專利名稱：固定化生物共代謝脫色的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種對(duì)偶氮染料生物脫色的方法，具體地說涉及一種對(duì)偶氮染料采用固定化生物共代謝脫色的方法。
處理印染廢水常用的方法有物化方法和生物法。目前常用的物化技術(shù)有吸附脫色技術(shù)、混凝沉淀技術(shù)、化學(xué)氧化技術(shù)、離子交換技術(shù)、超濾膜脫色技術(shù)等。生化法主要有好氧處理，厭氧處理和好氧厭氧法等。研究者一般從染料工業(yè)廢水處理構(gòu)筑物中分離出能降解染料的菌株，經(jīng)擴(kuò)大培養(yǎng)后加入活性污泥或采用固定化細(xì)胞法將菌株固定在載體上以提高處理效果(微生物在含染料廢水處理中的應(yīng)用--徐文東等，環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2000，Vol.1，No.2)；1996年，P.K.wong和P.Y.Yuen在《WaterResearch》Vol.30，No.7發(fā)表題為Klebsiella Pneumoniae RS-13對(duì)甲基紅的降解與脫色，報(bào)道了從含染料污泥中分離出的Klebsiella Pneumoniae RS-13菌株，在好氧條件下可以對(duì)100ppm酸性紅產(chǎn)生完全降解脫色；PoonamNigam等人的研究結(jié)果(微生物對(duì)印染工業(yè)廢水的脫色研究—Biotechnology Letters，Vol.18，No1，1996)表明，菌株P(guān)DW在外加營養(yǎng)物(乳糖，淀粉)的條件下，在3天內(nèi)可使印染廠出水色度去除達(dá)到76％；Niamh Kirby等人在Biotechnology Letters，Vol.17，No7，1995發(fā)表題為Phanerochaete Chrysosporium對(duì)模擬染料的脫色研究，結(jié)果表明，該菌種在7天內(nèi)可使染料完全脫色；1996年，Darren.A等(Biotechnology letters1996 Vol.18，No.5527-530)采用上流式厭氧床(UAF)，采用碎石為載體固定PDW脫色菌也取得了較好的結(jié)果。固定生長體系表現(xiàn)出比懸浮生長體系更強(qiáng)的污染物去除效果。
以上的研究的共同點(diǎn)在于，研究者從含染料的廢水、污泥中分離菌種，采用目標(biāo)染料為唯一碳源進(jìn)行定向馴化，誘導(dǎo)產(chǎn)生相應(yīng)的降解酶系，篩選得到高效菌種。這種方法一般需要1個(gè)月甚至幾個(gè)月的時(shí)間。得到高效脫色的單一菌株，經(jīng)富集培養(yǎng)后用于染料的脫色。這一過程需要較長的培養(yǎng)、馴化時(shí)間。
本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種脫色優(yōu)勢菌馴化時(shí)間短、穩(wěn)定時(shí)間長、固定化方法簡單有效、費(fèi)用低廉的固定化生物共代謝脫色的方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種固定化生物共代謝脫色的方法，其步驟包括在未滅菌水中加入營養(yǎng)液，產(chǎn)生菌懸液；將菌懸液通入填充物為凹凸棒石的上流式固定床反應(yīng)器中；在欲處理原水中加入碳源及氮源物質(zhì)。
本發(fā)明所述的未滅菌水為自來水、生活污水、印染廢水。
本發(fā)明所述的營養(yǎng)液為蛋白胨或葡萄糖。
本發(fā)明所述的凹凸棒石為直徑2-5毫米的顆粒，于750℃灼燒3小時(shí)制成。
本發(fā)明所述的上流式固定床反應(yīng)器進(jìn)水化學(xué)需氧量在200克/升，水力停留時(shí)間為30-120分鐘。
本發(fā)明所述的碳源及氮源物質(zhì)為蛋白胨、葡萄糖、生活污水和/或印染污水。
本發(fā)明所述的加入蛋白胨與欲處理水的比例為2∶5-3∶5(重量比)。
