兼氧混合菌對亞甲基藍(lán)廢水生物降解實(shí)驗(yàn)研究

黃明強(qiáng)，王偉藝，葉寶水，林麗云，魏雪琳

兼氧混合菌對亞甲基藍(lán)廢水生物降解實(shí)驗(yàn)研究

黃明強(qiáng)1，2，王偉藝2，葉寶水1，林麗云1，魏雪琳1

（1.福建省綠標(biāo)生物科技有限公司，福建 廈門 361100；2.廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院，福建 廈門 363105）

采用廈門某生物科技有限公司提供的兼氧混合菌為研究對象，利用相關(guān)設(shè)備進(jìn)行中試實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該項(xiàng)技術(shù)的可行性。同時探究了重金屬對該混合菌種生物降解能力的影響，通過中試實(shí)驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)5mg/L的重鉻酸鉀和硫酸銅均對該混合菌種的生物降解能力有一定的影響，并且硫酸銅的影響大于重鉻酸鉀。此外該技術(shù)對甲基橙、剛果紅廢水也有一定的生物降解能力，這為兼氧混合菌用于印染廢水處理提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

兼氧混合菌；亞甲基藍(lán)；重金屬；甲基橙；剛果紅

引言

印染廢水因其COD濃度高、色度高、難降解、水量大、變化多等特點(diǎn)已成為當(dāng)下治理難度較大的工業(yè)廢水之一［1］。由于傳統(tǒng)的物理法和化學(xué)法處理印染廢水或多或少地存在處理費(fèi)用高、COD去除率低、脫色效果一般、可能引起二次污染等問題，因此國內(nèi)外對印染廢水的最終處理手段還是以生化法為主［2］。在生化法中，盡管厭氧工藝已被證明是非常有效的［3］，但因?yàn)榧嫜跆幚項(xiàng)l件不苛刻，并且能同樣高效地降解染料，所以厭氧-好氧工藝將逐漸取代完全厭氧［4］。本文以兼氧混合菌作為印染廢水生物法處理菌劑，結(jié)合廈門某生物科技有限公司相關(guān)設(shè)備，進(jìn)行了兼氧混合菌對印染廢水的生物降解的實(shí)驗(yàn)研究。

1　實(shí)驗(yàn)材料

1.1實(shí)驗(yàn)用水

采用自配的亞甲基藍(lán)溶液模擬印染廢水，將0.5g亞甲基藍(lán)溶于50L自來水中。配置完成后經(jīng)過測定，亞甲基藍(lán)廢水的初始指標(biāo)為：濃度10mg/L；吸光度1.076。

1.2兼氧混合菌

實(shí)驗(yàn)采用的兼氧混合菌由廈門某生物科技有限公司提供，該產(chǎn)品由經(jīng)篩選得到的能夠快速分解有機(jī)物料的芽孢桿菌、酵母菌、曲霉、放線菌等多種微生物，結(jié)合先進(jìn)的復(fù)合菌劑制備技術(shù)研制而成，無需大量的曝氣或嚴(yán)格的厭氧環(huán)境即可生長，具有設(shè)備簡單、操作方便、能耗低、運(yùn)行成本低等諸多特點(diǎn)，而且該菌種經(jīng)特殊馴化，較一般的微生物具有更強(qiáng)的生命力和環(huán)境適應(yīng)能力，即使在高熱、高pH值的苛刻環(huán)境中也能充分發(fā)揮作用。

1.3實(shí)驗(yàn)試劑與設(shè)備（見表1、表2）

表1 實(shí)驗(yàn)試劑

表2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

2　實(shí)驗(yàn)裝置及工藝流程

中試流程如圖1所示，亞甲基藍(lán)廢水從圖片右上角的水箱進(jìn)入，依次經(jīng)過兼氧池、厭氧池、好氧池，最后出水。取樣過程中依次取原液、兼氧池出水、厭氧池出水以及最終出水作為樣本，利用公式分別計算各個階段的亞甲基藍(lán)去除率。

圖1 中試流程

3　分析項(xiàng)目與方法

本實(shí)驗(yàn)通過紫外分光光度法測定亞甲基藍(lán)的去除率，具體操作是應(yīng)用752型紫外分光光度計在665nm波長下測定亞甲基藍(lán)溶液的吸光度，然后利用下列公式計算亞甲基藍(lán)的去除率。

式中：η— 亞甲基藍(lán)去除率，%；

A0— 進(jìn)水吸光度，A；

A1— 出水吸光度，A。

4　實(shí)驗(yàn)過程

該中試原理是將經(jīng)過特殊工藝處理的針葉樹（衫、松、柏）或竹科植物的片屑作為印染廢水處理菌的載體，使微生物的凈化能力得到最大限度的發(fā)揮，通過兼氧池的兼氧發(fā)酵、厭氧池的厭氧發(fā)酵以及好氧池的好氧分解，從而達(dá)到去除染料分子的目的。

