固定化白腐菌和恶臭假单胞菌用于染料废水连续处理方法及装置

摘要

一种固定化白腐菌和恶臭假单胞菌用于染料废水连续处理方法及装置，染料废水连续处理装置包括两个白腐菌反应器Ⅰ、Ⅱ和一个恶臭假单胞菌反应器，三者串联在一起。在下述条件处理染料废水取得了显著的效果：控制处理装置水浴温度在28～32℃，对应每个反应器中染料废水与所述的固定化菌的体积比为1∶0.08～0.12，控制废水进水流速流速为3～7mL/min，溶解氧量为4～8mg/L，每隔24h测定染料废水中的色度和CODcr去除率，在30d的连续处理过程中，对染料废水的色度和CODcr去除率均维持在83％以上。所涉及的木醋杆菌、白腐菌、恶臭假单胞菌来源于中国普通微生物菌种保藏管理中心。

说明书

技术领域

本发明属于染料废水处理领域，涉及到细菌纤维素膜固定化白腐菌和恶臭假单胞菌用于连续处理染料废水的方法及处理装置。

背景技术

近些年来，随着染料工业的迅速发展，染料废水的排放量越来越大，对环境的污染越来越严重。染料废水具有生物毒性高、CODcr浓度高、色度高、难降解等特点。排入水体后对水体造成严重的危害，使水体的透光率降低，水体中的水生植物将不能进行光和作用，水体中的溶解氧浓度也会降低，导致水生动物死亡，间接或直接地影响人类的生活和身体健康。

目前，对染料废水的处理方法主要有物理化学法和生物处理法，而物理化学处理技术经常存在着一些问题，如处理费用太高或者产生大量的固体废物等。而与之相比，生物处理法凭借着其运行费用低、安全、无二次污染、对环境友好等特点，具有广阔的应用前景。自然界中存在的白腐菌能够利用自身特殊的降解机制达到处理染料废水的目的，具有低耗、广谱、适用性强等特点，但在实际工程中存在着酶系统稳定性差、对废水CODcr去除效率低、固液分离困难等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种固定化白腐菌和恶臭假单胞菌用于染料废水连续处理方法及处理装置。

一种固定化白腐菌和恶臭假单胞菌用于染料废水连续处理的方法，由如下的过程和步骤组成：

(1)细菌纤维素膜固定化白腐菌的制备

A.木醋杆菌培养液的制备：将保存在斜面上的菌株编号为CGMCC NO：1.1812的木醋杆菌Gluconacetobacter xylinum接入到50mL的种子培养基中，所述的种子培养基中各组分用量占种子培养基质量用量的百分比分别为：蔗糖2％；果糖1％；蛋白胨0.5％；酵母浸粉0.3％；Na₂HPO₄·12H₂O 0.2％；KH₂PO₄0.15％；MgSO₄·7H₂O 0.025％；柠檬酸0.15％；；pH6.0。在30℃，150r/min的摇床中培养2d，得到活化好的木醋杆菌培养液，4℃冰箱保存备用；

B.白腐菌孢子液的制备：将保存在斜面上的菌株编号为CGMCC NO：5.776的白腐菌Phanerochaete chrysosporium接种于固体培养基上，所述的固体培养基中各组分占固体培养基质量用量百分比分别为：马铃薯葡萄糖琼脂3.8％，KH₂PO₄0.3％，MgSO₄·7H₂O0.15％，维生素B1 0.0005％。30℃培养5d后，白腐菌孢子大量扩增，用无菌水轻轻洗出平板表面上的分生孢子，并在无菌条件下用16层滤布滤除菌块，得到乳白色孢子悬浮液为白腐菌孢子液，4℃冰箱保存备用；

