耐鹽菌群的馴化及對高含鹽染料模擬廢水的脫色研究_secret

1、耐鹽菌群的馴化及對高含鹽染料模擬廢水的脫色研究摘要：通過對三種不同來源的活性污泥的耐鹽馴化及馴化的耐鹽菌群對高含鹽（15% NaCl）染料模擬廢水的厭氧脫色研究。結(jié)果表明不同活性污泥經(jīng)過耐鹽馴化，均可承受高達(dá)25% NaCl的鹽度；厭氧條件下對高鹽染料模擬廢水有很高的脫色效果；高含鹽染料廢水可以用普通活性污泥經(jīng)耐鹽馴化進(jìn)行生物處理。關(guān)鍵詞：耐鹽菌群；厭氧脫色；活性污泥；高含鹽染料廢水；Decolorization of dye wastewater with high salt concentration by the Acclimatized salt-tolerant cultures A

2、bsract: Three salt-tolerant mixed cultures were acclimatized by the gradually increasing NaCl concentration and these acclimatized cultures decolorized the simulated dye wastewater with high salt concentration (15% NaCl). The results of this study suggested that different activated sludge could tole

3、rate the concentration of 25% NaCl by the acclimatized procedure and decolorize the simulated dye wastewater with high salt concentration in anaerobic conditions. It was demonstrated that the dye wastewater with high salt could be treated by activated sludge. Keywords: salt-tolerant cultures; decolo

4、rization; activated sludge; hypersaline wastewater of dye 高含鹽有機(jī)工業(yè)廢水是指含有機(jī)化合物的鹵水和總?cè)芙夤腆w物至少3.5%（w/v）的廢水1，是極難處理的廢水之一。許多工業(yè)，如食品，紡織，染料，制藥，化工/石油等，在其生產(chǎn)過程中都產(chǎn)生大量的含鹽廢水， 其含鹽量有時高達(dá)15-20%3，4。目前對此類廢水一般采用電解法，膜分離法，焚燒法和深井灌注法處理。但由于電解法和焚燒法費(fèi)用高，膜分離法存在嚴(yán)重的膜污染及深井灌注法會造成二次污染等，使其難以在實(shí)際中應(yīng)用。傳統(tǒng)生物法在處理低鹽度廢水時具有很大的優(yōu)勢，但當(dāng)氯化鈉濃度超過3%時，會造成生物代謝

5、的中度抑制和毒害2。普通生物法難以適應(yīng)高鹽環(huán)境，使其應(yīng)用也受到限制。而耐鹽菌和嗜鹽菌的存在，為其應(yīng)用提供了理論上的可能。目前國外有研究者通過篩選馴化耐鹽菌或嗜鹽菌來降解苯酚4，去除硝態(tài)氮5，高氯酸鹽的還原6，及探討高鹽對活性污泥和相關(guān)廢水生物處理工藝的影響7，8，9。國內(nèi)近幾年也開展這方面的研究10，11。但這些研究的菌種大部分來自海水或含鹽量較高的環(huán)境，對于常規(guī)活性污泥的能否馴化來處理高含鹽染料廢水沒見報(bào)道。故本實(shí)驗(yàn)通過來自不同環(huán)境的三種菌群進(jìn)行耐鹽馴化，進(jìn)行其對高含鹽（15% NaCl）模擬染料廢水脫色研究。1材料與方法菌種的來源三種菌群分別取自大連春柳污水處理廠的活性污泥（簡稱CAS），

6、天津某食品加工廠污水處理車間（含鹽量高）的活性污泥（簡稱TAS）, 大連海灣某海產(chǎn)品加工廠入?？诘幕钚晕勰啵ê喎QSAS）。1.2培養(yǎng)基耐鹽馴化培養(yǎng)基：酵母膏5 g/L，蛋白胨10 g/L, NaCl量視情況加入(0.5%-25%,W/W)，pH(7.2-7.5).含鹽模擬染料廢水：耐鹽馴化培養(yǎng)基加染料活性艷紅K-2BP（結(jié)構(gòu)如圖.1 所示，350-2000mg/L）, pH(7.2-7.5).圖.1 K-2BP的化學(xué)結(jié)構(gòu)分子式 Fig. 1.The chemical structure of K-2BP1.3 耐鹽菌群的馴化三種活性污泥分別取50 mL,加入0.2%的焦磷酸鈉為解絮凝劑，于振蕩