本次中試總共分為四個階段：

第一個階段，在實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)之上加大進(jìn)水水量，探究兼氧混合菌在增大水力負(fù)荷情況下的處理效果，該階段亞甲基藍(lán)濃度為5mg/L；

第二個階段，在第一個階段的基礎(chǔ)之上在廢水里面分別加入5mg/L的重鉻酸鉀以及硫酸銅，探究重金屬對該混合菌種生物降解能力的影響；

第三個階段，在第一個階段的基礎(chǔ)之上增大進(jìn)水的亞甲基藍(lán)濃度，達(dá)到50mg/L，模擬工業(yè)中的真實(shí)情況，探究該項(xiàng)技術(shù)實(shí)際運(yùn)行的可行性；

第四個階段，在第三個階段的基礎(chǔ)之上改變進(jìn)水的類型，將進(jìn)水的亞甲基藍(lán)依次改變?yōu)榧谆群蛣偣t，濃度分別定為50mg/L和10mg/L，探究該混合菌種處理較難降解染料分子的能力，以期拓寬該項(xiàng)技術(shù)的處理領(lǐng)域。

細(xì)菌馴化過程中兼氧池、厭氧池、好氧池的菌種投加量分別為0.8kg、0.4kg、0.4kg，其余各項(xiàng)操作過程均與小試階段相同，每個實(shí)驗(yàn)周期為3天。

5　結(jié)果分析與討論

5.1第一階段

從圖2可以看出亞甲基藍(lán)褪色非常明顯，到厭氧出水時候就已經(jīng)看不到藍(lán)色，只是濁度稍大，這表明亞甲基藍(lán)主要是在兼氧階段被去除的。由圖3可知，各個階段具體的去除率如下：兼氧階段亞甲基藍(lán)去除率為90.40%～91.92%，平均去除率為91.25%；厭氧階段亞甲基藍(lán)去除率為25.00%～40.35%，平均去除率為28.41%；好氧階段亞甲基藍(lán)去除率為23.62%～32.50%，平均去除率為27.06%；整個流程亞甲基藍(lán)去除率為95.12%～95.96%，平均去除率為95.41%。

圖2 第一階段出水顏色比較

5.2第二階段

5.2.1重鉻酸鉀對系統(tǒng)運(yùn)行的影響

從圖4可以看出加入重鉻酸鉀之后，各個池中的出水顏色與第一階段的出水顏色肉眼看起來差別不大，所以從下面的具體去除率數(shù)據(jù)中分析兩者的差別。

圖4 加入重鉻酸鉀后實(shí)驗(yàn)出水比較

圖5 重鉻酸鉀實(shí)驗(yàn)中亞甲基藍(lán)的去除率

由圖5可知，該實(shí)驗(yàn)中各階段的亞甲基藍(lán)去除率如下：兼氧階段亞甲基藍(lán)去除率為83.19％～84.60％，平均去除率為84.09％，比第一階段實(shí)驗(yàn)的去除率低7.16％；厭氧階段亞甲基藍(lán)去除率為20.45％～25.56％，平均去除率為23.77％，比第一階段實(shí)驗(yàn)低4.64％；好氧階段去除率為22.39％％～30.56％，平均去除率為25.12％，比第一階段實(shí)驗(yàn)低1.94％；總體去除率為89.15％～90.80％，平均去除率為88.11％，比第一階段實(shí)驗(yàn)低7.3％。由以上結(jié)果可知，重鉻酸鉀對該微生物菌種的生物降解能力產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響，這是因?yàn)橹劂t酸鉀有一定的致突變性，會導(dǎo)致部分微生物發(fā)生變異，使得部分微生物喪失了原有的功能，實(shí)驗(yàn)中之所以對系統(tǒng)影響不是很明顯可能是因?yàn)橹劂t酸鉀的濃度偏低，還未達(dá)到引起嚴(yán)重負(fù)面效應(yīng)的濃度。