本發(fā)明所述的加入葡萄糖與欲處理水的比例為10∶5-50∶5(重量比)。
通過下面給出實(shí)施例并結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，對(duì)本發(fā)明將會(huì)有更進(jìn)一步的了解，下面給出的實(shí)施例只用來說明本發(fā)明，而不是用來限制本發(fā)明。
附

圖1為凹凸棒顆粒表面的掃描電鏡照片；附圖2為蠟狀芽孢桿菌在凹凸棒表面的吸附固定化的掃描電鏡照片；附圖3為空白凹凸棒顆粒對(duì)酸性紅B的飽和吸附量；附圖4為固定床反應(yīng)器固定化細(xì)菌后出水生物量的變化；附圖5為固定床反應(yīng)器運(yùn)行至1384小時(shí)出水口附近的凹凸棒表面掃描電鏡照片。
按操作步驟，將蛋白胨或葡萄糖加入未滅菌水中，營養(yǎng)物濃度在400mg/L以上，產(chǎn)生菌懸液，通入以凹凸棒礦石為填料的上流式固定床反應(yīng)器中，靜置48h后完成脫色細(xì)菌的固定化，該固定化柱可以使含偶氮類染料廢水產(chǎn)生共代謝降解脫色作用，固定化填料及固定化菌體的電鏡照片如圖1，圖2所示。由圖2可以看出，共代謝脫色優(yōu)勢菌—蠟狀芽孢桿菌在凹凸棒顆粒的表面具有良好的吸附固定化性能。在培養(yǎng)皿中加入20gΦ2-5mm凹凸棒顆粒，加入30ml磷酸鹽緩沖液，滅菌后接入10ml菌懸液，在20℃靜態(tài)吸附48h后，采用平皿稀釋計(jì)數(shù)法，計(jì)數(shù)吸附前后菌懸液中細(xì)菌數(shù)量。在吸附固定化菌種過程中，懸液中的細(xì)菌可能存在生長、繁殖的過程，但在無外源營養(yǎng)的條件下，蠟狀芽孢桿菌生長緩慢，吸附速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生長量。因此，表1所示的凹凸棒吸附蠟狀芽孢桿菌量中的吸附率是最低吸附率。
表1
由于高效脫色菌對(duì)染料化合物的降解去除為共代謝方式，因而在處理過程中需在原水中加入一定形式的碳源及氮源物質(zhì)，這里所述的碳源及氮源物質(zhì)為蛋白胨、葡萄糖、生活污水和/或印染污水。處理含50mg/L染料印染廢水，停留時(shí)間120min，當(dāng)外加營養(yǎng)物為蛋白胨，濃度與染料的比例為2∶5至4∶5時(shí)，平均色度去除率可以達(dá)到76.43％。提高進(jìn)水中營養(yǎng)物的比例，脫色處理效果提高?？紤]到提高營養(yǎng)物的比例會(huì)提高成本，根據(jù)脫色處理的要求，可使添加營養(yǎng)物蛋白胨的濃度與染料的比例在2∶5至3∶5之間，添加營養(yǎng)物葡萄糖的濃度與染料的比例在10∶5至50∶5之間。
本發(fā)明所述的固定化生物共代謝脫色的方法在本發(fā)明的優(yōu)選方案的條件下具有良好的共代謝生物脫色性能。
以酸性紅B為目標(biāo)染料化合物進(jìn)行了空白凹凸棒顆粒對(duì)染料的吸附試驗(yàn)，結(jié)果見圖3，該圖顯示凹凸棒對(duì)酸性紅B的靜態(tài)飽和吸附量為0.049mg/g。這表明凹凸棒顆粒對(duì)酸性紅B的吸附去除率很低。
由圖4不同流速下出水生物量的變化趨勢看出凹凸棒填料對(duì)脫色菌的固定化效率較高，在運(yùn)行中沒有出現(xiàn)菌體流失現(xiàn)象。水力停留時(shí)間為30min、60min和120min三根共代謝脫色柱出水懸浮固體在12h達(dá)到最高，48h后趨于零。
實(shí)施例1將800mg/L蛋白胨配入自來水中，通入上流式固定床反應(yīng)器，產(chǎn)生菌懸液，通入填充物為凹凸棒石的上流式固定床反應(yīng)器中，靜置48h，該凹凸棒石為直徑2-5毫米的顆粒，并于750℃灼燒3小時(shí)制成。完成細(xì)菌固定化后，將含酸性紅B50mg/L以及不同濃度蛋白胨配入自來水中，作為欲處理原水進(jìn)行脫色。反應(yīng)器柱體為圓筒狀有機(jī)玻璃柱，高100cm，內(nèi)徑7.2cm，底部位半球狀，設(shè)有進(jìn)水管，底部和主體連接處設(shè)有多孔分布板，起支撐填料作用和補(bǔ)水作用，排水孔距柱頂20cm，進(jìn)水需氧量為200mg/L。配水濃度及相應(yīng)的色度去除結(jié)果見表2。