7、器上振蕩5-10 min以打碎活性污泥絮體，各取10 mL分別加入含0.5%NaCl的100 mL耐鹽馴化培養(yǎng)基的三角瓶中，搖床好養(yǎng)培養(yǎng)。溫度30，轉(zhuǎn)速150rpm。待菌長到對數(shù)生長期后，轉(zhuǎn)接到下一個鹽梯度，依次類推，直到含30%NaCl為止。耐鹽馴化培養(yǎng)基的含鹽量分別為0.5%，5%，10%，15%,20%,25%，30% NaCl。其中15%，20%，25% NaCl耐鹽菌，還接種到本含鹽濃度馴化培養(yǎng)集中進(jìn)行耐鹽能力穩(wěn)定性馴化。含鹽模擬染料廢水脫色取長到對數(shù)生長期的15%NaCl耐鹽菌群分別加入含8%和15%NaCl的含鹽模擬染料廢水中，接種量控制OD初值為0.28-0.30，厭氧培養(yǎng)溫度

8、30，靜止無光照。末經(jīng)耐鹽馴化的菌群加入含0.5%NaCl的含鹽模擬染料廢水中做對比實(shí)驗(yàn)。無菌和高溫殺菌含鹽模擬染料廢水作空白實(shí)驗(yàn)。1.5 測定方法菌體濃度測定：660nm處OD值。染料濃度測定：540nm(最大特征吸收峰)處吸光度。染料濃度在0-75 mg l-1范圍內(nèi)與最大吸光度線性相關(guān)性較好，高濃度通過稀釋測定。結(jié)果與討論耐鹽菌的馴化圖.2 SAS在不同NaCl濃度下生長-時間關(guān)系Fig.2 the course time of SAS at different NaCl concentration0.5%5%10%15%20%25%圖.3 TAS在不同NaCl濃度下生長-時間關(guān)系Fig

9、.3 the course time of TAS at different NaCl concentration0.5%5%10%15%20%25%圖.4 CAS在不同NaCl濃度下生長-時間關(guān)系Fig.4 the course time of CAS at different NaCl concentration0.5%5%10%15%20%25%圖.5.菌群在15%NaCl的生長-時間關(guān)系Fig.5 the course-time of mixed cultures (15%NaCl):CAS,:SAS,:TAS.圖.6.菌群在15%NaCl的生長-時間關(guān)系Fig.6 the cours

10、e-time of mixed cultures (15%NaCl):CAS,:SAS,:TAS.由圖.1圖.2和圖.3可看出，同一菌群在轉(zhuǎn)接入高濃度NaCl時，菌的延滯期隨NaCl濃度升高而延長，如CAS在0.5%NaCl無延滯期，15%NaCl 20小時左右，25%則增加到60多個小時。TAS和SAS也表現(xiàn)出類似的規(guī)律。因?yàn)殡SNaCl濃度升高，培養(yǎng)基的滲透壓升高，對微生物的生理代謝造成很大的抑制和毒害作用。微生物需要時間來改變自身的代謝系統(tǒng)和啟動應(yīng)對高滲透壓的耐鹽機(jī)制14。圖.4中三個菌群生長曲線區(qū)別不大。而在圖.5中，從延滯期和生長濃度看，SAS具有一定的優(yōu)勢，優(yōu)于CAS和TAS，其中T