5.2.2硫酸銅對系統(tǒng)運(yùn)行的影響

從圖6可以看出，加入硫酸銅之后，各階段的出水仍可明顯看出還存有藍(lán)色，尤其以兼氧出水最為明顯。由圖7可知，該實(shí)驗(yàn)中各階段的亞甲基藍(lán)去除率如下：兼氧階段亞甲基藍(lán)去除率為65.44%～67.44%，平均去除率為66.36%，比第一階段實(shí)驗(yàn)的去除率低24.89%；厭氧階段亞甲基藍(lán)去除率為22.34%～27.80%，平均去除率為25.60％，比第一階段實(shí)驗(yàn)的去除率低2.81％；好氧階段亞甲基藍(lán)去除率為16.33％～20.26％，平均去除率為18.09％，比第一階段實(shí)驗(yàn)低8.97％；總體去除率為78.96％～79.97％，平均去除率為79.51％，比第一階段實(shí)驗(yàn)低15.9％。從數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)硫酸銅對該菌種生物降解能力的影響還是比較明顯，并且要強(qiáng)于重鉻酸鉀，這是因?yàn)榱蛩徙~本身就是一種殺菌劑，而且重金屬離子中Hg+、Ag+、Cu2+的殺菌作用是最強(qiáng)的，它們使細(xì)胞蛋白失活或與酶的-SH基團(tuán)結(jié)合使之變性，隨著硫酸銅濃度的升高影響會更加顯著。

圖6 加入硫酸銅后實(shí)驗(yàn)出水比較

圖7 硫酸銅實(shí)驗(yàn)中亞甲基藍(lán)的去除率

5.3第三階段

從圖8中可以看出兼氧出水仍呈現(xiàn)明顯的藍(lán)色，這與進(jìn)水本身顏色較深有關(guān)，但到了厭氧出水就基本看不到明顯的亞甲基藍(lán)顏色了。具體效果要看各個階段亞甲基藍(lán)的去除率。

圖8 第三階段出水顏色比較

從圖9中可以看出，亞甲基藍(lán)的去除依然主要是在兼氧階段完成的，具體情況如下：兼氧階段亞甲基藍(lán)去除率為83.57％～84.36％，平均去除率為83.83％；厭氧階段亞甲基藍(lán)去除率為88.32％～91.23％，平均去除率為90.00％；好氧階段亞甲基藍(lán)去除率為54.05％～71.74％，平均去除率為62.84％；總體去除率為99.25％～99.54％，平均去除率為99.41％。

圖9 第三階段亞甲基藍(lán)去除率

從以上數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，較之前實(shí)驗(yàn)，本次實(shí)驗(yàn)在各個階段以及總體的亞甲基藍(lán)去除率上均有所提高。通過分析可知，由于本次實(shí)驗(yàn)的亞甲基藍(lán)濃度擴(kuò)大了10倍，單純靠某個階段的細(xì)菌作用還不足以較完全地降解亞甲藍(lán)染料分子，必須多種細(xì)菌協(xié)同作用才能達(dá)到效果，同時由于該系統(tǒng)長時間地運(yùn)行，各個反應(yīng)池里的細(xì)菌也越來越適應(yīng)了亞甲基藍(lán)廢水環(huán)境，亞甲基藍(lán)降解能力得到進(jìn)一步提升，因此在本次實(shí)驗(yàn)中各個階段的細(xì)菌都最大限度地發(fā)揮了自身作用，最終亞甲基藍(lán)的去除率也達(dá)到了理想的99.41%。

5.4第四階段

5.4.1甲基橙實(shí)驗(yàn)

從圖10中可以看到，出水還是呈現(xiàn)肉眼可見的橙色，各個池的出水吸光度（最大吸收波長為463nm）如下：進(jìn)水吸光度為1.796，兼氧出水吸光度為1.432，厭氧出水吸光度為0.914，好氧出水吸光度為0.406。各個階段的甲基橙去除率如下：兼氧階段去除率為20.27%，厭氧階段去除率為36.17%，好氧階段去除率為55.58%，總體去除率為77.39%。從出水顏色以及去除率數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)對甲基橙的去除效果不如亞甲基藍(lán)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)分析主要有兩個方面的原因：1）甲基橙屬于偶氮染料，而該類型染料相對于亞甲基藍(lán)來說更難被生物降解，處理難度更大；2）該實(shí)驗(yàn)是為了探究在突然改變進(jìn)水類型的情況下系統(tǒng)中的細(xì)菌能否正常發(fā)揮作用，因此在通入甲基橙廢水前并未進(jìn)行相關(guān)的馴化操作，這在一定程度上也影響了細(xì)菌的降解能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該混合菌種對較難處理的偶氮染料依然保持了較高的處理效率。

圖10 甲基橙實(shí)驗(yàn)出水顏色比較

5.4.2剛果紅實(shí)驗(yàn)

從圖11中可以看出，最終出水呈現(xiàn)橙紅色，這是因?yàn)閯偣t作為一種指示劑在堿性條件下呈紅色，這也說明了經(jīng)過該菌種降解之后的溶液呈堿性。各個池中出水的吸光度如下：進(jìn)水為0.143，兼氧階段為0.038，厭氧階段為0.032，好氧階段為0.021。各個階段的剛果紅去除率如下：兼氧階段為73.43%，厭氧階段為15.79%，好氧階段為34.38%，總體去除率為85.31%?？梢钥闯鲈摼N對剛果紅還是保持了較好的去除效果，當(dāng)然這也與剛果紅廢水的濃度較低有關(guān)。

