白腐真菌煤渣生物膜反应器对染料废水的脱色试验研究

白腐真菌煤渣生物膜反应器对染料废水的脱色试验研究前言偶氮染料包括酸性、活性、阳离子等染料类别，是合成染料的主要部分。每年染料生产和印染行业向环境中排放出大量的这类染料废水，造成了严重的环境污染；传统的废水处理方法对偶氮染料脱色和降解效果不佳，因此必须寻求一种高效而又经济的处理方法。白腐真菌对木质素具有广谱的降解作用[1，2］，而许多人工合成的染料、农药等与木质素具有相似的结构[3，4］因此白腐真菌降解这类污染物的研究倍受人们关注[5-7］。白腐真菌对染料的脱色降解过程受到多种因素的影响，共培养液的类型和主要成分是其中一个重要方面。本实验采用国内外研究报道中三种最为常见的共培养液作为研究对象，考察三种白腐真菌对一种典型的偶氮染料——活性艳红X-3B的脱色效果。生物膜法处理工业废水已有研究和应用，将白腐真菌附着于固定载体上生长成生物膜处理难降解有机工业废水具有生物量多、受搅拌影响小、生物膜泥龄长等特点[8］。本试验研究采用煤渣作为挂膜载体构建白腐真菌生物膜反应器，考察其在不同类型的共培养液条件下对活性艳红的脱色效果。1材料与方法1.1实验仪器和设备PXS-215型离子活度计，101-1型干燥箱，LRH-250型生化培养箱，80-1型离心沉淀器，YX-280型不锈钢手提式加热蒸汽消毒器，TG328B型电光分析天平，UV/VIS紫外分光光度仪。1.2菌种本实验所用菌种a、菌种B均从自然界的朽木中分离出，经过初步鉴定属于担子菌纲，菌种C为云芝。将分离出的纯菌种转入35℃恒温培养箱生长4～5d后，接种于含固体成长培养基的培养皿上进行扩增，3～4d后待整个培养皿内产生大量菌丝后即可使用。1.3模拟废水本试验所处理的腄馊玖戏纤捎没钚匝藓靀-3B水溶液。活性艳红X-3B又称活性桃红或反应艳红X-4B，属于偶氮染料中的重要类别，其结构式如下所示：1.4共培养液共培养液1#：15g/L葡萄糖（碳源）、1.2mmol酒石酸铵（氮源）、20mmol丁二酸钠（缓冲剂）、3.0g/LKH2PO4、0.2g/LNaH2PO4、1.5g/LMgSO4.7H2O、0.1mg/LVB1(维生素）、0.1mg/LCaCl2、0.1mg/LFeSO4.7H2O、0.01mg/LZnSO4.7H2O、0.2mg/LCuSO4.5H2O。共培养液2#：20g/L葡萄糖（碳源）、0.18g/LNH4NO3（氮源）、2.5g/L柠檬酸钠（缓冲剂）、5.0g/LKH2PO4、0.068g/LCaCl2、0.2g/LMgSO4.7H2O、1mg/LVB1。共培养液3#：10g/L葡萄糖（碳源）、1.2mmol酒石酸铵（氮源）、20mmol醋酸（缓冲剂）、2.0g/LKH2PO4、0.132g/LCaCl2、1.5g/LMgSO4.7H2O、1mg/LVB1、0.5g/L吐温-80、0.4mmolVA(藜芦醇，木质素过氧化物酶的诱发剂和保护剂）。微量元素为：0.14g/LNiCl2、0.07g/LNaCl、0.007g/LFeSO4.7H2O、0.013g/LCoCl2.6H2O、0.07MG/lZnSO4.7H2O、0.0011g/LCuSO4.5H2O、0.0007G/l的AlK(SO4)2.7H2O、0.0007g/LNa2MoO4.2H2O;Mn2+的浓度为12mg/L。在三种共培养液中，活性艳红的初始浓度均为50mg/L，反应温度为35℃，初始pH值控制在4.2～4.5，溶解氧浓度为5mg/L；共培养液（包括活性艳红）在加入反应器之前都要在121℃下灭菌20min。1.5分析方法采用UV/VIS紫外分光光度仪测定活性艳红X-3B溶液和共培养液的吸光度与波长关系，结果表明其最大吸收波长位于539.5nm处。利用测定共培养液最大吸收波长处吸光度的减少来确定三种共培养液对活性艳红脱色率的影响。加样后，每隔12h从样品中取共培养液8mL，在3000r/min条件下离心30min，取oi，则脱色率＝（Ao-Ai）/Ao×100％。2结果与讨论2.1活性艳红脱色现象观察活性染料加入1d后，菌体因吸附部分染料而成深红色，培养液红色变淡。约2～3d后，观察到菌体与共培养液转为很淡的粉红色。4～5d后，所有的菌体以及培养液均接近无色，而空白实验的共培养液（未加入任何菌种）颜色基本不随时间的变化而变化。