优势菌强化印染废水脱色及污染物降解研究

邓海华 张志伟 杨继飞 王连山

（浙江省环境工程有限公司 浙江杭州 310012）

纺织印染企业是工业废水排水大户，废水总排放量大，COD浓度高，色度大，成分复杂[1,2]。一些物理化学处理法虽然简单有效，但处理成本高、易产生二次污染，限制了其在实际废水处理中的应用，因此目前国内外印染废水处理工艺仍以生物处理法为主[3]。但是，随着新型化学纤维、仿真丝和印染整体技术的发展，聚乙烯醇和新型助剂等难生物降解有机物大量进入废水，给印染废水处理增加了难度，使传统的生物处理系统去除效率明显降低。生物强化处理技术是现代微生物培养技术在废水处理领域的良好应用和扩展，是利用人工从原系统中分离筛选和驯化高效菌种或从外源引进新菌种，通过吸附、包埋等方法固定于生物载体中，用于强化处理目标污染物的技术，该技术已逐渐成为废水生物处理技术的发展趋势[4,5]。

本研究针对某印染厂常用的染料和印染助剂分离筛选了染料脱色菌和印染助剂降解菌，同时根据印染废水水解脱色后可能产生毒害性更大的苯胺类化合物的特点分离筛选了苯胺降解菌，并在实验室条件下进行了优势菌强化处理印染废水脱色及污染物降解的研究，为该技术的扩大试验奠定了基础。

1 材料与方法

1.1 试剂与培养基

基础培养基（g）：NH4NO31.0，KH2PO40.5，K2HPO41.5，NaCl 0.5，MgSO4·7H2O0.2，蒸馏水定容至1L，pH7.2。LB培养基（g）：蛋白胨10，酵母膏5，氯化钠10，蒸馏水定容至1L，pH7.2。脱色菌富集、分离培养基：在基础培养基中加入50mg/L相应染料即可得到以该染料为唯一碳源的分离培养基；在分离培养基中加入0.2%的葡萄糖得富集培养基。苯胺及印染助剂富集、分离培养基：在基础培养基中加入300mg/L相应化合物。配置固体培养基时在相应配方中加入15g/L的琼脂。

苯胺为分析纯，染料与印染助剂为工业级。

1.2 染料脱色菌的驯化、分离筛选

活性污泥采集于嘉兴、绍兴、泉州等地的印染废水处理厂水解池，以绍兴某纺织印染有限公司使用量最多的染料如活性红R-3BF、活性藏青TBP、分散黄E-3GL、分散翠蓝H-GL和分散红玉S-5BL为研究对象。取5mL泥水混合液加入100mL含相应染料的富集培养基于30℃恒温培养箱中静置培养，7天后以1/10接种量接种至新鲜培养基中，反复4次传代培养。

将驯化培养好的富集液稀释一定倍数后涂布含有相应染料的固体培养基，置于30℃恒温培养箱中培养2～3d，挑选清晰可见的菌落在新的固体培养基中反复划线分离后得到单菌。单菌接种于含0.2%葡萄糖的基础培养基中于30℃静置培养至相同浓度（OD600=0.5）后加入50mg/L相应染料继续培养24h，离心取上清液用稀释倍数法测定其脱色率。选择在固体培养基上生长良好、传代稳定、脱色效果好的单菌进行保存和下一步研究。

1.3 苯胺与印染助剂降解菌的驯化、分离筛选

活性污泥采集于嘉兴、绍兴、泉州等地的印染废水处理厂好氧生化池，以苯胺和绍兴某纺织印染有限公司使用量较多的印染助剂如聚乙烯醇（PVA）、净洗剂808、柔软剂5301、精练剂和高温匀染剂为研究对象。取1mL泥水混合液加入50mL含相应化合物的富集培养基中于30℃恒温培养箱振荡培养，7d后以1/10接种量接种至新鲜培养基中，反复4次传代培养后进行稀释涂布分离获得单菌。

将分离的单菌先接种至LB液体培养基中，培养好后离心收集细胞，以无菌水洗涤3次后接入含300mg/L相应化合物的基础盐培养基中于30℃振荡培养24h，离心后取上清液测定其COD浓度，计算降解率。选择降解率高的菌种进行保存和研究。

1.4 试验水质

以绍兴某纺织印染有限公司排放废水为试验对象，该公司主要加工针织面料，使用的染料主要有分散染料和活性染料。生产废水在车间经分流后排出，其中高浓度废水COD浓度平均为2700mg/L，色度为800倍，pH=14；低浓度废水COD浓度平均为650mg/L，色度为160倍，pH=12。将高、低浓度废水按1:2混合后作为试验进水。

1.5 试验装置

试验装置主要由调节池、水解池、中间沉淀池和好氧池组成，其中调节池体积为5L，主要用于高、低浓度废水混合及pH值调节；水解池有效体积为2L，内置组合填料，填料区占水解池体积的70%；好氧池有效体积为5L，内置煤渣填料，填料区占好氧池体积的70%，底部设曝气管。

1.6 试验运行

试验进水流量为200mL/h，厌氧停留时间为10h，好氧停留时间为25h，水温30～35℃。应用废水生物强化处理技术，除了要分离筛选和驯化具有高效降解能力和遗传性状稳定的微生物菌种外，菌种的投加量也至关重要。为了达到较好的处理效果并且控制菌种使用成本以适应工程化应用要求，本试验厌氧段菌剂投加量确定为4mL，好氧段为5mL。试验先运行厌氧段，菌种分3次投加，投加比例分别为60%，20%和20%。静置培养一周后开始小流量进水至好氧池达设定水位，然后向好氧池投加苯胺和印染助剂降解菌，菌种投加方法同厌氧菌。首次投菌后先闷曝3d，然后继续小流量进水，待处理效果稳定后逐步提高进水流量直至达到设计要求。

