海藻酸钙共固定化蒽醌和脱色菌处理偶氮染料废水的研究

2018-09-10段松涛任晓莉李夏楠徐冬敏张家杰赵润柱

山西化工 2018年4期

段松涛，任晓莉，李夏楠，徐冬敏，张家杰，赵润柱

(太原工业学院环境与安全工程系，山西太原 030008)

引言

目前，偶氮染料被广泛应用于纺织品、皮革制品、化妆品等的生产和应用中，约有10%～15%的染料随废水排入环境水体。偶氮染料是人工合成的偶氮化合物，分子主要特征是含有一个或多个偶氮键，其前体及降解产物的三致作用，对生态环境造成严重影响，威胁生物多样性[1]。偶氮染料脱色的方法有多种，如,过滤法、光催化法、吸附法及高级氧化法等物化方法[2]，这些方法虽有效但存在反应条件苛刻、运行费用高、二次污染严重等缺点。本着绿色环保、资源高效利用的原则，本文选择生物脱色法[3]。生物脱色法的实质是微生物以废水中所含的污染物作为营养源的生命活动，以达到脱色的目的。

固定化微生物技术是将特选的微生物固定在选择的载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的生物技术。这种技术应用于废水处理，有利于微生物抵抗不利环境的影响，以及反应后的固液分离，缩短处理所需的时间[4]。生物吸附剂固定化方法主要有吸附法、交联法、包埋法等，本实验采用包埋法[5]固定微生物。以海藻酸钙为生物载体，将蒽醌和脱色菌群混合包埋固定在其中，能有效地对染料脱色并降低蒽醌和菌群的流失。蒽醌作为氧化还原介体，能加速对多种偶氮染料的脱色过程[6]。

1 生物脱色材料的制取

1.1 实验材料

脱色菌群从纺织厂排污口附近的污泥中经筛选、富集获得。

筛选培养基：NaCl 5 g/L，(NH4)2SO46.9 g/L，KH2PO42.5 g/L，Na2HPO42.5 g/L，MgSO40.2 g/L，琼脂2 g/L，橙黄Ⅱ 500 mg/L，pH=6.5。

富集培养基：胰蛋白胨5 g/L，酵母膏2 g/L，KH2PO41 g/L，MgSO41.54 g/L，琼脂16 g/L，橙黄Ⅱ 1 000 mg/L，pH=7.0。

发酵培养基：胰蛋白胨5 g/L，酵母膏2 g/L，KH2PO41 g/L，MgSO41.54 g/L，pH=7.0。

共固定化材料：3%海藻酸钠菌悬液，5% CaCl2溶液，蒽醌20 mg。

1.2 实验仪器

MHH-1000型电加热台；HH-S1型恒温水浴锅;YXQ-LS-18SI型高压蒸汽灭菌锅;SHB-Ⅲ型水循环真空泵；SW-CJ-7F0型超净工作台；BSP-250型恒温培养箱；JH-752型可见-紫外分光光度计；SHA-C型恒温振荡器；日本岛津电子天平。

1.3 脱色菌的筛选

称取45 g印染厂现采污泥，放置于500 mL锥形瓶中，加入250 mL无菌水。于30 ℃水浴、转速120 r/min条件下恒温振荡1 h。静置2 h后，取出50 mL上清液，进行平板涂布，37 ℃恒温培养60 h后，根据脱色圈与菌落直径之比筛选出脱色菌菌落，并挑取至斜面上于37 ℃扩大培养3 d～4 d，刮取菌苔用于制备固定化生物脱色材料。筛选平板如图1所示。

图1 脱色菌筛选平板

1.4 菌悬液的制备

将富集培养后的菌苔刮取至100 mL 0.9%溶液中，加入适量无铅玻璃珠，30 ℃、120 r/min恒温振荡30 min后脱脂棉过滤，获得略显浑浊的菌悬液。

1.5 共固定化凝胶小球的制取

将3 g海藻酸纳加入菌悬液，制成100 mL 3%海藻酸钠溶液，加入蒽醌20 mg后搅拌20 min，用注射器逐滴，浸泡1 h。用无菌水洗涤3次后，获得共固定化蒽醌和脱色菌生物脱色材料，见图2。将获得的共固定化生物脱色材料放入发酵培养基中，30 ℃恒温培养24 h后，进行模拟染料废水脱色实验。

图2 共固定化脱色材料

2 模拟偶氮染料废水脱色实验

2.1 标准曲线的绘制(橙黄Ⅱ)

配制质量浓度为50 mg/L的橙黄Ⅱ溶液，依照40、30、20、10 mg/L质量浓度进行梯度稀释，在最大吸收波长484 nm处测量其吸光度，绘制标准曲线。标准方程为y=0.035 7x+0.007 6，R2=0.999 9，说明橙黄Ⅱ质量浓度值与吸光度值具有较好的线性关系，可作为样品测定的参考依据，见图3。

2.2 模拟脱色实验

配制50 mg/L橙黄Ⅱ溶液作为模拟染料废水。设置实验组投加共固定化脱色材料100 g/L，空白对照组为不加脱色材料的等量橙黄Ⅱ溶液，设置等量共固定化脱色材料投加量的无菌水作为参比溶液调校分光光度计，以排除共固定化脱色材料对实验测量值的影响。设置完成后，同时以25 ℃、120 r/min恒温振荡。以0、12、24、36、48、72 h为时间间隔分别取样测量其吸光度并根据标准曲线计算溶液质量浓度，结果见图4。

图3 橙黄Ⅱ标准曲线

由图4和图5可以看出，通过实验组及空白对照组的比对，在模拟废水脱色实验开始24 h后，未加入共固定化脱色材料的空白组染料质量浓度及脱色率变化值极小，其变化值不超过3%，24 h时脱色率为26.33%，36 h脱色率为27.07%。但投加共固定化脱色材料的实验组在24 h后染料质量浓度仍下降迅速，24 h时染料质量浓度为21.73 mg/L，72 h时染料质量浓度为8.45 mg/L，证明了共固定化脱色材料对橙黄Ⅱ溶液具有显著的脱色作用，实验组72 h脱色率达到了81.50%，而空白组72 h脱色率仅为28.90%。