2.2对活性艳红染料的脱色率考察2.2.1共培养液１#条件下的脱色率考察实验结果表明：三种菌种在共培养液1＃条件下的脱色速度与程度存在一定差异。由图1可知菌种C脱色速度最快且脱色效果最好，而菌种A、B的脱色速度不仅较菌种C慢，且最终脱色效果也不及菌种C。菌种A对活性艳红的脱色率随时间呈现较为复杂的变化现象：24h内脱色率不到30％，但36h其脱色率已达65％左右，36～84h期间脱色率呈现降低趋势，然后又逐渐升高，120h的最终脱色率为83.9％。菌种B在共培养液1#条件下对活性艳红的脱色率在24h内为40％左右，24～84h内脱色率随时间逐渐增加，最终脱色率为73.7％左右。菌种C在24h内对活性艳红的脱色率达到66％，在60h以后脱色率维持在92％～95％。如图2所示是活性艳红脱色过程中共培养液1#的pH值变化情况。由图2可知：菌种a和菌种B在对活性艳红脱色过程中其共培养液1#中的ｐH值变化很小，菌种B在初始阶段（48h内）pH值略呈下降趋势，然后趋于稳定。说明共培养液1#的缓冲性能较好。2.2.2共培养液2#条件下脱色率的考察在共培养液2#条件下白腐真菌对活性艳红的脱色率变化过程明显不同于共培养液1#（如图3所示）。三种菌种在初始阶段（36h内）对染料的脱色率均迅速上升；48～108h期间，脱色率略呈下降；120h后脱色率又迅速升高。菌种A的最终脱色率最高（84％），其次为菌种B（80％），再次为菌种C（78.5％）。白腐真菌对染料脱色过程中共培养液2#的pH值变化情况（如图4所示）与共培养液1＃也有显著不同：共培养液的pH值由初始阶段（12h内）略有降低；在24h-48h内基本稳定；120h后迅速上升；最终达到接近于中性（菌种A为6.8、菌种B为7.0、菌种C为6.3）。2.2.3共培养液3#条件下脱色率的考察由图5可知：A在共培养液３＃中对染料的脱色率高于菌种B、C192h时的最终脱色率分别为81％、68％和55％）。由图6可知：共培养液3#条件下，三种菌种对染料脱色过程中引起的共培养液ｐH值变化规律与共培养液2#条件下十分相似，所不同的是菌种B的共培养液在120h后pH呈现下降趋势（pH值从120h的6.2降低到192h的5.5）。2.2.4空白实验中共培养液吸光度的变化由图7可得，在空白实验中共培养液的吸光度几乎没有变化。2.3对实际染料废水的脱色率考察某染料化工厂是生产偶氮系列染料重要单位，其主要产品有活性艳红X-3B、活性嫩黄K-6G、阳离子红GTL、阳离子嫩黄7GL等。日排放综合染料废水800～1000t，原废水pH＝6～8、色度为2300～2600倍（平均2420倍）、CODCr为5460～6100mg/L（平均5735mg/L）。本研究采用白腐直菌煤渣生物膜反应器(１#共培养液、菌种C）对其进行脱色和降解实验，结果如图8、图9所示。从图8、图9可知，72h后白腐真菌煤渣生物膜反应器对实际该染料废水CODCr的明显的去除效果：72h为63％、96为79％、120h为87％、144h为92％；而在处理的开始阶段即可有效去除色度：24h为65％、48h为78％、72h为89％、96h为92％、120h为95％、144h为98％。经过144h处理后出水的色度降低到48倍，达到了国家排放标准，但出水CODCr仍然超标（498mg/L）。Fu-mingZhang等人在白腐真菌对染料进行预处理（脱色降解）后，采用传统的活性污泥法对预处理出水进行深度净化，籍此可以使得最终出水CODCr含量达标。本研究目前正在采用此组合工艺流程处理该偶氮染料废水，考察其出水达标的可行性。3讨论①白腐真菌煤渣生物膜反应器对活性艳红染料具有良好的脱色效果，最高脱色率达到95％以上。②共培养液类型对染料的脱色效果有明显影响，在三种共培养液中以共培养液1#条件下获得脱色率最高。在三种菌种中，共培养液类型对菌种C的影响最为显著。③共培养液类型对染料脱色的影响与共培养液营养成分有关，也与缓冲剂的缓冲性能有关。从研究结果可知：共培养液1#中缓冲剂（20mmol丁二酸钠）的缓冲性能最好，脱色过程中共培养液的pH值变化很小。共培养液2#和3#条件下，pH值从弱酸性变化到中性。共培养液3#条件下菌种C的共培养液pH值变化规律与其它二菌种有所不同，可能的原因是该菌种对染料的脱色降解以及对营养物的利用过程较为独特有关。④白腐真菌煤渣生物膜反应器对实际的偶氮染料废水也具有良好的净化效果，其中脱色作用主要在初始阶段完成，而到72h后COD得以有效去除。