C.白腐菌的固定化：取上述步骤A.得到的木醋杆菌培养液和上述步骤B.得到的白腐菌孢子液分别接入到150mL的发酵培养基中，木醋杆菌培养液、白腐菌孢子液与发酵培养基的体积比为1∶0.5∶25；所述的发酵培养基中各组分用量占发酵培养基质量用量的百分比分别为：蔗糖3％；果糖2％；蛋白胨0.5％；酵母膏0.3％；Na₂HPO₄·12H₂O 0.2％；KH₂PO₄0.15％；MgSO₄·7H₂O 0.025％；柠檬酸0.15％；pH6.0。30℃静置培养7d后，新生的细菌纤维素膜上即吸附有大量的白腐菌。用生理盐水清洗该膜数次，即得到细菌纤维素膜固定化白腐菌，4℃冰箱保存备用；

上述的木醋杆菌(Gluconacetobacter xylinum)、白腐菌(Phanerochaete chrysosporium)均来源于中国普通微生物菌种保藏管理中心，其编号分别为1.1812、5.776；

(2)细菌纤维素膜固定化恶臭假单胞菌的制备

A.细菌纤维素膜块的制备：取上述步骤(1)A.中得到的木醋杆菌培养液7mL接入到125mL的发酵培养基中，30℃静置培养7d，在液面生成淡黄色胶质膜，将膜取出，用蒸馏水反复冲洗，除去膜表面培养基；再将膜浸泡于0.1mol/L的NaOH溶液中，100℃煮20min，去除菌膜内部的菌体和残留培养基，然后用蒸馏水反复冲洗至中性，得到的细菌纤维素膜切割成1cm³粒径的膜块，4℃冰箱保存备用；

B：恶臭假单胞菌的固定化：将保存在斜面上的菌株编号为CGMCC NO：1.1003的恶臭假单胞菌Pseudomonas putida，接种至含有1cm³粒径的细菌纤维素膜块的100mL的恶臭假单胞菌培养基中，细菌纤维素膜块与恶臭假单胞菌培养基的体积比为1∶5；恶臭假单胞菌培养基中各组分用量占恶臭假单胞菌培养基质量用量的百分比分别为：(NH₄)₂SO₄0.35％；KH₂PO₄0.75％；K₂HPO₄·3H₂O 2.216％；MgSO₄·7H₂O 0.025％；柠檬酸钠1.81％；pH 7.0；于30℃，水浴摇床150r/min培养3d后，恶臭假单胞菌附着在细菌纤维素膜块上；用无菌生理盐水清洗膜块数次，既得细菌纤维素膜固定化恶臭假单胞菌，4℃冰箱保存备用；

上述操作过程所述的恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)来源于中国普通微生物菌种保藏管理中心，编号1.1003；

(3)染料废水的制备

称取30mg甲基橙、20mg刚果红、20mg次甲基蓝和2mg孔雀石绿混合后，分别溶于1L的联用培养基中，联用培养基中各组分用量占联用培养基质量用量的百分比分别为：KH₂PO₄0.75％；K₂HPO₄·3H₂O 2.216％；(NH₄)₂SO₄0.25％；MgSO₄·7H₂O 0.025％；MnSO₄0.005％；无水FeSO₄0.1％；NaCl 0.001％；CaCl₂0.1％；柠檬酸钠1.81％；葡萄糖5％；维生素B1 0.0005％；pH 7.0。即得到染料废水，经光谱扫描，其最大吸收波长为505nm；

(4)固定化白腐菌和恶臭假单胞菌对染料废水的连续处理

控制处理装置水浴温度在28～32℃，将制备好的细菌纤维素膜固定化白腐菌和恶臭假单胞菌，分别置于对应的固定化白腐菌反应器Ⅰ，Ⅱ和固定化恶臭假单胞菌反应器中，上述的每个反应器中染料废水与所述的固定化菌的体积比为1∶0.08～0.12，启动蠕动泵，使废水进入处理装置，控制废水进水流速为3～7mL/min，至出水口流出废水后，再启动曝气泵，控制溶解氧量为4～8mg/L；然后每隔24h监测染料废水中的色度和CODcr的变化。

