固定化光合細(xì)菌處理染料工業(yè)廢水研究

1、固定化光合細(xì)菌處理染料工業(yè)廢水研究             摘要研究了用固定化光合細(xì)菌處理染料廢水。光合細(xì)菌經(jīng)固定化后，系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷能力增強(qiáng)，容積負(fù)荷從2 kg/（m3d）提高到3.5 kg/（m3d），耐鹽度從7 g/L提高到12 g/L,細(xì)菌酶活力隨著容積負(fù)荷的增大而增強(qiáng)。 關(guān)鍵詞固定化光合細(xì)菌 染料工業(yè)廢水 容積負(fù)荷 抗沖擊負(fù)荷 耐鹽性 酶活力 自20世紀(jì)60年代小林正泰等開(kāi)展了利用光合細(xì)菌處理有機(jī)廢水的實(shí)驗(yàn)研究，先后成功的用光合細(xì)菌對(duì)食品、淀粉、皮革、豆制品等進(jìn)行處

2、理。與活性污泥法相比，光合細(xì)菌處理有機(jī)廢水具有可直接處理高濃度有機(jī)廢水；不存在污泥的處理問(wèn)題，其污泥是很好的有機(jī)肥料；所需場(chǎng)地小；且處理費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)1，但光合細(xì)菌處理菌體輕，菌體易隨水流失限制了其廣泛應(yīng)用。本文利用固定化光合細(xì)菌處理實(shí)際染料工業(yè)廢水。固定化光合細(xì)菌不僅克服了菌體易隨水流失的不足，而且提高了系統(tǒng)容積負(fù)荷、抗沖擊負(fù)荷能力和耐鹽性。 1 材料與方法1.1 實(shí)驗(yàn)菌種  紫色非硫光合細(xì)菌(purple nonsulfuer photosynthetic bacteria)為本實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng), 培養(yǎng)條件：2830 ，白熾燈光，光照強(qiáng)度為15002000 lx，黑暗厭氧條件，培養(yǎng)時(shí)間為

3、57 d。細(xì)菌培養(yǎng)及富集培養(yǎng)基配制見(jiàn)參考文獻(xiàn)。 固定化光合細(xì)菌制備  取洗滌離心后的光合細(xì)菌與配制好的PVA混合溶液按重量比1：2混合，攪拌使菌體分散均勻。 將含菌體的混合液滴入含2%CaCl2的飽和硼酸溶液（用NaCO3調(diào)pH為中性）中，固化成球。置于-4冰箱中固化交聯(lián)24 h。 固化后用蒸餾水洗滌兩次，即得固定化小球。1.2   實(shí)驗(yàn)廢水  試驗(yàn)用廢水取自南京某染料廠的生產(chǎn)廢水，CODCr2250 mg/L，pH5.7；模擬廢水為實(shí)驗(yàn)室配制的酸性大紅廢水，CODCr2250 mg/L，pH5.5。1.3 試驗(yàn)方法光合細(xì)菌酶活力測(cè)定 

4、60;取1 g固定化細(xì)菌分別放入100 mL三角瓶?jī)?nèi),加入實(shí)際染料工業(yè)廢水（CODCr=2250 mg/L）47.5 mL，培養(yǎng)基溶液2.5 mL。pH8，30水浴中2 h，然后以5 000 r/min離心分離處理液10 min，測(cè)定上清液的CODCr。在上述條件下，以1 mg光合細(xì)菌1 h降解CODCr的量（mg）定義為一個(gè)光合細(xì)菌酶活力單位。   CODCr采用標(biāo)準(zhǔn)重鉻酸鉀測(cè)定法。2    結(jié)果與討論2.1處理系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷的比較取濕菌（含干菌重0.25 g）制成光合細(xì)菌固定化小球(已經(jīng)過(guò)富集培養(yǎng)基活化24 h)，加入2.5 L染料工業(yè)廢水

5、（CODCr=2250 mg/L），裝置連接如圖1所示。進(jìn)行染料工業(yè)廢水的連續(xù)處理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，每?jī)商鞂⑷莘e負(fù)荷提高0.5 kg/（m3·d），連續(xù)運(yùn)行16 d，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。同時(shí)進(jìn)行了懸浮光合細(xì)菌處理染料工業(yè)廢水實(shí)驗(yàn)。取濕菌（含干菌重0.25 g），加入2.5 L染料工業(yè)廢水（CODCr= 2250 mg/L），裝置連接同圖1，進(jìn)行染料工業(yè)廢水的連續(xù)處理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，每?jī)商鞂⑷莘e負(fù)荷提高0.5 kg/（m3·d），連續(xù)運(yùn)行10 d，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。比較圖2和圖3可以看出：固定化光合細(xì)菌系統(tǒng)中，當(dāng)容積負(fù)荷低于3.5 kg/（m3·d）時(shí)，系統(tǒng)處理