1.7 分析指标及方法

COD：重铬酸钾法；色度：稀释倍数法；pH：玻璃电极法；苯胺：N-(1-萘基)乙二胺偶氮分光光度法。

2 结果

2.1 染料脱色菌的分离及其脱色特性

经富集、分离筛选后共获得15株对相应染料脱色能力较强的菌株，编号为YR1-YR15，单菌脱色率均在80%以上。将15株单菌按比例混合后以1%的接种量接种于该公司排放废水，加入0.2%葡萄糖后分别调pH值5～13，30℃静置培养24h后测定其脱色率，结果见图1。

图1 pH 值对混合菌脱色效果的影响

由图1可知，混合菌在pH6-9之间对印染废水有较好的脱色效果，其中pH=8时脱色率最高，达91%。

比较混合菌在30℃、pH=8、葡萄糖浓度为0.2%条件下振荡培养（rpm=160）、静置培养（加棉塞）和密闭培养（加橡胶塞）时的脱色率，结果表明混合菌在三种培养条件下均有一定的脱色能力，其中密闭培养脱色率为85%，静置培养为80%，振荡培养为20%，由此可知溶解氧对印染废水脱色效果有较大影响，在厌氧和兼氧条件下脱色效果较好。

2.2 苯胺类污染物与印染助剂降解菌的分离筛选及其降解特性

经驯化、分离筛选后共获得苯胺降解菌2株，苯胺浓度为300mg/L时，24h降解率均在95%以上，苯胺浓度小于3000mg/L时，菌株能较好地生长；获得印染助剂降解菌10株，降解率在60%-80%。

2.3 混合菌对印染废水色度和COD 的去除效果

试验进出水COD浓度变化趋势见图2。由于试验原水pH值高达12～14，在一段时间内COD浓度变化较小，平均浓度为1295mg/L，色度为400倍。高、低浓度废水在调节池内按比例混合后调pH值8.0-8.5，用蠕动泵输送至厌氧段。印染废水在厌氧池中经投加的水解脱色菌10h水解酸化后，废水平均色度降低至32倍左右，去除率达92%；厌氧出水COD平均浓度为1145mg/L，去除率为12.3%。由此可知，印染废水在染料脱色菌的水解作用下能去除大部分色度，但COD的去除率不高。

印染废水经水解脱色后进入好氧段，在好氧段投加苯胺降解菌和印染助剂降解菌。好氧池以煤渣(粒度50～100mm)作填料，煤渣表面粗糙，具有很多大小不等的空隙，比表面积大，吸附能力较强，有利于微生物挂膜生长[6]。同时煤渣对非极性染料和印染助剂有很好的吸附效果，延长了染料和助剂在好氧池中的停留时间，有利于微生物对其进一步降解。

图2 进出水COD 浓度变化

好氧池首次投菌3d后开始以50mL/h的流量进水，连续进水6d后系统达设计流量，此时好氧出水COD 浓 度 为 192 mg/L，去除率为85.2%(如图2所示)。废水经水解酸化后提高了其可生化降解性并且由于分离筛选的优势菌种都是针对该公司生产废水的主要污染成分，因此该复合菌种对废水水质适应性较强，能很快发挥其降解作用，大大缩短了驯化时间。从图中可以看出，COD的去除主要发生在好氧阶段，系统连续进出水一周以后出水COD浓度稳定在130～110mg/L，平均浓度为118mg/L，去除率为90.9%。出水色度在40倍左右，比厌氧出水略有升高。

图3 进出水苯胺浓度变化

2.4 进出水苯胺浓度的变化

染化废水经厌氧处理后形成的苯胺类化合物浓度的高低可作为厌氧段水解活性的一个指标[7]，如图3所示，随着系统运行时间的增加，厌氧出水苯胺浓度呈上升趋势，最高可达65mg/L，是进水苯胺浓度的6倍以上。染料脱色后产生的芳香胺类化合物会产生新的污染，同时苯胺的存在会抑制其它降解菌的活性，降低系统对污染物的去除能力[8]，因此在印染废水处理过程中需要进一步考虑苯胺的降解。通过在好氧池投加苯胺高效降解菌，好氧出水氨氮浓度远低于厌氧出水，在系统连续进出水运行7d以后，出水苯胺的浓度可降低至4mg/L以下。

3 结论

3.1 通过筛选，获得了15株印染废水脱色菌，2株苯胺降解菌和10株印染助剂降解菌。

3.2 采用曝气生物滤池工艺，在厌氧池投加组合填料，在好氧池投加煤渣填料，通过生物强化处理技术处理印染废水，该方法具有启动速度快、调试周期短、运行效果稳定、管理方便等优点。厌氧菌投加量为0.2%，好氧菌投加量为0.1%，出水COD浓度平均为118mg/L，去除率为90.9%；出水色度在40倍左右，去除率为90%。

3.3 厌氧出水苯胺浓度为进水的6倍以上，说明印染废水水解脱色后会产生苯胺类污染物。由于在好氧池投加了苯胺降解菌，好氧出水苯胺浓度可降低至4mg/L以下。

3.4 好氧出水的色度比厌氧出水略有升高，可能是整个系统运行时间不够长，厌氧段脱色菌尚未完全挂膜，导致水解脱色不彻底，在好氧池中经曝气后出现了反色现象。

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