脱色偶氮染料细菌筛选及固定化强化SBR生物脱色的研究

摘要

偶氮类活性染料是纺织印染工业中应用最为广泛的一类染料。偶氮染料和其代谢物具有的致癌、致畸、致突变的作用，对人类及其所生存的环境造成了极大的危害。细菌极强的繁殖力和环境适应性，为其在印染废水处理的应用中奠定了基础。
　　 本研究采用梯度平板分离法，从活性污泥中筛选分离得到了一株高效脱色偶氮染料活性黑5的细菌RB5-M1。经细菌形态学观察、生理生化试验及16S rRNA基因序列分析，鉴定菌株RB5-M1为嗜水气单胞菌，命名为Aeromonas hydrophila strain RB5-M1。取10 mL菌液加入90 mL的染料培养基中，温度为35℃，pH8.0，厌氧条件(氮气85％、二氧化碳6%)培养。24 h测定的平均脱色率可达94.1%，最高脱色率为99.8%。菌株RB5-M1在温度20-40℃、pH5.0-9.0时，均可对染料脱色，其中脱色最适温度为35℃、最佳pH为8.0。且该菌可适当调节环境酸碱度，有降低染料废水碱污染的能力。
　　 菌株RB5-M1在厌氧条件(氮气85%、二氧化碳6%)下培养时，在培养初期0-24 h内，脱色速率上升很快，脱色效果明显高于静置培养和好氧培养方式；而进入中后期24-72 h，静置培养方式的脱色速率显著上升；在培养72 h后静置培养与厌氧培养方式最终的脱色效率持平。从经济成本考虑，若实际生产中设计适当的反应器，采用静置培养方式来对染料废水进行脱色处理，相比于厌氧或好氧方式或可在达到预期效果的同时，大大节约处理成本。
　　 当活性黑5初始浓度C0为50 mg/L时，菌体延滞期低于5h，6h测得OD600为0.313：当C0为200 mg/L时，菌体的生长延滞期为12 h，当C0为300 mg/L时，菌体的生长延滞期接近60 h。初始浓度(C0)为50 mg/L～250 mg/L时，用Monod零级反应方程拟合具有较高的相关性，说明零级反应方程能够较好地描述脱色过程，即菌株RB5-M1能以较为恒定的速率脱色活性黑5。而初始浓度(C0)为300 mg/L时，零级反应方程、一级反应方程、二级反应方程的相关系数R2较为接近，考虑到数据点选取的不同可能造成的误差，因此初始浓度大于300 mg/L的染料溶液脱色规律或更符合一级以上动力学方程模型。
　　 当冷却温度为30℃、PVA与海藻酸钠浓度比为10:1、氯化钙浓度为2%、明胶浓度为0.2%时，获得的固定化颗粒I1机械强度较好、包埋量较多，在SBR反应器中初期对模拟染料废水的脱色率较高，后期脱色率明显下降，运行10个周期依然具有脱色效果，颗粒物理形态良好。当氯化钙浓度2%、明胶浓度0.3%、PVA与海藻酸钠浓度9:2、冷却温度20℃，获得的固定化颗粒I2的渗漏量较低，在SBR反应器中运行7个周期内脱色率均可保持在66%以上。
　　 固定化颗粒连续脱色10次以内，脱色率高于61%，渗漏量低于24.53×107个/mL。固定化颗粒在储存前30天中活性良好。脱色率稳定在80%以上。低温条件下，储存时间超过30天的固定化颗粒，直接进行脱色试验，脱色率约为65%。单独含有固定化颗粒或驯化污泥的反应器C1、C2，其在COD去除率、TOC去除率、脱色率方面的表现均不如同时含有两者的反应器C3。由此可见固定化优势脱色菌强化SBR法处理模拟染料废水试验有良好的应用前景。