6、效果穩(wěn)定，CODCr去除率在90以上，當(dāng)容積負(fù)荷高于3.5 kg/（m3·d）時(shí)，出水CODCr有所增加，但并沒(méi)有發(fā)生沖擊現(xiàn)象，即系統(tǒng)仍具備處理能力，說(shuō)明固定化光合細(xì)菌有一定的的耐沖擊負(fù)荷性。利用懸浮光合細(xì)菌法處理該染料工業(yè)廢水的最大容積負(fù)荷為2 kg/（m3·d）。當(dāng)容積負(fù)荷小于2 kg/（m3·d）時(shí)，出水CODCr穩(wěn)定在500 mg/L左右；當(dāng)容積負(fù)荷大于2 kg/（m3·d）時(shí)，出水水質(zhì)急劇變壞，說(shuō)明懸浮光合細(xì)菌生物系統(tǒng)已基本無(wú)處理能力。說(shuō)明懸浮光合細(xì)菌系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力弱。光合細(xì)菌從本質(zhì)上講也是一種含有多種官能團(tuán)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，經(jīng)固定化后的光合

7、細(xì)菌其官能團(tuán)與載體之間發(fā)生了共價(jià)鍵或范得華力等形式的作用，主鏈結(jié)構(gòu)得到加固，不易流失，不易被破壞，能耐有機(jī)物生物毒性物質(zhì)的沖擊，不易失活。2.2容積負(fù)荷對(duì)光合細(xì)菌生物活性影響研究光合細(xì)菌經(jīng)固定化后，可以根據(jù)染料生產(chǎn)的實(shí)際情況，通過(guò)投加不同的固定化光合細(xì)菌量來(lái)改變處理體系的容積負(fù)荷和有機(jī)負(fù)荷。實(shí)驗(yàn)中，將固定化光合細(xì)菌的投加量增加一倍，進(jìn)樣流量也提高一倍，即：反應(yīng)體系有機(jī)負(fù)荷不變，容積負(fù)荷提高一倍，進(jìn)行高容積負(fù)荷的染料工業(yè)廢水連續(xù)性處理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。同時(shí)，測(cè)定不同容積負(fù)荷條件下固定化光合細(xì)菌酶活力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。由圖4可見(jiàn)，在系統(tǒng)有機(jī)負(fù)荷不變的條件下，提高容積負(fù)荷，對(duì)出水水質(zhì)影響

8、不大。這樣，在處理的過(guò)程中，就可以在不改變有機(jī)負(fù)荷的條件下，通過(guò)增加固定化光合細(xì)菌的投加量，提高容積負(fù)荷，減少處理裝置的體積，節(jié)約投資和處理成本。同時(shí)，從圖5可以看出：隨著反應(yīng)體系容積負(fù)荷的增大，固定化光合細(xì)菌的酶活力也不斷增強(qiáng)。當(dāng)容積負(fù)荷增大到4 kg/（m3·d）時(shí)，光合細(xì)菌酶活力增加了1.59倍，這對(duì)實(shí)際染料工業(yè)廢水處理非常有現(xiàn)實(shí)意義：因?yàn)樵谌玖系膶?shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，水質(zhì)水量是經(jīng)常變化的，固定化光合細(xì)菌可以隨著外界環(huán)境的變化不斷強(qiáng)化，這是固定化光合細(xì)菌抗沖擊負(fù)荷的一個(gè)重要原因。2.3固定化對(duì)光合細(xì)菌耐鹽性影響染料工業(yè)廢水鹽度高是造成普通活性污泥無(wú)法適應(yīng)的一個(gè)主要原因。光合細(xì)菌有很強(qiáng)

