一株耐鹽絮凝菌的脫色性能研究

曾建忠，林俊岳，李榕城

一株耐鹽絮凝菌的脫色性能研究

曾建忠，*林俊岳，李榕城

(井岡山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，江西，吉安 343009)

以直接墨綠染料為處理對象，考察溫度、pH值、無機鹽質(zhì)量分數(shù)、染料初始質(zhì)量濃度對耐鹽絮凝菌H-6脫色性能的影響。結(jié)果表明，耐鹽絮凝菌H-6對直接墨綠染料的脫色作用包括菌絲球吸附脫色和絮凝劑凝聚脫色兩種，并且在150 r/min轉(zhuǎn)速、30℃、pH = 7和75 g/L NaCl培養(yǎng)條件下對100 mg/L直接墨綠染料的脫色率效果最佳，脫色率在90 %以上。

耐鹽絮凝菌；直接墨綠染料；脫色性能

染料廢水排放量大，成分復(fù)雜，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，色度深達500~5×105倍不等，且含鹽量高達10%~20%[1-2]。偶氮染料占到染料的生產(chǎn)和使用的50%以上，且偶氮染料及其降解產(chǎn)物多具致癌作用，并能在環(huán)境中長期存在，對人體健康危害極大，因此，含偶氮化合物廢水的處理成為環(huán)境污染控制中的焦點問題[3]。目前對于該種廢水處理主要有物化法和化學(xué)法，但物化法會產(chǎn)生大量難處理的泥渣，化學(xué)法則運行費用高且易造成二次污染[4]。

利用微生物法進行偶氮染料脫色處理，雖能很好地克服的物化法和化學(xué)法的缺陷[5]。但是，由于微生物生長對營養(yǎng)物質(zhì)、pH、鹽度、溫度等條件有一定要求，因此，常規(guī)的微生物法難以適應(yīng)染料廢水含鹽量高、水質(zhì)波動大、毒性高的特點[6]。生物強化技術(shù)是解決染料廢水生物處理效果不佳的可行途徑，而獲得具有耐鹽和對偶氮染料強脫色能力的菌株則是應(yīng)用生物強化技術(shù)的關(guān)鍵[7-9]。

本研究團隊從污水處理廠的活性污泥中分離篩選出一株耐鹽絮凝菌（命名為H-6菌），初步試驗表明對偶氮染料具有較好的脫色能力。為此，我們以偶氮染料直接墨綠為模型化合物，研究該菌對偶氮染料的脫色可行性及其培養(yǎng)條件對脫色效果的影響，為生物強化處理偶氮染料廢水積累生物資源及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 菌種來源

菌種由污水處理廠的活性污泥中分離篩選而得，命名為H-6菌。

1.2 染料

直接墨綠由浙江省某染料化工有限公司提供，其它試劑均為分析純。

1.3 培養(yǎng)基

查氏固體培養(yǎng)基: NaNO32 g，K2HPO41 g，KCl 0.5 g，MgSO4 0.5 g，F(xiàn)eSO40.01 g，蔗糖20 g，瓊脂20 g，水1000 ml，pH為7。

基礎(chǔ)培養(yǎng)基: NaNO32 g，K2HPO41 g，KCl 0.5 g，MgSO4 0.5 g，F(xiàn)eSO4 0.01 g，蔗糖20 g，水1000 mL，pH自然。

染料培養(yǎng)基: 在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入一定量的染料。

1.4 脫色試驗

1.4.1菌株的發(fā)酵液脫色

菌種活化后，用無菌水制成濃度為2.0×106~3.0×106個/mL的孢子懸浮液，充分振蕩，以1%的接種量分別加入含300 mL基礎(chǔ)培養(yǎng)基和染料培養(yǎng)基的500 mL三角瓶中，置恒溫搖床中，150 r/min、30 ℃下培養(yǎng)72 h。

