吸附剂吸附染料靛蓝后自然风干36-48h，在500-600℃下煅烧4.0-6.0h，自然冷却，得到灰分后还田。在步骤1）中所述的白腐菌是羊肚菌和银耳菌。在步骤2）中所述的秸秆是芝麻秸秆。在步骤3）中所述的添加诱导物是每千克秸秆原料中添加乙酸72.5mm，cu2+81.8mm和碱性木质素27.9g，即乙酸72.5mm/kg、cu2+81.8mm/kg和碱性木质素27.9g/kg。在本发明中，吸附量(mg/g)计算公式为(c0-c)×v/m；式中c0为溶液中靛蓝的初始浓度（mg/l），c为吸附后溶液中靛蓝浓度（mg/l），v为溶液体积（l），m为吸附剂质量（g）。本发明具有如下积极效果：本发明验证效果的实验过程及数据如下：1、培养白腐菌：7种白腐菌（香菇lentinulasp.，黑木耳auriculariaauricula，胶韧革菌gloeostereumincarnatum，羊肚菌morchellasp.，银耳tremellafuciformis，粗毛栓菌trameteshirsuta和蛹虫草cordycepsmilitaris）菌株分别在温度28℃、湿度75%的条件下，在马铃薯葡萄糖琼脂平板上培养10天后，采用直径1.0cm的打孔器在琼脂平板上打孔，得到直径1.0cm的菌片；2、预处理芝麻秸秆：秸秆经洗涤、干燥、粉碎后过40目筛，得到用于制备染料吸附剂的原料；3、白腐菌共发酵芝麻秸秆：称取20.0g秸秆原料，按照料水比1:5(g/ml)加入蒸馏水，在121℃下灭菌30min后冷却至室温，接种2种不同的白腐菌，每种白腐菌接种2块菌片，在25℃，湿度为75%的条件下发酵14天。4、制备染料吸附剂：发酵后基质经干燥、粉碎后过40目筛，得到染料吸附剂。5、吸附染料：制备得到染料吸附剂后，在下列条件下吸附染料靛蓝：称取制备得到的吸附剂20.0g，按照1:150的固液比（m/v，g/ml）加入到染料浓度200mg/l、ph6.0、nacl浓度0mol/l的水溶液中，在吸附温度30℃，搅拌转速200r/min的条件下吸附4h后过滤，计算吸附量。6、灰化后还田：吸附剂吸附染料靛蓝后自然风干48h，在540℃下煅烧5.0h，自然冷却，得到灰分后还田。为显示白腐菌共发酵芝麻秸秆制备染料吸附剂的先进性，本发明验证过程中采用了7种白腐菌（香菇lentinulasp.，黑木耳auriculariaauricula，胶韧革菌gloeostereumincarnatum，羊肚菌morchellasp.，银耳tremellafuciformis，粗毛栓菌trameteshirsuta和蛹虫草cordycepsmilitaris）在上述条件下，通过白腐菌单独发酵芝麻秸秆，即：称取20.0g秸秆原料，按照料水比1:5(g/ml)加入蒸馏水，在121℃下灭菌30min后冷却至室温，接种1种白腐菌，每种白腐菌接种4块菌片，在25℃，湿度为75%的条件下发酵14天。发酵后基质经干燥、粉碎后过40目筛，制备染料吸附剂。比较分析芝麻秸秆原料、白腐菌单独发酵芝麻秸秆制备染料吸附剂、白腐菌共发酵芝麻秸秆制备染料吸附剂，这三种情况下制备得到不同吸附剂对染料靛蓝的吸附量，结果如表1所示。可以看出：芝麻秸秆原料对靛蓝的吸附量为21.90mg/g，白腐菌单独发酵芝麻秸秆能够提高吸附量，其中银耳tremellafuciformis发酵芝麻秸秆的效果较好，吸附量为29.07mg/g，白腐菌共发酵芝麻秸秆的效果更好，其中羊肚菌morchellasp.和银耳tremellafuciformis共发酵芝麻秸秆后，吸附量达到40.87mg/g，相比较于芝麻秸秆原料，对靛蓝的吸附量提高了86.62%。表1不同吸附剂对靛蓝的吸附量羊肚菌morchellasp.和银耳tremellafuciformis共发酵芝麻秸秆，在生长代谢过程中，凭借其菌丝的穿透能力和胞外酶的分泌能力，解聚和降解秸秆，提高了对染料靛蓝吸附量。由于白腐菌生长和分泌酶受到诱导物的显著影响，以吸附量为指标，进一步采用单因素实验考察诱导物种类和浓度的影响，结果见图2-图7。图2-图7是不同诱导物对吸附量的影响，结果表明碱性木质素、愈创木酚、乙酸、cu2+和白藜芦醇都可以提高吸附量，然而过氧化氢降低吸附量，这是由于过氧化氢是一种强氧化剂，在发酵过程中抑制了菌株的生长和代谢。在单因素实验结果的基础上，选择效果较好、价格较低廉的碱性木质素、乙酸和cu2+三种诱导物，采用响应曲面法的box-behnken方案设计（表2）考察诱导物的交互作用、优化诱导物浓度。box-behnken方案设计结果（表3）经minitab软件分析得到：乙酸浓度（x1）、乙酸浓度二次项（x12）、cu2+浓度二次项（x22）、乙酸浓度和碱性木质素浓度的交互作用（x1×x3）对吸附量有极显著影响(p<0.01)，乙酸浓度（x1）和cu2+浓度（x2）交互作用对吸附量有显著影响(p<0.05)（表4）。