微生物絮凝剂对印染废水的处理研究

Posted 2023-01-12 碳源

篇首语：山高流水长，志大精神旺。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了微生物絮凝剂对印染废水的处理研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

印染废水的排放量逐年增加，对水环境污染威胁日益加剧。微生物絮凝剂作为当前一种具有发展潜力的新型环保型絮凝剂，在印染废水的处理方面具有广泛的应用前景。本实验从校外濂溪河的污泥中分离出28种微生物，然后对印染废水进行处理，筛选出了3种处理效果比较好的微生物X4、X5、X6，接着对X4、X5、X6进行优化实验。结果表明：X4、X5、X6的最佳碳源分别是蔗糖、葡萄糖、蔗糖；最佳氮源分别是硫酸胺、蛋白胨、硫酸胺；最佳无机盐都是KCl；最佳培养温度分别是37℃、34℃、37℃；最佳培养pH分别是7、自然、自然；最佳培养天数都是5d。在最佳培养条件下，X4、X5、X6能达到的脱色率分别是52.2%、51.4%、57.1%。
近年来，对印染废水脱色的研究十分活跃，常用的方法有中和、吸附、萃取、混凝、氧化法、离子交换法、膜分离法。虽然上述方法的反应机理已经很清楚，但处理效果和经济成本总是不能兼得，而且甚至会造出二次污染。因此，急需一种脱色效果好，经济成本低，而且对环境友好的脱色方法。而微生物絮凝正好符合上述要求，因而成为现在印染废水脱色处理技术研究的新方向。
微生物絮凝剂是利用生物技术，从微生物或其分泌物中提取、纯化而获得的一种安全、高效、且能自然降解的新型水处理剂。生物絮凝剂与传统的絮凝剂相比，生物絮凝剂具有种类繁多、絮凝高效无毒、无“三致"效应及二次污染等特点。
笔者从九江学院校外濂溪河污泥中筛选出具有高絮凝活性的微生物絮凝剂产生菌，运用正交试验法对其培养的最佳碳源、氮源、无机盐、最佳培养温度和时间进行优化，希望可以为高活性微生物絮凝剂的产生及其应用提供基础数据。
1.材料与方法
1.1材料
1.1.1菌种来源菌种来源：取自九江学院校外濂溪河污泥。
1.1.2培养基分离筛选培养基：牛肉膏蛋白胨培养基，高氏一号培养基，查氏培养基，马丁氏培养基。
发酵培养基：蔗糖150g，尿素1g，MgSO4.7H2O0.5g，氯化钾0.15g，KH2PO40.05g，ZnSO4.7H2O0.01g，MnSO4.H2O0.02g，蒸馏水1000mLpH：自然，121℃灭菌30min。
1.2分析方法
1.2.1污泥样品的采集及预处理取校外濂溪河的污泥10mL于250mL已灭菌的锥形瓶中，并加入玻璃珠，然后放入摇床震荡10min；静置30s后取10mL上清液于100mL的容量瓶中，加灭菌水稀释到刻度线，即是10-1的污泥稀释液。
1.2.2富集培养分别在不加琼脂的马丁氏培养基、高氏一号培养基、查氏培养基、牛肉膏蛋白胨培养基中加入1mL10-1的污泥稀释液，均富集培养两天，得到各种富集培养液，编号并注明日期。
1.2.3菌种的分离与纯化
(1)稀释培养液。
用移液管移取1ml的细菌富集培养液于一装有10mL无菌水的试管中，混匀，再用另一支移液管移取此稀释液1mL于另一装有10mL无菌水的试管中，依次类推将富集培养液逐渐稀释制成10-2-10-6各种释度的培养液。其他的富集培养液以同样的方法稀释。
(2)平板划线。
在无菌条件下，用接种环取一环稀释倍数为10-4的细菌培养液，在其培养基中划线，平行划3个平板，同样的方法将稀释倍数为10-5，10-6的富集培养液平行划3个平板，1个对照，编号，注明日期后，倒置在生化培养箱中于37℃培养2d。放线菌，霉菌，真菌以同样的方法操作，于28℃倒置培养5～7d。
(3)菌落的选择和挑取。
将符合要求的菌落进行编号，分别接种于各自的斜面培养基中培养保存。
(4)菌落的纯化。
将斜面培养的微生物进行多次划线分离，直到划线后接连几次在平板上长出的菌落特征相似，不存在异类，方可认为菌株纯化较完全。
(5)对纯化后并且菌落形态明显的各个菌株进行编号，并进行菌落形态的描述。
1.2.5脱色效果好的微生物絮凝剂产生菌的筛选
(1)将发酵培养基按照配方进行称量，溶解，定容，分装，包扎，注明日期并灭菌。
(2)在无菌条件下，分别挑取斜面上的几种微生物，将其分别接种于发酵培养基中，置于恒温震荡培养箱中，温度为28℃，转数为150r/min，培养3d。
(3)筛选。取几支20mL具塞的比色管，分别加入几种微生物发酵培养液10mL，并以菌种的代号进行编号，1支对照(加入10mL的蒸馏水)，然后在以上比色管中分别加入10mL的印染废水，盖上塞子，快速摇振5min，静置20min，最后取上清液在相同的转速下离心，取离心后的上清液在印染废水的最大吸收波长处测吸光度。
(4)根据结果选几组上清液的吸光度明显减少了的菌株。计算其絮凝活性：絮凝活性=(A-B)/(A.m)。其中，A为对照上清液在460nm处的吸光度；B为样品上清液在460nm处的吸光度；m为各组投加的絮凝剂质量。
2.结果与讨论
2.1分离纯化结果
本实验共获得菌株28株，对纯化后的并且菌落形态明显的各个菌株进行编号，并进行菌落形态的描述。
2.2脱色效果好的微生物絮凝剂产生菌的筛选
(1)印染废水最大吸收波长的确定。取一定量的印染废水于比色皿中，用蒸馏水做参比，测其在320～980nm的吸光度；根据测得结果绘制印染废水的吸收曲线(见图1)。根据印染废水的吸收曲线，可得到其最大吸收波长是460nm。