9、的耐鹽性，這是光合細(xì)菌處理染料工業(yè)廢水的優(yōu)勢(shì)之一。為了研究光合細(xì)菌被固定化以后，對(duì)細(xì)菌耐鹽性的影響。配制不同鹽度的酸性大紅模擬廢水（CODCr2250 mg/L，pH5.5），測(cè)定不同鹽度（以NaCl計(jì)）的條件下不同時(shí)刻的固定化光合細(xì)菌和懸浮固定化光合細(xì)菌對(duì)模擬廢水中的CODCr的去除率，結(jié)果如圖6所示。 從圖6可以看出：光合細(xì)菌被固定化后，耐鹽能力有了明顯的增強(qiáng)。懸浮態(tài)光合細(xì)菌處理鹽度為7 g/L的酸性大紅模擬廢水，CODCr去除率穩(wěn)步上升，說(shuō)明，在該條件下，光合細(xì)菌的生長(zhǎng)和活性沒(méi)有受到太大的影響。懸浮態(tài)光合細(xì)菌處理鹽度為10 g/L的酸性大紅模擬廢水，12 h 后CODCr去除率基本沒(méi)有增

10、加，說(shuō)明在該條件下，懸浮光合細(xì)菌的生長(zhǎng)和活性受到嚴(yán)重的抑制，基本上喪失了降解有機(jī)物的能力。當(dāng)光合細(xì)菌被固定化以后，在鹽度為10 g/L時(shí)，固定化光合細(xì)菌CODCr去除率基本沒(méi)有受到影響，當(dāng)鹽度為12 g/L時(shí)，開(kāi)始光合細(xì)菌CODCr去除率沒(méi)有太大變化，36 h后，CODCr去除率逐漸增大，說(shuō)明固定化光合細(xì)菌已經(jīng)適應(yīng)了高鹽的環(huán)境，恢復(fù)了生物活性，當(dāng)鹽度為15 g/L時(shí)，12 h后CODCr去除率基本沒(méi)有增加，說(shuō)明在此條件下固定化光合細(xì)菌已基本喪失降解有機(jī)物的能力。因此，可以得出如下結(jié)論：固定化光合細(xì)菌的耐鹽度為12 g/L，比懸浮態(tài)光合細(xì)菌的耐鹽度（7 g/L）有了大幅度的提高。這對(duì)于染料工業(yè)廢

11、水的處理非常有利，一方面，固定化光合細(xì)菌能更好的適應(yīng)染料工業(yè)廢水的高鹽環(huán)境，另一方面，由于在處理過(guò)程中不需要加稀釋水以降低廢水的鹽度，節(jié)約大量的稀釋水，同時(shí)可以減小污水處理池的池容，大大降低處理成本。固定化微生物被包埋在載體中后處于一相對(duì)穩(wěn)定的微環(huán)境中，能夠抵抗外界環(huán)境劇烈變化所帶來(lái)的沖擊，外界有害物質(zhì)必須逐漸滲透才能進(jìn)入載體內(nèi)部，使得細(xì)菌表面的實(shí)際污染物濃度降低，毒性減小，固定化載體起了緩沖作用；固定化微生物在載體內(nèi)的濃度較高，有利于保持菌種優(yōu)勢(shì)；細(xì)菌經(jīng)固定化后，在載體與細(xì)菌之間建立了某種物理或化學(xué)聯(lián)系，增加了細(xì)菌膜的穩(wěn)定性。雖然由于載體的作用，氧傳質(zhì)受到限制，但光合細(xì)菌既不象好氧的活性污泥

12、菌膠團(tuán)細(xì)菌那樣受污水中氧濃度的限制，可以利用光能進(jìn)行高效的能量代謝，即使微弱的光照也能進(jìn)行；又不象嚴(yán)格厭氧的甲烷細(xì)菌等對(duì)氧存在著高度敏感，它可以在有氧條件下分解有機(jī)物，通過(guò)氧化磷酸取得能量。厭氧條件下由于不受氧傳質(zhì)的影響，固定化光合細(xì)菌的處理能力可以得到充分體現(xiàn)，并且可長(zhǎng)時(shí)間保持較高的生物量和生物活性，充分顯示出固定化光合細(xì)菌處理廢水的優(yōu)越性。3  結(jié) 論通過(guò)試驗(yàn)研究，可得出以下結(jié)論：固定化光合細(xì)菌有一定的耐沖擊負(fù)荷性。處理該染料廢水最高容積負(fù)荷為3.5 kg/（m3·d）；固定化光合細(xì)菌的酶活力隨著反應(yīng)體系容積負(fù)荷的增大不斷增強(qiáng)；固定化提高了細(xì)菌的耐鹽性，固定化光合細(xì)菌的耐鹽度為12 g/L。         參考文獻(xiàn)1 曾  宇，秦  松. 光合細(xì)菌法在水處理中的應(yīng)用. 城市環(huán)境與城市生態(tài)，2000，13(6):29302 俞毓馨，吳國(guó)慶，孟憲庭環(huán)境工程微生物檢驗(yàn)手冊(cè)北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社