诱导物的最佳组合为乙酸72.5mm/kg、cu2+81.8mm/kg和碱性木质素27.9g/kg，经实验验证在最佳组合条件下，吸附量达到74.25mg/g。表2优化诱导物浓度的box-behnken方案设计表表3不同诱导物浓度下的吸附量序号x1x2x3吸附量（mg/g）1-1-1054.362-11049.9031-1059.06411065.8450-1-161.8960-1158.32701-160.30801163.339-10-153.021010-170.3411-10166.321210168.051300072.301400073.421500073.01表4方差分析表因素自由度p值x11<0.01*x210.33x310.11x1*x11<0.01**x2*x21<0.01**x3*x310.06x1*x21<0.05*x1*x31<0.01**x2*x310.14lackoffit30.06*p<0.05表示显著;**p<0.01表示极显著因此本发明提供的一种银耳和羊肚菌共发酵芝麻秸秆去除靛蓝的方法，包括的主要步骤有：预处理芝麻秸秆，银耳和羊肚菌共发酵芝麻秸秆制备染料吸附剂、发酵过程中添加诱导物乙酸72.5mm/kg、cu2+81.8mm/kg和碱性木质素27.9g/kg，吸附剂吸附染料靛蓝后灰化还田。利用白腐菌共发酵芝麻秸秆制备染料吸附剂具有低成本、无二次污染的特点，吸附剂吸附染料靛蓝后灰化还田，彻底消除了染料在环境中积累；本发明利用银耳和羊肚菌共发酵芝麻秸秆去除靛蓝的方法操作方便、成本低廉，是绿色工艺技术。附图说明图1为本发明的工艺步骤图。图2是碱性木质素诱导物对吸附量的影响图。图3是愈创木酚诱导物对吸附量的影响图。图4是乙酸诱导物对吸附量的影响图。图5是cu2+诱导物对吸附量的影响图。图6是白藜芦醇诱导物对吸附量的影响图。图7是过氧化氢诱导物对吸附量的影响图。具体实施方式实施例1：如图1所示，本发明提供的一种银耳和羊肚菌共发酵芝麻秸秆去除靛蓝的方法，包括以下步骤：步骤1）、培养白腐菌：2种白腐菌（羊肚菌morchellasp.，银耳tremellafuciformis）菌株，分别在温度25℃、湿度80%的条件下，在马铃薯葡萄糖琼脂平板上培养8天后，采用直径1.0cm的打孔器在琼脂平板上打孔，得到直径1.0cm的菌片；步骤2）、预处理芝麻秸秆：秸秆经洗涤、干燥、粉碎后过20目筛，得到用于制备染料吸附剂的原料；步骤3）、白腐菌共发酵芝麻秸秆：称取10.0g秸秆原料，按照料水比1:3(g/ml)加入蒸馏水，添加诱导物乙酸72.5mm/kg、cu2+81.8mm/kg和碱性木质素27.9g/kg，在121℃下灭菌30min后冷却至室温。接种2种不同的白腐菌，每种白腐菌接种2块菌片，在28℃，湿度为75%的条件下发酵10天；步骤4）、制备染料吸附剂：发酵后基质经干燥、粉碎后过40目筛，得到染料吸附剂；步骤5）、吸附染料：制备得到染料吸附剂后，在下列条件下吸附靛蓝：称取制备得到的吸附剂20.0g，按照1:150的固液比（m/v，g/ml）加入到染料浓度200mg/l、ph6.0、nacl浓度0mol/l的水溶液中，在吸附温度30℃，搅拌转速200r/min的条件下吸附4h后过滤，计算吸附容量为74.04mg/g；步骤6）、灰化后还田：吸附剂吸附染料靛蓝后自然风干24h，在500℃下煅烧6.0h，自然冷却，得到灰分后还田。实施例2：如图1所示，本发明提供的一种银耳和羊肚菌共发酵芝麻秸秆去除靛蓝的方法，包括以下步骤：步骤1）、培养白腐菌：2种白腐菌（羊肚菌morchellasp.，银耳tremellafuciformis）菌株分别在温度28℃、湿度70%的条件下，在马铃薯葡萄糖琼脂平板上培养7天后，采用直径1.0cm的打孔器在琼脂平板上打孔，得到直径1.0cm的菌片；步骤2）、预处理芝麻秸秆：秸秆经洗涤、干燥、粉碎后过60目筛，得到用于制备染料吸附剂的原料；步骤3）、白腐菌共发酵芝麻秸秆：称取30.0g秸秆原料，按照料水比1:4(g/ml)加入蒸馏水，添加诱导物乙酸72.5mm/kg、cu2+81.8mm/kg和碱性木质素27.9g/kg，在121℃下灭菌30min后冷却至室温。分别接种2种不同的白腐菌，每种白腐菌接种2块菌片，在27℃，湿度为75%的条件下发酵15天；步骤4）、制备染料吸附剂：发酵后基质经干燥、粉碎后过40目筛，得到染料吸附剂；步骤5）、吸附染料：制备得到染料吸附剂后，在下列条件下吸附靛蓝：称取制备得到的吸附剂20.0g，按照1:150的固液比（m/v，g/ml）加入到染料浓度200mg/l、ph6.0、nacl浓度0mol/l的水溶液中，在吸附温度30℃，搅拌转速200r/min的条件下吸附4h后过滤，计算吸附容量为73.67mg/g；步骤6）、灰化后还田：吸附剂吸附染料靛蓝后自然风干36h，在600℃下煅烧4.0h，自然冷却，得到灰分后还田。当前第1页12