CN1393414A - 固定化生物共代谢脱色的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种固定化生物共代谢脱色的方法，包括以下步骤：在未灭菌水中加入营养液，产生菌悬液；将其通入填充物为凹凸棒石的上流式固定床反应器中；在欲处理水中加入碳源及氮源物质。可以使含偶氮类废水产生生物降解脱色作用，本发明中脱色优势菌驯化时间短，脱色菌在凹凸棒石表面固定化效率高，固定化方法简单可靠，处理含50mg/L染料印染废水，平均色度去除率可以达到近80％。
Description
本发明属于一种对偶氮染料生物脱色的方法，具体地说涉及一种对偶氮染料采用固定化生物共代谢脱色的方法。
处理印染废水常用的方法有物化方法和生物法。目前常用的物化技术有吸附脱色技术、混凝沉淀技术、化学氧化技术、离子交换技术、超滤膜脱色技术等。生化法主要有好氧处理，厌氧处理和好氧厌氧法等。研究者一般从染料工业废水处理构筑物中分离出能降解染料的菌株，经扩大培养后加入活性污泥或采用固定化细胞法将菌株固定在载体上以提高处理效果(微生物在含染料废水处理中的应用--徐文东等，环境污染治理技术与设备，2000，Vol.1，No.2)；1996年，P.K.wong和P.Y.Yuen在《WaterResearch》Vol.30，No.7发表题为Klebsiella Pneumoniae RS-13对甲基红的降解与脱色，报道了从含染料污泥中分离出的Klebsiella Pneumoniae RS-13菌株，在好氧条件下可以对100ppm酸性红产生完全降解脱色；PoonamNigam等人的研究结果(微生物对印染工业废水的脱色研究—Biotechnology Letters，Vol.18，No1，1996)表明，菌株PDW在外加营养物(乳糖，淀粉)的条件下，在3天内可使印染厂出水色度去除达到76％；Niamh Kirby等人在Biotechnology Letters，Vol.17，No7，1995发表题为Phanerochaete Chrysosporium对模拟染料的脱色研究，结果表明，该菌种在7天内可使染料完全脱色；1996年，Darren.A等(Biotechnology letters1996 Vol.18，No.5：527-530)采用上流式厌氧床(UAF)，采用碎石为载体固定PDW脱色菌也取得了较好的结果。固定生长体系表现出比悬浮生长体系更强的污染物去除效果。
以上的研究的共同点在于，研究者从含染料的废水、污泥中分离菌种，采用目标染料为唯一碳源进行定向驯化，诱导产生相应的降解酶系，筛选得到高效菌种。这种方法一般需要1个月甚至几个月的时间。得到高效脱色的单一菌株，经富集培养后用于染料的脱色。这一过程需要较长的培养、驯化时间。
本发明的目的是克服已有技术的缺点，提供一种脱色优势菌驯化时间短、稳定时间长、固定化方法简单有效、费用低廉的固定化生物共代谢脱色的方法。
为实现上述目的，本发明提供的一种固定化生物共代谢脱色的方法，其步骤包括：
在未灭菌水中加入营养液，产生菌悬液；
将菌悬液通入填充物为凹凸棒石的上流式固定床反应器中；
在欲处理原水中加入碳源及氮源物质。
本发明所述的未灭菌水为自来水、生活污水、印染废水。
本发明所述的营养液为蛋白胨或葡萄糖。
本发明所述的凹凸棒石为直径2-5毫米的颗粒，于750℃灼烧3小时制成。
本发明所述的上流式固定床反应器进水化学需氧量在200克/升，水力停留时间为30-120分钟。
本发明所述的碳源及氮源物质为蛋白胨、葡萄糖、生活污水和/或印染污水。
本发明所述的加入蛋白胨与欲处理水的比例为2∶5-3∶5(重量比)。
本发明所述的加入葡萄糖与欲处理水的比例为10∶5-50∶5(重量比)。
通过下面给出实施例并结合附图的详细描述，对本发明将会有更进一步的了解，下面给出的实施例只用来说明本发明，而不是用来限制本发明。
附图1为凹凸棒颗粒表面的扫描电镜照片；
附图2为蜡状芽孢杆菌在凹凸棒表面的吸附固定化的扫描电镜照片；
附图3为空白凹凸棒颗粒对酸性红B的饱和吸附量；