11、AS最差。這與SAS經(jīng)長時間馴化，其微生物已具有適應(yīng)高鹽環(huán)境能力有關(guān)。TAS 和CAS比較而言，TAS來源于CAS，在原環(huán)境中，除受鹽度的定向馴化外，還受實(shí)際廢水中難降解物的定向選擇，其微生物種類可能比CAS少，故在一定程度上不如CAS.馴化耐鹽菌群對含鹽模擬染料廢水的脫色圖.7 0.5% NaCl濃度時對菌群生長和脫色影響（染料濃度550 mg l-1）Fig. 7 the course-time of growth and decolrization at 0.5% NaCl (K-2BP,550 mg l-1) (,: CAS; ,: SAS;,: TAS.實(shí)心表示菌濃度；虛心表示脫色)

12、圖.8 8% NaCl濃度時對菌群生長和脫色影響（染料濃度550 mg l-1）Fig. 8 the course-time of growth and decolrization at 8% NaCl (K-2BP,550 mg l-1) (,: CAS; ,: SAS;,: TAS.實(shí)心表示菌濃度；虛心表示脫色)圖.9 15% NaCl濃度時對菌群生長和脫色影響（染料濃度550 mg l-1）Fig.9 the course-time of growth and decolrization at 15% NaCl (K-2BP,550 mg l-1) (,: CAS; ,: SAS;,:

13、TAS.實(shí)心表示菌濃度；虛心表示脫色)偶氮染料在厭氧條件下，可被自然界中眾多菌通過偶氮鍵還原斷裂脫色，生成相應(yīng)的芳香胺在許多文獻(xiàn)中都有報(bào)道12，13。但高鹽條件下，能否脫色鮮見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)就此展開研究，采用含鹽染料模擬廢水和沒有經(jīng)過染料脫色馴化的耐鹽菌群進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。由圖.7-9可看出，菌的濃度隨NaCl濃度升高而降低，但菌群脫色卻在8% NaCl時最快，其次是0.5%菌群，15%的菌群脫色最慢。脫色速度除與菌的濃度正相關(guān)性外，可能與培養(yǎng)基的氧化還原電位有關(guān)。耐鹽菌群有高鹽濃度（15% NaCl）轉(zhuǎn)到低鹽濃度（8%）時，菌體的代謝增強(qiáng)，消耗氧的速率加快，氧化還原電位可較快到達(dá)偶氮鍵還原斷裂所需值，

14、從而引起8%1 NaCl的菌群脫色速度最快。三種菌群在不同鹽濃度條件下，其脫色速度是CAS和SAS較快，TAS最慢，這與菌的濃度和活性正相關(guān)。圖.7和8中，CAS菌群在含鹽模擬染料廢水中生長的濃度高于其它菌群的濃度，脫色最快。同樣在圖9中，SAS生長快，濃度高，其脫色速度也最快。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也說明，K-2BP在高鹽濃度下，可被沒經(jīng)馴化的耐鹽菌群厭氧脫色。圖.10 CAS在不同NaCl 濃度和350 mg l-1 K-2BP濃度下生長，脫色-時間關(guān)系Fig.10 the growth, decolorizeation-time of CAS at different NaCls and 350 mg

15、 l-1 K-2BP (,: 0.5% NaCl; ,: 8% NaCl;,: NaCl;實(shí)心表示生長OD，虛心表示 ).圖.11 CAS在不同NaCl 濃度和350 mg l-1 K-2BP濃度下生長，脫色-時間關(guān)系Fig.11 the growth, decolorizeation-time of CAS at different NaCls and 350 mg l-1 K-2BP (,: 0.5% NaCl; ,: 8% NaCl;,: NaCl;實(shí)心表示生長OD，虛心表示 ).圖.12 CAS在不同NaCl 濃度和350 mg l-1 K-2BP濃度下生長，脫色-時間關(guān)系Fig.12

16、 the growth, decolorizeation-time of CAS at different NaCls and 350 mg l-1 K-2BP (,: 0.5% NaCl; ,: 8% NaCl;,: NaCl;實(shí)心表示生長OD，虛心表示 ).由圖.10-12可看出，在K-2BP濃度高時，CAS菌群脫色過程出現(xiàn)延滯期，脫色速度也較其它低濃度慢。這說明沒經(jīng)脫色馴化的菌群對高染料濃度有一個適應(yīng)過程。相同染料濃度下，仍是8%NaCl濃度的菌群脫色最快。不同染料濃度時，染料濃度越低，脫色速度最快（圖10-12）。2.3 耐鹽菌群在15% NaCl濃度下高濃度染料脫色馴化圖.13 K-

