兼氧混合菌对亚甲基蓝废水生物降解实验研究

黄明强，王伟艺，叶宝水，林丽云，魏雪琳

兼氧混合菌对亚甲基蓝废水生物降解实验研究

黄明强1，2，王伟艺2，叶宝水1，林丽云1，魏雪琳1

（1.福建省绿标生物科技有限公司，福建 厦门 361100；2.厦门大学嘉庚学院，福建 厦门 363105）

采用厦门某生物科技有限公司提供的兼氧混合菌为研究对象，利用相关设备进行中试实验，验证了该项技术的可行性。同时探究了重金属对该混合菌种生物降解能力的影响，通过中试实验研究后发现5mg/L的重铬酸钾和硫酸铜均对该混合菌种的生物降解能力有一定的影响，并且硫酸铜的影响大于重铬酸钾。此外该技术对甲基橙、刚果红废水也有一定的生物降解能力，这为兼氧混合菌用于印染废水处理提供了实验依据。

兼氧混合菌；亚甲基蓝；重金属；甲基橙；刚果红

引言

印染废水因其COD浓度高、色度高、难降解、水量大、变化多等特点已成为当下治理难度较大的工业废水之一［1］。由于传统的物理法和化学法处理印染废水或多或少地存在处理费用高、COD去除率低、脱色效果一般、可能引起二次污染等问题，因此国内外对印染废水的最终处理手段还是以生化法为主［2］。在生化法中，尽管厌氧工艺已被证明是非常有效的［3］，但因为兼氧处理条件不苛刻，并且能同样高效地降解染料，所以厌氧-好氧工艺将逐渐取代完全厌氧［4］。本文以兼氧混合菌作为印染废水生物法处理菌剂，结合厦门某生物科技有限公司相关设备，进行了兼氧混合菌对印染废水的生物降解的实验研究。

1　实验材料

1.1实验用水

采用自配的亚甲基蓝溶液模拟印染废水，将0.5g亚甲基蓝溶于50L自来水中。配置完成后经过测定，亚甲基蓝废水的初始指标为：浓度10mg/L；吸光度1.076。

1.2兼氧混合菌

实验采用的兼氧混合菌由厦门某生物科技有限公司提供，该产品由经筛选得到的能够快速分解有机物料的芽孢杆菌、酵母菌、曲霉、放线菌等多种微生物，结合先进的复合菌剂制备技术研制而成，无需大量的曝气或严格的厌氧环境即可生长，具有设备简单、操作方便、能耗低、运行成本低等诸多特点，而且该菌种经特殊驯化，较一般的微生物具有更强的生命力和环境适应能力，即使在高热、高pH值的苛刻环境中也能充分发挥作用。

1.3实验试剂与设备（见表1、表2）

表1 实验试剂

表2 实验设备

2　实验装置及工艺流程

中试流程如图1所示，亚甲基蓝废水从图片右上角的水箱进入，依次经过兼氧池、厌氧池、好氧池，最后出水。取样过程中依次取原液、兼氧池出水、厌氧池出水以及最终出水作为样本，利用公式分别计算各个阶段的亚甲基蓝去除率。

图1 中试流程

3　分析项目与方法

本实验通过紫外分光光度法测定亚甲基蓝的去除率，具体操作是应用752型紫外分光光度计在665nm波长下测定亚甲基蓝溶液的吸光度，然后利用下列公式计算亚甲基蓝的去除率。

式中：η— 亚甲基蓝去除率，%；

A0— 进水吸光度，A；

A1— 出水吸光度，A。

4　实验过程

该中试原理是将经过特殊工艺处理的针叶树（衫、松、柏）或竹科植物的片屑作为印染废水处理菌的载体，使微生物的净化能力得到最大限度的发挥，通过兼氧池的兼氧发酵、厌氧池的厌氧发酵以及好氧池的好氧分解，从而达到去除染料分子的目的。

本次中试总共分为四个阶段：

第一个阶段，在实验室的基础之上加大进水水量，探究兼氧混合菌在增大水力负荷情况下的处理效果，该阶段亚甲基蓝浓度为5mg/L；

第二个阶段，在第一个阶段的基础之上在废水里面分别加入5mg/L的重铬酸钾以及硫酸铜，探究重金属对该混合菌种生物降解能力的影响；

第三个阶段，在第一个阶段的基础之上增大进水的亚甲基蓝浓度，达到50mg/L，模拟工业中的真实情况，探究该项技术实际运行的可行性；

第四个阶段，在第三个阶段的基础之上改变进水的类型，将进水的亚甲基蓝依次改变为甲基橙和刚果红，浓度分别定为50mg/L和10mg/L，探究该混合菌种处理较难降解染料分子的能力，以期拓宽该项技术的处理领域。