表2(單位％)
實(shí)施例2欲處理原水為印染廢水，其余操作條件同實(shí)施例1中，結(jié)果見表3。
表3(單位％)
實(shí)施例3欲處理原水為生活污，其余操作條件同水實(shí)施例1，結(jié)果見表4。
表4(單位％)
實(shí)施例4營養(yǎng)物及碳源為葡萄糖，其余操作條件同實(shí)施例1，結(jié)果見表5。
表5(單位％)
本發(fā)明采用填充物為凹凸棒石的上流式固定床反應(yīng)器，經(jīng)長期運(yùn)行后生物相十分豐富，附圖5為固定床反應(yīng)器運(yùn)行至1384小時(shí)出水口附近的凹凸棒表面掃描電鏡照片，可以看出，經(jīng)長期運(yùn)行，反應(yīng)器內(nèi)脫色菌-蠟狀芽孢桿菌仍保持?jǐn)?shù)量優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1.一種固定化生物共代謝脫色的方法，其特征在于，包括下列步驟在未滅菌水中加入營養(yǎng)液，產(chǎn)生菌懸液；將菌懸液通入填充物為凹凸棒石的上流式固定床反應(yīng)器中；在處理原水中加入碳源及氮源物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定化生物共代謝脫色的方法，其特征在于，所述的未滅菌水為自來水、生活污水、印染廢水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定化生物共代謝脫色的方法，其特征在于，所述的營養(yǎng)液為蛋白胨或葡萄糖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定化生物共代謝脫色的方法，其特征在于，所述的凹凸棒石為直徑2-5毫米的顆粒，于750℃灼燒3小時(shí)制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定化生物共代謝脫色的方法，其特征在于，所述的上流式固定床反應(yīng)器進(jìn)水化學(xué)需氧量在200克/升，水力停留時(shí)間為30-120分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定化生物共代謝脫色的方法，其特征在于，所述的碳源及氮源物質(zhì)為蛋白質(zhì)、葡萄糖、生活污水和/或印染污水。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定化生物共代謝脫色的方法，其特征在于，所述的加入蛋白胨與欲處理原水的比例為2∶5-3∶5(重量比)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定化生物共代謝脫色的方法，其特征在于，所述的加入葡萄糖與欲處理水的比例為10∶5-50∶5(重量比)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種固定化生物共代謝脫色的方法，包括以下步驟在未滅菌水中加入營養(yǎng)液，產(chǎn)生菌懸液；將其通入填充物為凹凸棒石的上流式固定床反應(yīng)器中；在欲處理水中加入碳源及氮源物質(zhì)?？梢允购嫉悘U水產(chǎn)生生物降解脫色作用，本發(fā)明中脫色優(yōu)勢菌馴化時(shí)間短，脫色菌在凹凸棒石表面固定化效率高，固定化方法簡單可靠，處理含50mg/L染料印染廢水，平均色度去除率可以達(dá)到近80％。
文檔編號(hào)C02F3/00GK1393414SQ0112949
公開日2003年1月29日 申請(qǐng)日期2001年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月21日
發(fā)明者陳梅雪, 劉會(huì)娟, 王怡中, 劉俊新, 王菊思 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心