17、2BP降解產(chǎn)物及其氧化產(chǎn)物紫外-可見光譜Fig.13 UV-visible absorbance spectra of K-2BP (A), the anaerobic products of K-2BP (C) and the oxidized products of the anaerobic products of K-2BP (B)（A：K-2BP；B：厭氧還原產(chǎn)物；C厭氧還原產(chǎn)物的氧化物）根據(jù)許多紡織印染工業(yè)，染料生產(chǎn)企業(yè)實(shí)際廢水鹽度高達(dá)15-20%，特選定在15% NaCl濃度下，進(jìn)行耐鹽菌群對高濃度染料廢水的脫色馴化。當(dāng)活性艷紅K-2BP濃度超過2000mg/L時,由于鹽的濃度太

18、高，開始出現(xiàn)鹽析現(xiàn)象。故耐鹽菌群對活性艷紅K-2BP最大脫色濃度為2000mg/L。在活性艷紅K-2BP 2000mg/L時，離心已脫色含鹽染料模擬廢水，棄掉上清液，用新的含鹽染料模擬廢水懸浮培養(yǎng)。經(jīng)過4-5次重復(fù)馴化，三個耐鹽菌群均可在36-48小時內(nèi)，完全脫色。其中CAS最快，SAS次之，TAS 最慢。這說明經(jīng)馴化的耐鹽菌群具有很強(qiáng)的脫色能力。另在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，由于活性艷紅K-2BP偶氮鍵還原斷裂后生成帶有鄰羥基胺萘衍生物，具有極強(qiáng)的還原性，遇氧易被氧化生成深色物質(zhì)（圖.13中 C）?；钚云G紅K-2BP濃度大于500 mg/L時，完全脫色的模擬廢水遇氧后，溶液顏色較短時間內(nèi)變?yōu)樯詈稚?。且隨染

19、料濃度增加，變色速度越快，這可能轉(zhuǎn)化平衡和中間產(chǎn)物濃度有關(guān)。此種現(xiàn)象在許多文獻(xiàn)中都有描述,并于機(jī)理方面進(jìn)行了較詳細(xì)的探討15,16。問題與結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，用普通活性污泥經(jīng)過馴化過程處理高含鹽高染料工業(yè)廢水，是完全可行的。雖然關(guān)于微生物耐鹽機(jī)理已有較詳細(xì)的報(bào)道，但如何保持耐鹽菌群在實(shí)際廢水中的活性，仍是耐鹽菌群進(jìn)一步推廣應(yīng)用的瓶頸。含高鹽染料廢水是可以生物脫色的。參考文獻(xiàn)1 1 C.R. Woolard and R.L. Irvine (1995) response of a periodically operated halophilic biofilm reactor to changes

20、 in salt concentration, Wat.Sci.Tech.,31,41-50.2 De Baere LA, Devocht M, Assche PV, Verstraete W. Influence of high NaCl and NH4Cl salt levels on methanogenic associations. Water Res 1984;18(5):543-648.3 M. F. Hamoda. I. M. S. Al-Attar. Effect of high sodium chloride concentrations on activated slud

21、ge treatment. Wat. Sci. Tech. 1995,31(9):61-724 C.R. Woolard and R.L. Irvine (1995) treatment of hypersaline wastewater in the sequencing batch reactor, wat.res.,29,1159-11685 P. Y. Yang. S. Nitisoravut. JY S. Wu. Nitrate removal using a mixed-culture entrapped microbial cell immobilization process

22、under high salt conditions. Wat. Res. 1994, 29(6):1525-1532.6 Benedict C. Okeke, Tara Giblin, William T. Frankenberger Jr. Reduction of perchlorate and nitrate by salt tolerant bacteria. Environmential Pollution, 2002,118:357-363.7 M. F. Hamoda. I. M. S. Al-Attar. Effect of high sodium chloride conc

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