一种固定化白腐菌和恶臭假单胞菌用于连续处理染料废水所需要的处理装置，其特征是：该处理装置是由处在恒温水浴中的白腐菌反应器Ⅰ、Ⅱ和恶臭假单胞菌反应器组成，蠕动泵出口通过其上装有阀的管线与白腐菌反应器Ⅰ下部的进水口连接，白腐菌反应器Ⅰ出口通过其上阀的管线与其后的白腐菌反应器Ⅱ的进水口相连；白腐菌反应器Ⅱ通过其上装有阀的管线与恶臭假单胞菌反应器的进水口相连；恶臭假单胞菌反应器的出水口低于其进水口，恶臭假单胞菌反应器的进水口低于其前面的白腐菌反应器Ⅱ的出水口，彼此形成位差；曝气泵分别通过插底曝气管与前述的三个处理器相连，其入口管上有转子流量计。

本发明与现有技术相比具有显著的进步和积极的效果：

①首次将白腐菌和恶臭假单胞菌联用处理染料废水，本发明的处理装置中设置了两个白腐菌处理器Ⅰ、Ⅱ与恶臭假单胞菌处理器串联(如图1)，处理甲基橙、刚果红、次甲基蓝和孔雀石绿四种染料混合废水，其中的CODcr、色度去除率比用一个白腐菌反应器与恶臭假单胞菌反应器串联使用，提高了10％左右。

②细菌纤维素膜固定化白腐菌和恶臭假单胞菌具有可操作性，且操作简单，稳定性好，受环境影响小；细菌纤维素膜废弃后易被环境微生物降解，成为植物生长肥料不会造成污染。

附图说明

图1为本发明的处理装置结构示意图(工艺流程示意图)；图1中

1-进水口；2-蠕动泵；3-白腐菌反应器Ⅰ；4-白腐菌反应器Ⅱ；5-恶臭假单胞菌反应器；6-恒温水浴；7-出水口；8-取样口；9.转子流量计；10-曝气泵。

图2为本发明染料废水色度和CODcr去除率曲线图(实施例5)；

图3为本发明染料废水色度和CODcr去除率曲线图(实施例6)；

图4为本发明染料废水色度和CODcr去除率曲线图(实施例7)；图中

■-表示染料废水色度去除率；●-表示染料废水CODcr去除率。

具体实施方式

实施例1：见图1，一种固定化白腐菌和恶臭假单胞菌用于染料废水连续处理所需要的处理装置，其特征是：该处理装置是由处在恒温水浴6中的白腐菌反应器Ⅰ3、Ⅱ4和恶臭假单胞菌反应器4组成，蠕动泵2出口通过其上装有阀的管线与白腐菌反应器Ⅰ3下侧的进水口连接，白腐菌反应器Ⅰ3上侧的出水口经其上装有阀的管线与其后的白腐菌反应器Ⅱ4的进水口相连；白腐菌反应器Ⅱ4通过其上装有阀的管线与恶臭假单胞菌反应器5的进水口相连；恶臭假单胞菌反应器5的出水口7低于其进水口，恶臭假单胞菌反应器5的进水口低于其前面的白腐菌反应器Ⅱ4的出水口，彼此形成位差；曝气泵10分别通过插底曝气管与前述的三个处理器相连，其入口管上有转子流量计9。在恶臭假单胞菌反应器5一侧设有取样口8。

实施例2细菌纤维素膜固定化白腐菌的制备：

A.木醋杆菌培养液的制备：将保存在斜面上的菌株编号为CGMCC NO：1.1812的木醋杆菌Gluconacetobacter xylinum接入到50mL的种子培养基中，所述的种子培养基中各组分用量占种子培养基质量用量的百分比分别为：蔗糖2％；果糖1％；蛋白胨0.5％；酵母浸粉0.3％；Na₂HPO₄·12H₂O 0.2％；KH₂PO₄0.15％；MgSO₄·7H₂O 0.025％；柠檬酸0.15％；pH6.0。在30℃，150r/min的摇床中培养2d，得到活化好的木醋杆菌培养液，4℃冰箱保存备用；