(2)初筛实验。
取28支20mL具塞比色管，分别加入28种微生物发酵培养液10mL，并以菌种的代号进行编号，1支对照(加入10mL的蒸馏水)，然后在29支比色管中分别加入10mL的印染废水，盖上塞子，快速摇振5min，静置20min，最后取上清液在相同的转速下离心，取离心后的上清液在460nm测吸光度。
结果表明：编号为Z1、Z3、Z5、X2、X3、X4、X5、X6组的上清液的吸光度明显减少了。
(3)筛选脱色效果好的菌株。
用以上吸光度明显减少的8株菌株先进行发酵培养，然后进行印染废水脱色实验，结果见表1。

由表1中可知：X4、X5、X6的絮凝活性相对比较高，这为下面的实验提供了3个菌种。
2.3培养条件的优化
2.3.1最佳碳源、氮源、无机盐的确定以3种碳源(葡萄糖、蔗糖、乳糖)、3种氮源(尿素、硫酸铵、蛋白胨)和3种无机盐(氯化钾、氯化钙、氯化钠)设计正交实验，设计方案如表2。

分别以实验编号中的碳源、氮源和无机盐分别代替发酵培养基中的碳源、氮源和无机盐，保证培养基中的碳原子、氮原子和无机盐的浓度不变。以发酵培养基为对照，改变碳源、氮源和无机盐分子，其它成分不变；对X4、X5、X6进行培养，培养天数5d、温度37℃，转速180r/min。通过测定不同实验组产生的发酵液对印染废水的处理效果来研究不同碳源、氮源和无机盐对产絮凝剂菌的影响，测其吸光度，计算脱色率。试验结果分别见表3、表4和表5。
计算脱色率的公式如下：
脱色率=(A+B-C)/(A+B)×100%
式中：
A-锥形瓶中加入90mL废水和蒸馏水10mL，震荡20min，静置2h后去上清液测吸光度。
B-锥形瓶中加入10mL发酵液和蒸馏水90mL，震荡20min，静置2h后去上清液测吸光度。
C-锥形瓶中加入90mL废水和10mL发酵液后，震荡20min，静置2h后去上清液测吸光度。

由表3可以看出，实验1.5的脱色率是最高的。因此，X4的最佳碳源、氮源和无机盐分别是蔗糖、硫酸铵和氯化钾。

由表4可以看出，实验2.3的脱色率是最高的。因此，X5的最佳碳源、氮源和无机盐分别是葡萄糖、蛋白胨和氯化钾。

由表5可以看出，实验3.5的处理效果是最好的。因此，X6的最佳碳源、氮源和无机盐是蔗糖、硫酸铵和氯化钾。
2.3.2最佳培养条件温度、时间、pH的确定以培养温度、培养基初始pH和培养天数设计正交实验，设计方案如下表6。

先根据上述各个菌种的最佳碳源、氮源和无机盐来配置发酵液，其它条件不变；然后根据上述表6的设计方案改变温度、pH和培养天数；对X4、X5、X6进行培养且转速180r/min。通过测定不同实验组产生的发酵液对印染废水的处理效果来研究不同温度、pH和培养天数对产絮凝剂菌的影响，测其吸光度，计算絮凝率。计算絮凝率的公式同上，试验结果分别见表7、表8和表9。

从表7可以看出实验4.6的脱色效果较好。因此，X4的最佳温度为37℃、最佳pH是7、最佳培养天数是5d。

从表8可以看出，实验5.1的脱色效果最好。因此，X5的最佳温度为34℃、最佳培养pH是自然、最佳培养天数是5d。

从表9可以看出，实验6.9的脱色效果最好。因此，X6的最佳温度是40℃、最佳培养pH为7、最佳培养实验为3d。
3.结论与讨论
(1)本实验筛选出了对印染废水脱色效果好的微生物絮凝剂产生菌X4、X5、X6，并对其培养条件进行了优化。结果表明：
X4的最佳碳源、氮源和无机盐分别是蔗糖、硫酸胺和氯化钾；最佳培养温度、pH、天数分别是37℃、7和5天。在最优的条件下，脱色率为52.2%。
X5的最佳碳源、氮源和无机盐分别是葡萄糖、蛋白胨和氯化钾；最佳培养温度、pH、天数分别是34℃、自然和5d。在最优的条件下，脱色率为51.4%。
X6的最佳碳源、氮源和无机盐分别是蔗糖、硫酸胺和氯化钾；最佳培养温度、pH、天数分别是37℃、自然和5d。在最优的条件下，脱色率为57.1%。
(2)目前微生物絮凝剂产量不高，影响了絮凝剂的处理效果，增加了工业化应用的成本。可以用诱变或基因工程的方法来改变其遗传特性，并充分利用克隆技术研究生物絮凝剂的基因控制与表达，从而对絮凝机理做进一步的研究，这将是微生物絮凝剂的又一研究重点。