固定化光合细菌处理染料工业废水研究

摘要：研究了用固定化光合细菌处理染料废水。光合细菌经固定化后，系统抗冲击负荷能力增强，容积负荷从2 kg/（m3•d）提高到3.5 kg/（m3•d），耐盐度从7 g/L提高到12 g/L,细菌酶活力随着容积负荷的增大而增强。

关键词：固定化光合细菌 染料工业废水 容积负荷 抗冲击负荷 耐盐性 酶活力

　　自20世纪60年代小林正泰等开展了利用光合细菌处理有机废水的实验研究，先后成功的用光合细菌对食品、淀粉、皮革、豆制品等进行处理。与活性污泥法相比，光合细菌处理有机废水具有可直接处理高浓度有机废水；不存在污泥的处理问题，其污泥是很好的有机肥料；所需场地小；且处理费用低等优点^[1]，但光合细菌处理菌体轻，菌体易随水流失限制了其广泛应用。本文利用固定化光合细菌处理实际染料工业废水。固定化光合细菌不仅克服了菌体易随水流失的不足，而且提高了系统容积负荷、抗冲击负荷能力和耐盐性。

　　1 材料与方法

　　1.1 实验菌种 

　　紫色非硫光合细菌(purple nonsulfuer photosynthetic bacteria)为本实验室培养, 培养条件：28~30 ℃，白炽灯光，光照强度为1500~2000 lx，黑暗厌氧条件，培养时间为5~7 d。细菌培养及富集培养基配制见参考文献[2]。

　　固定化光合细菌制备  取洗涤离心后的光合细菌与配制好的PVA混合溶液按重量比1：2混合，搅拌使菌体分散均匀。 将含菌体的混合液滴入含2%CaCl₂的饱和硼酸溶液（用NaCO₃调pH为中性）中，固化成球。置于-4℃冰箱中固化交联24 h。 固化后用蒸馏水洗涤两次，即得固定化小球。

　　1.2   实验废水 

　　试验用废水取自南京某染料厂的生产废水，COD_Cr＝2250 mg/L，pH＝5.7；模拟废水为实验室配制的酸性大红废水，COD_Cr＝2250 mg/L，pH＝5.5。

　　1.3 试验方法

　　光合细菌酶活力测定^[3]   取1 g固定化细菌分别放入100 mL三角瓶内,加入实际染料工业废水（COD_Cr=2250 mg/L）47.5 mL，培养基溶液2.5 mL。pH＝8，30℃水浴中2 h，然后以5 000 r/min离心分离处理液10 min，测定上清液的COD_Cr。在上述条件下，以1 mg光合细菌1 h降解COD_Cr的量（mg）定义为一个光合细菌酶活力单位。  

　　COD_Cr采用标准重铬酸钾测定法^[4]。

　　2        结果与讨论

　　2.1处理系统抗冲击负荷的比较

　　取湿菌（含干菌重0.25 g）制成光合细菌固定化小球(已经过富集培养基活化24 h)，加入2.5 L染料工业废水（COD_Cr=2250 mg/L），装置连接如图1所示。进行染料工业废水的连续处理实验，实验过程中，每两天将容积负荷提高0.5 kg/（m³·d），连续运行16 d，实验结果如图2所示。同时进行了悬浮光合细菌处理染料工业废水实验。

　　取湿菌（含干菌重0.25 g），加入2.5 L染料工业废水（COD_Cr= 2250 mg/L），装置连接同图1，进行染料工业废水的连续处理实验，实验过程中，每两天将容积负荷提高0.5 kg/（m³·d），连续运行10 d，实验结果如图3所示。

　　比较图2和图3可以看出：固定化光合细菌系统中，当容积负荷低于3.5 kg/（m³·d）时，系统处理效果稳定，COD_Cr去除率在90％以上，当容积负荷高于3.5 kg/（m³·d）时，出水COD_Cr有所增加，但并没有发生冲击现象，即系统仍具备处理能力，说明固定化光合细菌有一定的的耐冲击负荷性。利用悬浮光合细菌法处理该染料工业废水的最大容积负荷为2 kg/（m³·d）。当容积负荷小于2 kg/（m³·d）时，出水COD_Cr稳定在500 mg/L左右；当容积负荷大于2 kg/（m³·d）时，出水水质急剧变坏，说明悬浮光合细菌生物系统已基本无处理能力。说明悬浮光合细菌系统的抗冲击负荷能力弱。光合细菌从本质上讲也是一种含有多种官能团的蛋白质结构，经固定化后的光合细菌其官能团与载体之间发生了共价键或范得华力等形式的作用，主链结构得到加固，不易流失，不易被破坏，能耐有机物生物毒性物质的冲击，不易失活。

　　2.2容积负荷对光合细菌生物活性影响研究

　　光合细菌经固定化后，可以根据染料生产的实际情况，通过投加不同的固定化光合细菌量来改变处理体系的容积负荷和有机负荷。实验中，将固定化光合细菌的投加量增加一倍，进样流量也提高一倍，即：反应体系有机负荷不变，容积负荷提高一倍，进行高容积负荷的染料工业废水连续性处理实验，实验结果如图4所示。同时，测定不同容积负荷条件下固定化光合细菌酶活力，实验结果如图5所示。

　　由图4可见，在系统有机负荷不变的条件下，提高容积负荷，对出水水质影响不大。这样，在处理的过程中，就可以在不改变有机负荷的条件下，通过增加固定化光合细菌的投加量，提高容积负荷，减少处理装置的体积，节约投资和处理成本。同时，从图5可以看出：随着反应体系容积负荷的增大，固定化光合细菌的酶活力也不断增强。当容积负荷增大到4 kg/（m³·d）时，

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