B.白腐菌孢子液的制备：将保存在斜面上的菌株编号为CGMCC NO：5.776的白腐菌Phanerochaete chrysosporium接种于固体培养基上，所述的固体培养基中各组分占固体培养基质量用量百分比分别为：马铃薯葡萄糖琼脂3.8％，KH₂PO₄0.3％，MgSO₄·7H₂O0.15％，维生素B1 0.0005％。30℃培养5d后，白腐菌孢子大量扩增，用无菌水轻轻洗出平板表面上的分生孢子，并在无菌条件下用16层滤布滤除菌块，得到乳白色孢子悬浮液为白腐菌孢子液，4℃冰箱保存备用；

C.白腐菌的固定化：取上述步骤A.得到的木醋杆菌培养液和上述步骤B.得到的白腐菌孢子液分别接入到150mL的发酵培养基中，木醋杆菌培养液、白腐菌孢子液与发酵培养基的体积比为1∶0.5∶25；所述的发酵培养基中各组分用量占发酵培养基质量用量的百分比分别为：蔗糖3％；果糖2％；蛋白胨0.5％；酵母膏0.3％；Na₂HPO₄·12H₂O 0.2％；KH₂PO₄0.15％；MgSO₄·7H₂O 0.025％；柠檬酸0.15％；pH6.0。30℃静置培养7d后，新生的细菌纤维素膜上即吸附有大量的白腐菌。用生理盐水清洗该膜数次，即得到细菌纤维素膜固定化白腐菌，4℃冰箱保存备用；

上述操作过程所述的木醋杆菌(Gluconacetobacter xylinum)、白腐菌(Panerochaete chrysosporium)来源于中国普通微生物菌种保藏管理中心，其编号1.1812、5.776；

实施例3细菌纤维素膜固定化恶臭假单胞菌的制备：

A.细菌纤维素膜块的制备：将保存在斜面上的菌株编号为CGMCC NO：1.1812的木醋杆菌Gluconacetobacter xylinum接入到50mL的种子培养基中，所述的种子培养基中各组分用量占种子培养基质量用量的百分比分别为：蔗糖3％；果糖2％；蛋白胨0.5％；酵母膏0.3％；Na₂HPO₄·12H₂O 0.2％；KH₂PO₄0.15％；MgSO₄·7H₂O 0.025％；柠檬酸0.15％；pH6.0。在30℃，150rpm的摇床中培养2d，得到活化好的木醋杆菌培养液，取此木醋杆菌培养液7mL接入到125mL的发酵培养基中，所述的发酵培养基中各组分用量占发酵培养基质量用量的百分比分别为：蔗糖30％；果糖20％；蛋白胨5％；酵母膏3％；Na₂HPO₄·12H₂O 2％；KH₂PO₄1.5％；MgSO₄·7H₂O 0.25％；柠檬酸1.5％；pH6.0。30℃静置培养7d，在液面生成淡黄色胶质膜，将膜取出，用蒸馏水反复冲洗，除去膜表面培养基；再将膜浸泡于0.1mol/L的NaOH溶液中，100℃煮20min，去除菌膜内部的菌体和残留培养基，然后用蒸馏水反复冲洗至中性，得到的细菌纤维素膜切割成1cm³粒径的膜块，4℃冰箱保存备用；