圖11 剛果紅實(shí)驗(yàn)出水顏色比較

6　結(jié)論

經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)表明，廈門某生物科技有限公司生產(chǎn)的兼氧混合菌劑對于染料廢水的生物降解處理具有非常好的處理效果。

通過實(shí)驗(yàn)可知，該菌種對于印染廢水的生物降解作用主要是發(fā)生在兼氧階段，同時一定濃度的重金屬離子對整個系統(tǒng)的運(yùn)行有一定的影響。后期的甲基橙實(shí)驗(yàn)和剛果紅實(shí)驗(yàn)表明，該菌種對所處環(huán)境的適應(yīng)能力和耐受程度還是較強(qiáng)的，在突然改變進(jìn)水類型的情況下依然可以保持較高的處理效率，而且該菌種的作用范圍也比較廣泛，不局限于較容易處理的染料廢水，對結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定的偶氮染料分子也有良好的去除效果。

［1］ 李家珍.染料、染色工業(yè)廢水處理［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997.

［2］ 彭躍蓮，韓燕勛，李建中，等.生物技術(shù)在印染和染料廢水處理技術(shù)中的［J］.環(huán)境科學(xué)進(jìn)展，1997，5（3）：56-64.

［3］ Neill CO，Hawkes FR，Hawkes DL，et al.Anaerobie-aerobic biotrealment of simulat ed textile effluent containing varied rations of st arch and azo dye［J］. Water Res，2000，34（8）：2355-2361.

［4］ Panswad T，Techovanich A，Anotai J.Comparison of dye wastewater treatment by nomal and anoxie+anaerobic SBR activated sludge processes［J］. Water Sci Technol，2004，43（2）：355-362.

［5］ 吳薩日娜，武志云.印染廢水的常用脫色方法的探討［J］.河北紡織，2007，25（3）：86-87.

［6］ 嘴利牙尖.亞甲基藍(lán)（Z）.http：//baike.baidu.com/view/292855.htm.2012-3-5.

［7］ 奚旦立，陳季華，劉振鴻.兼氧技術(shù)—有機(jī)廢水處理的新方法［J］.中國紡織大學(xué)學(xué)報，1997，23（4）：52.

［8］ 雷弢，仝攀瑞，陳方方.印染廢水的厭氧（兼氧）生物降解研究進(jìn)展［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2010，35（11）：71.

［9］ 張旭，陳勝，孫德智.印染廢水生物處理技術(shù)研究進(jìn)展［N］.長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報，F(xiàn)eb.2009（30）.

［10］ 安虎仁，錢易，顧夏聲.染料在好氧條件下的生物降解性能［J］.環(huán)境科學(xué)，1994（6）：16-19.

［11］ 曾國驅(qū)，任隨周.ABR結(jié)合SBR法處理印染廢水的研究［J］.微生物學(xué)通報，2005，32（6）：68-73.

［12］ 李再磊.兼氧-好氧染料廢水處理系統(tǒng)中酶活性的研究［D］.上海：東華大學(xué)，2009.

Experimental Research on Bio-degradation of Methylene Blue Wastewater by Adopting Facultative Oxygen Mixed Bacterium

HUANG Ming-qiang1，2， WANG Wei-yi2， YE Bao-shui1， LIN Li-yun1， WEI Xue-lin1
（1.Fujian Lvbiao Bio-science and Technology Co.， Ltd， Fujian Xiamen 361100；2.Jiageng College of Xiamen University， Fujian Xiamen 363105， China）

By adopting facultative oxygen mixed bacterium provided by a certain Xiamen bio-science and technology Co.， Ltd as a research object， the paper uses the relevant equipment to carry out the primary production test， and validates the feasibility of the technology. At the same time， the paper probes into the impact of heavy metal on the bio-degradation capacity of the mixed bacterium genus. Through the primary production test， it shows a definite impact of 5mg/L potassium dichromate and bluestone on the bio-degradation capacity of the mixed bacterium genus， and also the impact of bluestone is greater than potassium dichromate. The technology has a definite bio-degradation capacity to the wastewater of methyl orange and Congo red. It shows that the facultative oxygen mixed bacterium used to treat the wastewaters of printing and dyeing， provides an experimental principle.

facultative oxygen mixed bacterium； methylene blue； heavy metal； methyl orange； Congo red

X703

A

1006-5377（2015）07-0053-05