活性黑5脱色菌的固定化及其处理染料废水的应用研究

摘要

论文以实验室前期筛选的活性黑5高效脱色菌-Enterobactorsp.S8为研究对象，分别采用海藻酸钠、聚乙烯醇、丝瓜瓤三种固定化载体对其进行固定化研究，得出各自最优的固定化条件。在此基础上比较了三种固定化细胞对模拟染料废水的处理效果，并比较其在处理活性黑5废水时微观形态的变化情况，得出丝瓜瓤为最优的固定化载体。最后将丝瓜瓤固定化Enterobactot sp.S8投加到厌氧序批式反应器中(即AnSBR系统)，研究了强化投菌对系统去除活性黑5的影响，并比较了强化系统中投加的高效菌和原有菌在不同运行阶段对活性黑5的降解作用。
　　 首先利用海藻酸钠将Enterobactor sp.S8包埋制成固定化细胞，并对活性黑5进行脱色研究。对该菌种的最优固定化条件和在此条件下的脱色性能进行研究，研究了该固定化菌体的重复利用和动力学实验。结果表明，制备固定化颗粒的最优条件为海藻酸钠浓度3％，CaCl2浓度3％，包埋剂量与菌体量之比1:1，钙化时间16 h，且适宜的活性炭添加能使脱色率增加。脱色最适宜的pH值、温度分别为7.0和30℃。固定化菌体可多次重复利用，经7次重复利用后，脱色率仍达75.96％。该固定化菌体对不同初始浓度活性黑5的脱色符合二级反应动力学方程。
　　 其次利用聚乙烯醇对Enterobactot sp.S8进行包埋制成固定化细胞，并对活性黑5进行脱色研究。考察了Enterobactor sp.S8的固定化操作条件和固定化细胞使用条件，研究了该固定化菌体的重复利用实验。结果表明，制备固定化颗粒的最优条件为PVA浓度10％，添加剂SA浓度1％，液菌比为20，交联剂为4℃的含1％CaCl2的饱和硼酸，交联时间为24 h。最优脱色条件为反应温度30℃，反应体系pH值为7，反应时间为30 h。固定化菌体可重复使用3次，脱色率都在70％以上。
　　 然后利用植物载体丝瓜瓤对Enterobactor sp.S8进行固定，并对活性黑5进行脱色研究。探讨了固定化菌体的菌龄、菌量、pH值、温度对染料脱色的影响。研究了该固定化菌体的重复利用和动力学实验。结果表明，最佳脱色条件为：菌龄3 d、接菌量2％、温度30℃、pH6.0。该固定化菌体对不同初始浓度活性黑5的脱色符合二级反应动力学方程。经9次重复利用后的该固定化菌体，其脱色率仍达76.8％。在优化实验条件下，根据降解3 d前后的紫外-可见光谱图分析可知，活性黑5并非完全被降解为CO2和H2O，而是生成一些小分子有机中间体。
　　 在此基础上，分别用海藻酸钠，聚乙烯醇(PVA)和丝瓜瓤作为载体固定Enterobactor sp.S8，比较其在处理活性黑5废水时微观形态的变化情况。通过扫描电子显微镜(SEM)对固定化Enterobactor sp.S8的微观形态进行观察，发现海藻酸钠在处理含活性黑5废水时容易溶解，用PVA作为载体时，由于细胞被包埋在PVA内部，和底物的接触时扩散阻力较大，因而废水中COD的去除效率较低。而用丝瓜瓤固定化细胞，不仅简便易行，而且对废水COD的去除效果也较好。
　　 最后将丝瓜瓤固定化Enterobactor sp.S8投加到厌氧序批式反应器中(即AnSBR系统)，研究了强化投菌对系统去除活性黑5的影响，并比较了强化系统中投加的高效菌和原有菌在不同运行阶段对活性黑5的降解作用。结果表明，投加高效菌种能够缩短AnSBR系统处理活性黑5的启动时间，增强其耐负荷冲击的能力，不加固定化菌的对照系统可耐受67 mg·L-1活性黑5负荷冲击，而以0.5％，1％，1.5％和2％投加固定化菌的强化AnSBR系统则可分别耐受180，280，280，280mg·L-1的活性黑5负荷冲击。AnSBR强化系统运行初期对活性黑5的去除主要靠固定化高效菌的作用，运行一个月后，原有菌和投加菌对活性黑5都具有很强的降解作用。