1.4.2 菌絲球的吸附脫色

將基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的發(fā)酵液靜置后收集的菌絲球經(jīng)無菌水洗滌三次后于40 ℃烘干，然后轉(zhuǎn)移到含300 mL染料廢水(染料濃度同染料培養(yǎng)基)的500 mL三角瓶中，置脫色搖床中，180 r/min振蕩脫色24 h。

1.4.3 發(fā)酵液的絮凝脫色

將1.4.1中基礎(chǔ)培養(yǎng)基發(fā)酵產(chǎn)物靜置后的上清液即為液態(tài)絮凝劑，向該液態(tài)絮凝劑加入與染料培養(yǎng)基相同濃度的染料，脫色搖床中，180 r/min振蕩脫色24 h。

1.5 脫色特性研究

改變溫度、pH、鹽度、轉(zhuǎn)速、染料濃度和碳源等，考察這些因素對直接墨綠脫色效果的影響，探索菌株H-6的最佳脫色條件。

1.6 脫色后菌體干重的測定

300 mL培養(yǎng)液經(jīng)過濾，收集菌體，置干燥箱，80 ℃烘干至恒重，所得干重減去吸附在菌體上的染料質(zhì)量即為菌體干重。

1.7 脫色能力的測定

用UV-2550型紫外可見分光光度計對實驗所用偶氮染料進行波長掃描，獲得各實驗染料在可見光區(qū)的最大吸收波長，把脫色處理的染料廢水取樣離心（8000 r/min，10 min），用分光光度計于染料最大吸收波長處測其上清液的OD（B），未經(jīng)脫色處理的染料廢水作空白，即為染料初始OD（A），計算脫色率，以脫色率表示菌株的脫色能力。

脫色率 = (A-B)/A×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對脫色效果的影響:

在溫度20~45 ℃范圍內(nèi)，H -6菌形成的菌絲球及其胞外產(chǎn)物均具有脫色效果，脫色能力變化趨勢與發(fā)酵脫色一樣，均為先升高后降低。在20~40 ℃范圍內(nèi)，菌體干重隨溫度升高而增加，但超過40 ℃時，菌體干重隨溫度升高而減少。

圖1 溫度對脫色率的影響

2.2 pH對脫色效果的影響

圖2 pH值對脫色率及菌體生長的影響

由圖2可知，隨pH值的增大，H-6菌的發(fā)酵過程脫色效果、菌絲球、H-6菌胞外產(chǎn)物的脫色率都是先增加后減少，其中pH為6時發(fā)酵脫色率和菌體生長量都是最高，分別為99.0%和0.86g；而pH為 9時脫色率只有12.4%。

2.3 濃度對脫色效果的影響

圖3 鹽度對發(fā)酵脫色率及菌體生長的影響

由圖3可知，鹽度從0增加至75 g/L時，H-6菌對直接墨綠的脫色效果和菌體生長情況均很好，發(fā)酵脫色率在96.0 %以上。但當(dāng)鹽度達到125 g/L時，菌體生長受到抑制其生長量僅為0.2 g，發(fā)酵脫色率也只有25.1 %。

2.4 轉(zhuǎn)速對脫色效果的影響

圖4 轉(zhuǎn)速對脫色率的影響

由圖4可知，隨轉(zhuǎn)速的增加，菌株發(fā)酵脫色率逐漸增加。低于120 r/min時，脫色率顯著下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速高于150 r/min時，菌株發(fā)酵脫色率基本保持在99.0%。

2.5 染料濃度對脫色效果的影響

圖5 染料濃度對發(fā)酵脫色率及菌體生長的影響

染料濃度在50~300 mg/L范圍內(nèi)，其脫色率均高達99 %左右。但當(dāng)染料濃度超過300 mg/L時，脫色率隨著染料濃度增加而降低，400 mg/L時脫色率降低到16.3 %。