附图4为固定床反应器固定化细菌后出水生物量的变化；
附图5为固定床反应器运行至1384小时出水口附近的凹凸棒表面扫描电镜照片。
按操作步骤，将蛋白胨或葡萄糖加入未灭菌水中，营养物浓度在400mg/L以上，产生菌悬液，通入以凹凸棒矿石为填料的上流式固定床反应器中，静置48h后完成脱色细菌的固定化，该固定化柱可以使含偶氮类染料废水产生共代谢降解脱色作用，固定化填料及固定化菌体的电镜照片如图1，图2所示。由图2可以看出，共代谢脱色优势菌—蜡状芽孢杆菌在凹凸棒颗粒的表面具有良好的吸附固定化性能。在培养皿中加入20gΦ2-5mm凹凸棒颗粒，加入30ml磷酸盐缓冲液，灭菌后接入10ml菌悬液，在20℃静态吸附48h后，采用平皿稀释计数法，计数吸附前后菌悬液中细菌数量。在吸附固定化菌种过程中，悬液中的细菌可能存在生长、繁殖的过程，但在无外源营养的条件下，蜡状芽孢杆菌生长缓慢，吸附速率远远大于生长量。因此，表1所示的凹凸棒吸附蜡状芽孢杆菌量中的吸附率是最低吸附率。
表1
| 菌悬液中细菌数量(个/ml) | 吸附菌量(个/g凹凸棒) | 吸附率或固定化率(％) | ||
| 吸附前 | 吸附后 | |||
| 平行1平行2 | 3.9×1073.9×107 | 5.1×1064.7×106 | 6.8×1076.9×107 | 86.987.9 |
由于高效脱色菌对染料化合物的降解去除为共代谢方式，因而在处理过程中需在原水中加入一定形式的碳源及氮源物质，这里所述的碳源及氮源物质为蛋白胨、葡萄糖、生活污水和/或印染污水。处理含50mg/L染料印染废水，停留时间120min，当外加营养物为蛋白胨，浓度与染料的比例为2∶5至4∶5时，平均色度去除率可以达到76.43％。提高进水中营养物的比例，脱色处理效果提高。考虑到提高营养物的比例会提高成本，根据脱色处理的要求，可使添加营养物蛋白胨的浓度与染料的比例在2∶5至3∶5之间，添加营养物葡萄糖的浓度与染料的比例在10∶5至50∶5之间。
本发明所述的固定化生物共代谢脱色的方法在本发明的优选方案的条件下具有良好的共代谢生物脱色性能。
以酸性红B为目标染料化合物进行了空白凹凸棒颗粒对染料的吸附试验，结果见图3，该图显示凹凸棒对酸性红B的静态饱和吸附量为0.049mg/g。这表明凹凸棒颗粒对酸性红B的吸附去除率很低。
由图4不同流速下出水生物量的变化趋势看出凹凸棒填料对脱色菌的固定化效率较高，在运行中没有出现菌体流失现象。水力停留时间为30min、60min和120min三根共代谢脱色柱出水悬浮固体在12h达到最高，48h后趋于零。
实施例1：
将800mg/L蛋白胨配入自来水中，通入上流式固定床反应器，产生菌悬液，通入填充物为凹凸棒石的上流式固定床反应器中，静置48h，该凹凸棒石为直径2-5毫米的颗粒，并于750℃灼烧3小时制成。完成细菌固定化后，将含酸性红B50mg/L以及不同浓度蛋白胨配入自来水中，作为欲处理原水进行脱色。反应器柱体为圆筒状有机玻璃柱，高100cm，内径7.2cm，底部位半球状，设有进水管，底部和主体连接处设有多孔分布板，起支撑填料作用和补水作用，排水孔距柱顶20cm，进水需氧量为200mg/L。配水浓度及相应的色度去除结果见表2。
表2(单位：％)
| 配水蛋白胨∶酸性红B | 水力停留时间30min | 水力停留时间60min | 水力停留时间120min | ||||||
| 最小值 | 最大值 | 平均值 | 最小值 | 最大值 | 平均值 | 最小值 | 最大值 | 平均值 | |
| 2∶5 | 46.20 | 46.20 | 46.20 | 62.15 | 62.15 | 62.15 | 74.40 | 74.40 | 74.40 |
| 3∶5 | 32.01 | 83.20 | 63.17 | 51.77 | 85.24 | 68.13 | 67.33 | 87.30 | 79.61 |
实施例2
欲处理原水为印染废水，其余操作条件同实施例1中，结果见表3。
表3(单位：％)