细菌驯化过程中兼氧池、厌氧池、好氧池的菌种投加量分别为0.8kg、0.4kg、0.4kg，其余各项操作过程均与小试阶段相同，每个实验周期为3天。

5　结果分析与讨论

5.1第一阶段

从图2可以看出亚甲基蓝褪色非常明显，到厌氧出水时候就已经看不到蓝色，只是浊度稍大，这表明亚甲基蓝主要是在兼氧阶段被去除的。由图3可知，各个阶段具体的去除率如下：兼氧阶段亚甲基蓝去除率为90.40%～91.92%，平均去除率为91.25%；厌氧阶段亚甲基蓝去除率为25.00%～40.35%，平均去除率为28.41%；好氧阶段亚甲基蓝去除率为23.62%～32.50%，平均去除率为27.06%；整个流程亚甲基蓝去除率为95.12%～95.96%，平均去除率为95.41%。

图2 第一阶段出水颜色比较

5.2第二阶段

5.2.1重铬酸钾对系统运行的影响

从图4可以看出加入重铬酸钾之后，各个池中的出水颜色与第一阶段的出水颜色肉眼看起来差别不大，所以从下面的具体去除率数据中分析两者的差别。

图4 加入重铬酸钾后实验出水比较

图5 重铬酸钾实验中亚甲基蓝的去除率

由图5可知，该实验中各阶段的亚甲基蓝去除率如下：兼氧阶段亚甲基蓝去除率为83.19％～84.60％，平均去除率为84.09％，比第一阶段实验的去除率低7.16％；厌氧阶段亚甲基蓝去除率为20.45％～25.56％，平均去除率为23.77％，比第一阶段实验低4.64％；好氧阶段去除率为22.39％％～30.56％，平均去除率为25.12％，比第一阶段实验低1.94％；总体去除率为89.15％～90.80％，平均去除率为88.11％，比第一阶段实验低7.3％。由以上结果可知，重铬酸钾对该微生物菌种的生物降解能力产生了一定的负面影响，这是因为重铬酸钾有一定的致突变性，会导致部分微生物发生变异，使得部分微生物丧失了原有的功能，实验中之所以对系统影响不是很明显可能是因为重铬酸钾的浓度偏低，还未达到引起严重负面效应的浓度。

5.2.2硫酸铜对系统运行的影响

从图6可以看出，加入硫酸铜之后，各阶段的出水仍可明显看出还存有蓝色，尤其以兼氧出水最为明显。由图7可知，该实验中各阶段的亚甲基蓝去除率如下：兼氧阶段亚甲基蓝去除率为65.44%～67.44%，平均去除率为66.36%，比第一阶段实验的去除率低24.89%；厌氧阶段亚甲基蓝去除率为22.34%～27.80%，平均去除率为25.60％，比第一阶段实验的去除率低2.81％；好氧阶段亚甲基蓝去除率为16.33％～20.26％，平均去除率为18.09％，比第一阶段实验低8.97％；总体去除率为78.96％～79.97％，平均去除率为79.51％，比第一阶段实验低15.9％。从数据中可以发现硫酸铜对该菌种生物降解能力的影响还是比较明显，并且要强于重铬酸钾，这是因为硫酸铜本身就是一种杀菌剂，而且重金属离子中Hg+、Ag+、Cu2+的杀菌作用是最强的，它们使细胞蛋白失活或与酶的-SH基团结合使之变性，随着硫酸铜浓度的升高影响会更加显著。

图6 加入硫酸铜后实验出水比较

图7 硫酸铜实验中亚甲基蓝的去除率

5.3第三阶段

从图8中可以看出兼氧出水仍呈现明显的蓝色，这与进水本身颜色较深有关，但到了厌氧出水就基本看不到明显的亚甲基蓝颜色了。具体效果要看各个阶段亚甲基蓝的去除率。

图8 第三阶段出水颜色比较

从图9中可以看出，亚甲基蓝的去除依然主要是在兼氧阶段完成的，具体情况如下：兼氧阶段亚甲基蓝去除率为83.57％～84.36％，平均去除率为83.83％；厌氧阶段亚甲基蓝去除率为88.32％～91.23％，平均去除率为90.00％；好氧阶段亚甲基蓝去除率为54.05％～71.74％，平均去除率为62.84％；总体去除率为99.25％～99.54％，平均去除率为99.41％。