B：恶臭假单胞菌的固定化：将保存在斜面上的菌株编号为CGMCC NO：1.1003的恶臭假单胞菌Pseudomonas putida接种至含有1cm³粒径的细菌纤维素膜块的100mL的恶臭假单胞菌培养基中，细菌纤维素膜块与恶臭假单胞菌培养基的体积比为1∶5；恶臭假单胞菌培养基中各组分用量占恶臭假单胞菌培养基质量用量的百分比分别为：(NH₄)₂SO₄0.35％；KH₂PO₄0.75％；K₂HPO₄·3H₂O 2.216％；MgSO₄·7H₂O 0.025％；柠檬酸钠1.81％；pH 7.0。于30℃，水浴摇床150r/min培养3d后，恶臭假单胞菌附着在细菌纤维素膜块上。用无菌生理盐水清洗膜块数次，既得细菌纤维素膜固定化恶臭假单胞菌，4℃冰箱保存备用；

上述操作过程所述的恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)来源于中国普通微生物菌种保藏管理中心，编号1.1003。

实施例4染料废水的制备：

称取30mg甲基橙、20mg刚果红、20mg次甲基蓝和2mg孔雀石绿混合后，分别溶于1L的联用培养基中，联用培养基中各组分用量占联用培养基质量用量的百分比分别为：KH₂PO₄0.75％；K₂HPO₄·3H₂O 2.216％；(NH₄)₂SO₄0.25％；MgSO₄·7H₂O 0.025％；MnSO₄0.005％；无水FeSO₄0.1％；NaCl 0.001％；CaCl₂0.1％；柠檬酸钠1.81％；葡萄糖5％；维生素B1 0.0005％；pH 7.0。即得到染料废水，经光谱扫描，其最大吸收波长为505nm；

实施例5固定化白腐菌和恶臭假单胞菌在处理装置中对染料废水的连续处理：

见图1，控制恒温水浴6温度在28℃，将制备好的细菌纤维素膜固定化白腐菌和恶臭假单胞菌，分别置于对应的白腐菌反应器Ⅰ3、Ⅱ4和恶臭假单胞菌反应器5中，每个反应器中染料废水与所述的固定化菌的体积比为1∶0.08，启动蠕动泵2，使废水从进水口1进入处理装置中，控制废水进水流速为3mL/min，至出水口7流出废水后，再启动曝气泵10，控制溶解氧量为4mg/L。最后每隔24h从取样口8取样监测染料废水中的色度和CODcr的变化，其处理结果如图2所示。

由图2可知，被细菌纤维素膜固定化白腐菌和恶臭假单胞菌处理后，染料废水的色度去除率在第4d就达到了最大值89％，随后的去除率均稳定在84％以上；染料废水的CODcr去除率前期呈快速上升趋势，在第6d达到最大值87％，随后的去除率均稳定在84％以上。

实施例6固定化白腐菌和恶臭假单胞菌在处理装置中对染料废水的连续处理：

控制水浴温度在30℃，每个反应器中染料废水与所述的固定化菌的体积比为1∶0.10，控制废水进水流速为5mL/min，控制溶解氧量为6mg/L。其它操作步骤如例5相同。处理结果如图3所示。

由图3可知，被细菌纤维素膜固定化白腐菌和恶臭假单胞菌处理后，染料废水的色度去除率在第2d就达到了81％，在第8d达到了色度最大去除率94％，随后在30d的处理过程中，色度去除率均稳定在90％以上。染料废水的CODcr去除率前期呈快速上升趋势，在第7d达到最大值90％，随后的去除率均稳定在85％以上。

实施例7：固定化白腐菌和恶臭假单胞菌在处理装置中对染料废水的连续处理：

控制水浴温度在32℃，每个反应器中染料废水与固定化菌的体积比为1∶0.12，控制废水进水流速为7mL/min，控制溶解氧量为8mg/L。其它操作如例5所述。处理结果如图4所示。

由图4可知，被细菌纤维素膜固定化白腐菌和恶臭假单胞菌联用处理后，染料废水的色度去除率在第2d就达到了82％，随后的去除率均稳定在85％以上。由图4可知，被两种菌联用处理后，染料废水的CODcr去除率前期呈快速上升趋势，在第9d达到最大值88％，随后的去除率均稳定在83％以上。