以殼聚糖為載體的固定化微生物處理洗毛廢水研究

摘 要：為減少洗毛廢水對環(huán)境的污染和洗毛落物對環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)廢水循環(huán)利用。制備了殼聚糖與聚氨酯共混生物膜，并選擇醬油曲霉作為固定化微生物，將其固定在該膜上，研究了pH值、溫度和碳源等對固化共混膜處理洗毛廢水中COD和SS的影響。結(jié)果表明：當(dāng)pH為6，溫度為30 ℃，蔗糖為碳源時(shí)，COD和SS去除效果最好，處理后廢水達(dá)到了GB 8979-1996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

關(guān)鍵詞：殼聚糖；固定化；醬油曲霉；洗毛廢水

中圖分類號(hào)：TS133. 2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）33-0167-02

1 背景概述

毛紡織工業(yè)中的洗毛廢水是主要的水污染源之一，主要含有羊毛脂、洗滌劑、羊汗、羊糞、草屑和短毛等雜物[1-3]。目前，破壞溶液體系的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)固液分離，是處理洗毛廢水的最有效方法之一。

研究表明生化法對去除洗毛廢水中的污染物效果顯著，該法主要通過微生物的作用使洗毛廢水失去穩(wěn)定性，即固液兩相失去平衡，進(jìn)而達(dá)到固液分離的目的[4]。殼聚糖因具有良好的生物相容性、生物可降解性、成膜性和無毒害性等，可作為吸附劑、絮凝劑用于廢水的脫色、重金屬離子的回收、食品生產(chǎn)業(yè)廢水的絮凝反應(yīng)和生物固定化載體等[5-8]，因而受到廣泛關(guān)注。

本文采用具有生物相容性的殼聚糖作為載體，利用微生物固定化技術(shù)對洗毛廢水進(jìn)行處理，并通過洗毛廢液中COD及SS的去除率來研究處理效果。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 原料、試劑與儀器

洗毛廢水：源于遼寧超懿工貿(mào)集團(tuán)有限公司洗毛車間，其中COD質(zhì)量濃度為12 000 mg/L，SS質(zhì)量濃度為1 935 mg/L；醬油曲霉購自遼寧省菌種保藏中心；殼聚糖（80 M），山東奧康生物科技有限公司；聚氨酯為市售。

試劑：蔗糖、硝酸鈉、硫酸亞鐵、磷酸氫二鉀、硫酸鎂等均購于天津科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心。

儀器：高壓蒸汽滅菌鍋（ES-315，TOMY）；生化培養(yǎng)箱（LRH-250

A，廣東省醫(yī)療器械廠）；恒溫振蕩培養(yǎng)箱（SPX-150-Z，上海一恒科技有限公司）；超凈工作臺(tái)（SW-CJ-2FD），電熱恒溫水浴鍋（DK-S28，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；精密pH計(jì)（PHS-3C）；磁力攪拌器（JB-2，上海雷磁新涇儀器有限公司）。

2.2 醬油曲霉的活化

醬油曲霉培養(yǎng)基：蔗糖30.0 g，硝酸鈉3.0 g，硫酸鎂0.5 g，硫酸亞鐵0.01 g，磷酸氫二鉀1.0 g，蒸餾水1.0 L。

醬油曲霉在pH值6.0和培養(yǎng)溫度25 ℃條件下培養(yǎng)48 h后，保存于4 ℃冰箱中備用。

2.3 殼聚糖膜的制備

①將3 g殼聚糖放入圓底燒瓶中，并加入DMF，60 ℃下加熱攪拌，使殼聚糖充分溶解；

②加入1 g碳源（蔗糖），充分?jǐn)嚢瑁?/p>

③加入7 g聚氨酯，繼續(xù)攪拌直到形成乳狀透明溶液；

④溶液經(jīng)脫泡處理后平鋪于玻璃板上，自然晾干。

2.4 醬油曲霉的固定化

將殼聚糖共混生物膜懸掛在盛有醬油曲霉的燒杯中，并加入培養(yǎng)醬油曲霉的培養(yǎng)基，然后放入震蕩培養(yǎng)箱中28 ℃培養(yǎng)固定化72 h。