图9 第三阶段亚甲基蓝去除率

从以上数据中可以发现，较之前实验，本次实验在各个阶段以及总体的亚甲基蓝去除率上均有所提高。通过分析可知，由于本次实验的亚甲基蓝浓度扩大了10倍，单纯靠某个阶段的细菌作用还不足以较完全地降解亚甲蓝染料分子，必须多种细菌协同作用才能达到效果，同时由于该系统长时间地运行，各个反应池里的细菌也越来越适应了亚甲基蓝废水环境，亚甲基蓝降解能力得到进一步提升，因此在本次实验中各个阶段的细菌都最大限度地发挥了自身作用，最终亚甲基蓝的去除率也达到了理想的99.41%。

5.4第四阶段

5.4.1甲基橙实验

从图10中可以看到，出水还是呈现肉眼可见的橙色，各个池的出水吸光度（最大吸收波长为463nm）如下：进水吸光度为1.796，兼氧出水吸光度为1.432，厌氧出水吸光度为0.914，好氧出水吸光度为0.406。各个阶段的甲基橙去除率如下：兼氧阶段去除率为20.27%，厌氧阶段去除率为36.17%，好氧阶段去除率为55.58%，总体去除率为77.39%。从出水颜色以及去除率数据中可以发现，该系统对甲基橙的去除效果不如亚甲基蓝实验，经分析主要有两个方面的原因：1）甲基橙属于偶氮染料，而该类型染料相对于亚甲基蓝来说更难被生物降解，处理难度更大；2）该实验是为了探究在突然改变进水类型的情况下系统中的细菌能否正常发挥作用，因此在通入甲基橙废水前并未进行相关的驯化操作，这在一定程度上也影响了细菌的降解能力。实验结果表明，该混合菌种对较难处理的偶氮染料依然保持了较高的处理效率。

图10 甲基橙实验出水颜色比较

5.4.2刚果红实验

从图11中可以看出，最终出水呈现橙红色，这是因为刚果红作为一种指示剂在碱性条件下呈红色，这也说明了经过该菌种降解之后的溶液呈碱性。各个池中出水的吸光度如下：进水为0.143，兼氧阶段为0.038，厌氧阶段为0.032，好氧阶段为0.021。各个阶段的刚果红去除率如下：兼氧阶段为73.43%，厌氧阶段为15.79%，好氧阶段为34.38%，总体去除率为85.31%。可以看出该菌种对刚果红还是保持了较好的去除效果，当然这也与刚果红废水的浓度较低有关。

图11 刚果红实验出水颜色比较

6　结论

经过一系列的实验表明，厦门某生物科技有限公司生产的兼氧混合菌剂对于染料废水的生物降解处理具有非常好的处理效果。

通过实验可知，该菌种对于印染废水的生物降解作用主要是发生在兼氧阶段，同时一定浓度的重金属离子对整个系统的运行有一定的影响。后期的甲基橙实验和刚果红实验表明，该菌种对所处环境的适应能力和耐受程度还是较强的，在突然改变进水类型的情况下依然可以保持较高的处理效率，而且该菌种的作用范围也比较广泛，不局限于较容易处理的染料废水，对结构更为稳定的偶氮染料分子也有良好的去除效果。

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Experimental Research on Bio-degradation of Methylene Blue Wastewater by Adopting Facultative Oxygen Mixed Bacterium

HUANG Ming-qiang1，2， WANG Wei-yi2， YE Bao-shui1， LIN Li-yun1， WEI Xue-lin1
（1.Fujian Lvbiao Bio-science and Technology Co.， Ltd， Fujian Xiamen 361100；2.Jiageng College of Xiamen University， Fujian Xiamen 363105， China）

By adopting facultative oxygen mixed bacterium provided by a certain Xiamen bio-science and technology Co.， Ltd as a research object， the paper uses the relevant equipment to carry out the primary production test， and validates the feasibility of the technology. At the same time， the paper probes into the impact of heavy metal on the bio-degradation capacity of the mixed bacterium genus. Through the primary production test， it shows a definite impact of 5mg/L potassium dichromate and bluestone on the bio-degradation capacity of the mixed bacterium genus， and also the impact of bluestone is greater than potassium dichromate. The technology has a definite bio-degradation capacity to the wastewater of methyl orange and Congo red. It shows that the facultative oxygen mixed bacterium used to treat the wastewaters of printing and dyeing， provides an experimental principle.

facultative oxygen mixed bacterium； methylene blue； heavy metal； methyl orange； Congo red

X703

A

1006-5377（2015）07-0053-05