| 配水蛋白胨∶酸性红B | 水力停留时间30min | 水力停留时间60min | 水力停留时间120min | ||||||
| 最小值 | 最大值 | 平均值 | 最小值 | 最大值 | 平均值 | 最小值 | 最大值 | 平均值 | |
| 3∶5 | 53.33 | 79.92 | 74.67 | 54.36 | 81.55 | 73.01 | 68.90 | 82.44 | 78.55 |
| 2∶5 | 66.77 | 83.06 | 73.73 | 69.51 | 83.25 | 75.18 | 76.97 | 83.79 | 79.14 |
实施例3
欲处理原水为生活污，其余操作条件同水实施例1，结果见表4。
表4(单位：％)
| 配水蛋白胨∶酸性红B | 水力停留时间30min | 水力停留时间60min | 水力停留时间120min | ||||||
| 最小值 | 最大值 | 平均值 | 最小值 | 最大值 | 平均值 | 最小值 | 最大值 | 平均值 | |
| 3∶5 | 54.41 | 79.51 | 73.82 | 56.71 | 82.56 | 75.89 | 63.86 | 86.67 | 79.92 |
| 2∶5 | 67.72 | 81.45 | 72.14 | 67.43 | 85.78 | 74.23 | 68.91 | 83.62 | 76.45 |
实施例4
营养物及碳源为葡萄糖，其余操作条件同实施例1，结果见表5。
表5(单位：％)
| 配水葡萄糖∶酸性红B | 水力停留时间30min | 水力停留时间60min | 水力停留时间120min | ||||||
| 最小值 | 最大值 | 平均值 | 最小值 | 最大值 | 平均值 | 最小值 | 最大值 | 平均值 | |
| 10∶5 | 47.45 | 47.45 | 47.45 | 61.45 | 61.45 | 61.45 | 76.35 | 76.35 | 76.46 |
| 20∶5 | 31.89 | 82.15 | 64.56 | 49.87 | 84.36 | 70.16 | 68.99 | 88.45 | 81.45 |
| 50∶5 | 68.79 | 87.56 | 76.56 | 78.74 | 85.14 | 80.14 | 85.14 | 88.31 | 85.54 |
本发明采用填充物为凹凸棒石的上流式固定床反应器，经长期运行后生物相十分丰富，附图5为固定床反应器运行至1384小时出水口附近的凹凸棒表面扫描电镜照片，可以看出，经长期运行，反应器内脱色菌-蜡状芽孢杆菌仍保持数量优势。
Claims (8)
1、一种固定化生物共代谢脱色的方法，其特征在于，包括下列步骤：
在未灭菌水中加入营养液，产生菌悬液；
将菌悬液通入填充物为凹凸棒石的上流式固定床反应器中；
在处理原水中加入碳源及氮源物质。
2、根据权利要求1所述的固定化生物共代谢脱色的方法，其特征在于，所述的未灭菌水为自来水、生活污水、印染废水。
3、根据权利要求1所述的固定化生物共代谢脱色的方法，其特征在于，所述的营养液为蛋白胨或葡萄糖。
4、根据权利要求1所述的固定化生物共代谢脱色的方法，其特征在于，所述的凹凸棒石为直径2-5毫米的颗粒，于750℃灼烧3小时制成。
5、根据权利要求1所述的固定化生物共代谢脱色的方法，其特征在于，所述的上流式固定床反应器进水化学需氧量在200克/升，水力停留时间为30-120分钟。
6、根据权利要求1所述的固定化生物共代谢脱色的方法，其特征在于，所述的碳源及氮源物质为蛋白质、葡萄糖、生活污水和/或印染污水。
7、根据权利要求1所述的固定化生物共代谢脱色的方法，其特征在于，所述的加入蛋白胨与欲处理原水的比例为2∶5-3∶5(重量比)。
8、根据权利要求1所述的固定化生物共代谢脱色的方法，其特征在于，所述的加入葡萄糖与欲处理水的比例为10∶5-50∶5(重量比)。
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