3 討論

目前，生物法處理染料污水主要通過吸附作用或降解作用去除染料。雖然利用真菌的胞外酶降解系統(tǒng)，可以同時降解多種染料，但需在無菌操作下完成，因此無法長期發(fā)揮降解作用。相對降解脫色，吸附脫色可同時吸附多種染料，不受廢水環(huán)境、營養(yǎng)供給等因素的影響，且無二次污染，因而引起眾多學(xué)者的關(guān)注[13]。目前的研究主要集中在菌絲球、微生物絮凝劑的吸附性能研究，而對既能產(chǎn)微生物絮凝劑而又能形成菌絲球的真菌吸附脫色還沒有研究報道。

我們的研究結(jié)果表明，H-6菌在適宜條件下能以直接墨綠染料為基質(zhì)生長，且脫色率最高達到99.2%左右；同時我們還觀察到在沒有基質(zhì)存在的直接墨綠染料廢水中，H-6菌形成的菌絲球也能使廢水脫色，脫色率為85.0%左右，這種脫色主要是吸附脫色；并且，H-6菌的胞外產(chǎn)物也能使直接墨綠染料脫色，且脫色率最高達到85.0%左右。我們以前的研究結(jié)果表明H-6菌的胞外產(chǎn)物能使造紙廢水絮凝沉淀[14]。由此我們可推斷H-6菌對直接墨綠染料廢水脫色的作用具備吸附脫色和孢外產(chǎn)物絮凝脫色兩種。

我們還觀察到H-6菌在酸性條件下生長良好，脫色效果好，但當(dāng)pH值超過7.0時，菌體的生長受到抑制，脫色能力急劇下降；并且我們觀察到，當(dāng)pH為7.0時，其菌體生長量并未下降，但絮凝脫色能力則下降了10%，這可能是其pH值影響到絮凝能力，但其作用機理仍不清楚有待進一步研究。

綜上所述：H-6菌通過生物吸附作用和凝聚作用脫色直接墨綠溶液，鹽度、染料濃度和培養(yǎng)溫度對H-6的脫色率影響不大，而初始 pH值對H-6的脫色率影響大；在溫度30℃，pH為6，轉(zhuǎn)速150 r/min，染料濃度為100 mg/L、培養(yǎng)72 h，H-6菌株對直接墨綠脫色率可達99.2%；H-6能夠在較寬泛的環(huán)境條件下脫色直接墨綠溶液，將為含染料廢水的處理提供新材料。

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DECOLORIZATION PERFORMANCE OF A STRAIN OF HALOTOLERANT FLOCCULANT BACTERIA

ZENG Jian-zhong,*LIN Jun-yue, LI Rong-cheng

(School of Life Sciences, Jinggangshan University, Ji’an, Jiangxi 343009, China)

C.I. direct green 6 dye as research object, the decolourization performance of H-6 strain of halotolerant flocculant bacteria was investigated at different temperature, pH values, salt concentrations, initial concentrations of dye. The results indicated that it has two kinds of decoloring process as the mycelia-adsorption decolorization and the flocculant-cohesion decolorization. The optimal conditions are as follows: rotational speed of 150 r/min, culture temperature for 30 ℃, and NaCl 75 of g/L, and pH 7. Under these conditions, 90% decolorization rate for 100 mg /L C.I. direct green 6 dye were obtained.

halotolerant flocculant bacteria; C.I. direct green 6 dye; decolorization

X703.5

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2014.02.007

1674-8085(2014)02-0031-04

2013-06-06；

2014-02-16

江西省教育廳科技計劃項目(2009ZDG049000，GJJ12469)；江西省自然科學(xué)基金項目(20132BAB203022)

曾建忠(1968-)，男，江西吉安人，副教授，主要從事環(huán)境微生物研究(E-mail:zjz100769@126.com);

*林俊岳(1972-)，男，江西吉安人，副教授，碩士，主要從事水環(huán)境污染防治研究(E-mail:13979656848@163.com);

李榕城(1991-)，男，福建福州人，井岡山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院環(huán)境科學(xué)專業(yè)2008級本科生(E-mail:lirongcheng@163.com).