2.5 性能測試

①膜的形貌特征：通過掃描電子顯微鏡SEM（JEOL JSM-64

60LV，日本電子株式會(huì)社）觀察其膜的表面和橫截面形態(tài)特征；

②COD和SS測試：測試固化共混膜處理后的洗毛廢水中COD及SS的去除率。

3 結(jié)果與討論

3.1 膜的形貌特征

從SEM觀察可知，生物膜表面有圓形或橢圓形的孔洞，橫截面呈多孔海綿狀結(jié)構(gòu)，為碳源緩釋和菌種生長提供了有利條件。實(shí)驗(yàn)選用干法制膜，膜的表面比較粗糙，力學(xué)性能與濕法制膜相當(dāng)，對微生物固定化更為有利。生物膜表面及橫截面形態(tài)，如圖1所示。

3.2 COD及SS去除效果分析

3.2.1 pH值對COD和SS去除效果的影響

測試固定化醬油曲霉對洗毛廢水在pH分別為4、6、8和10時(shí)的絮凝效果的影響，洗毛廢水pH值與COD和SS除去率的關(guān)系，如圖2所示。

由圖2可知，COD的去除率和SS去除率隨著pH值的增大，先是增大然后減小，當(dāng)pH值為6時(shí)達(dá)到最大，此時(shí)醬油曲霉絮凝劑的合成達(dá)到最佳，pH值過高或是過低都影響絮凝劑的合成，從而影響COD和SS的去除效率。

3.2.2 溫度對COD和SS去除效果的影響

在處理溫度分別為26 ℃、28 ℃、30 ℃、32 ℃和34 ℃條件下，分別對洗毛廢水的處理效果進(jìn)行測試，以COD和SS的去除率為指標(biāo)，測試結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，隨著溫度的升高，COD和SS去除率先增加后減小。溫度過低，醬油曲霉的新陳代謝緩慢，絮凝劑的合成緩慢；溫度過高，代謝也會(huì)受到抑制，影響微生物的酶的活性，從而絮凝劑的合成和絮凝效果均受到影響。

3.2.3 碳源對COD去除效果的影響

在固定化膜中分別用蔗糖、葡萄糖和可溶性淀粉作為碳源與共混膜進(jìn)行混合，對其進(jìn)行固定化，并處理洗毛廢水，測試其對COD和SS去除率的影響，其結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，在蔗糖、葡萄糖和可溶性淀粉中，蔗糖為最佳碳源。碳源對醬油曲霉的生長至關(guān)重要，缺乏必要的碳源，曲霉的生長受到限制，也不具有絮凝活性。

另外，由于固定化的特殊性，這種膜對碳源的緩釋有特殊的影響，因而影響絮凝的效果。

最后，固定化膜選用蔗糖為碳源與共混膜進(jìn)行混合，對其進(jìn)行固定化，在pH為6，溫度為30 ℃時(shí)處理洗毛廢水，檢測結(jié)果表明處理后洗毛廢水的COD質(zhì)量濃度由12 000 mg/L減少到 198 mg/L，懸浮物質(zhì)量濃度（SS）由1 935 mg/L減少到125 mg/L，達(dá)到了GB 8979-1996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。與傳統(tǒng)的非固定化處理方法相比，微生物處理洗毛廢水，在提高降解有機(jī)物效率的同時(shí)，也大大縮短了處理洗毛廢水的周期。

4 結(jié) 論

采用干法制膜制備了內(nèi)附碳源（蔗糖）的殼聚糖和聚氨酯的共混生物膜，該膜具有多孔結(jié)構(gòu)，有利于碳源的緩釋和菌種生長。采用蔗糖為碳源制備的生物膜進(jìn)行洗毛廢水處理實(shí)驗(yàn)，當(dāng)pH為6，溫度為30 ℃時(shí)，處理后洗毛廢水的COD質(zhì)量濃度由 12 000 mg/L減少到198 mg/L，懸浮物質(zhì)量濃度（SS）由1 935 mg/L減少到125 mg/L，達(dá)到了GB 8979-1996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。

參考文獻(xiàn)：

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[5] 陳天明，王世和，許琦.殼聚糖及其衍生物廢水處理進(jìn)展和含酚廢水應(yīng) 用前景[J].化工科技市場，2006，（6）.