優(yōu)勢菌強化印染廢水脫色及污染物降解研究

鄧海華 張志偉 楊繼飛 王連山

（浙江省環(huán)境工程有限公司 浙江杭州 310012）

紡織印染企業(yè)是工業(yè)廢水排水大戶，廢水總排放量大，COD濃度高，色度大，成分復雜[1,2]。一些物理化學處理法雖然簡單有效，但處理成本高、易產(chǎn)生二次污染，限制了其在實際廢水處理中的應用，因此目前國內(nèi)外印染廢水處理工藝仍以生物處理法為主[3]。但是，隨著新型化學纖維、仿真絲和印染整體技術的發(fā)展，聚乙烯醇和新型助劑等難生物降解有機物大量進入廢水，給印染廢水處理增加了難度，使傳統(tǒng)的生物處理系統(tǒng)去除效率明顯降低。生物強化處理技術是現(xiàn)代微生物培養(yǎng)技術在廢水處理領域的良好應用和擴展，是利用人工從原系統(tǒng)中分離篩選和馴化高效菌種或從外源引進新菌種，通過吸附、包埋等方法固定于生物載體中，用于強化處理目標污染物的技術，該技術已逐漸成為廢水生物處理技術的發(fā)展趨勢[4,5]。

本研究針對某印染廠常用的染料和印染助劑分離篩選了染料脫色菌和印染助劑降解菌，同時根據(jù)印染廢水水解脫色后可能產(chǎn)生毒害性更大的苯胺類化合物的特點分離篩選了苯胺降解菌，并在實驗室條件下進行了優(yōu)勢菌強化處理印染廢水脫色及污染物降解的研究，為該技術的擴大試驗奠定了基礎。

1 材料與方法

1.1 試劑與培養(yǎng)基

基礎培養(yǎng)基（g）：NH4NO31.0，KH2PO40.5，K2HPO41.5，NaCl 0.5，MgSO4·7H2O0.2，蒸餾水定容至1L，pH7.2。LB培養(yǎng)基（g）：蛋白胨10，酵母膏5，氯化鈉10，蒸餾水定容至1L，pH7.2。脫色菌富集、分離培養(yǎng)基：在基礎培養(yǎng)基中加入50mg/L相應染料即可得到以該染料為唯一碳源的分離培養(yǎng)基；在分離培養(yǎng)基中加入0.2%的葡萄糖得富集培養(yǎng)基。苯胺及印染助劑富集、分離培養(yǎng)基：在基礎培養(yǎng)基中加入300mg/L相應化合物。配置固體培養(yǎng)基時在相應配方中加入15g/L的瓊脂。

苯胺為分析純，染料與印染助劑為工業(yè)級。

1.2 染料脫色菌的馴化、分離篩選

活性污泥采集于嘉興、紹興、泉州等地的印染廢水處理廠水解池，以紹興某紡織印染有限公司使用量最多的染料如活性紅R-3BF、活性藏青TBP、分散黃E-3GL、分散翠藍H-GL和分散紅玉S-5BL為研究對象。取5mL泥水混合液加入100mL含相應染料的富集培養(yǎng)基于30℃恒溫培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng)，7天后以1/10接種量接種至新鮮培養(yǎng)基中，反復4次傳代培養(yǎng)。

將馴化培養(yǎng)好的富集液稀釋一定倍數(shù)后涂布含有相應染料的固體培養(yǎng)基，置于30℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)2～3d，挑選清晰可見的菌落在新的固體培養(yǎng)基中反復劃線分離后得到單菌。單菌接種于含0.2%葡萄糖的基礎培養(yǎng)基中于30℃靜置培養(yǎng)至相同濃度（OD600=0.5）后加入50mg/L相應染料繼續(xù)培養(yǎng)24h，離心取上清液用稀釋倍數(shù)法測定其脫色率。選擇在固體培養(yǎng)基上生長良好、傳代穩(wěn)定、脫色效果好的單菌進行保存和下一步研究。

1.3 苯胺與印染助劑降解菌的馴化、分離篩選

活性污泥采集于嘉興、紹興、泉州等地的印染廢水處理廠好氧生化池，以苯胺和紹興某紡織印染有限公司使用量較多的印染助劑如聚乙烯醇（PVA）、凈洗劑808、柔軟劑5301、精練劑和高溫勻染劑為研究對象。取1mL泥水混合液加入50mL含相應化合物的富集培養(yǎng)基中于30℃恒溫培養(yǎng)箱振蕩培養(yǎng)，7d后以1/10接種量接種至新鮮培養(yǎng)基中，反復4次傳代培養(yǎng)后進行稀釋涂布分離獲得單菌。

將分離的單菌先接種至LB液體培養(yǎng)基中，培養(yǎng)好后離心收集細胞，以無菌水洗滌3次后接入含300mg/L相應化合物的基礎鹽培養(yǎng)基中于30℃振蕩培養(yǎng)24h，離心后取上清液測定其COD濃度，計算降解率。選擇降解率高的菌種進行保存和研究。

1.4 試驗水質

以紹興某紡織印染有限公司排放廢水為試驗對象，該公司主要加工針織面料，使用的染料主要有分散染料和活性染料。生產(chǎn)廢水在車間經(jīng)分流后排出，其中高濃度廢水COD濃度平均為2700mg/L，色度為800倍，pH=14；低濃度廢水COD濃度平均為650mg/L，色度為160倍，pH=12。將高、低濃度廢水按1:2混合后作為試驗進水。

1.5 試驗裝置

試驗裝置主要由調節(jié)池、水解池、中間沉淀池和好氧池組成，其中調節(jié)池體積為5L，主要用于高、低濃度廢水混合及pH值調節(jié)；水解池有效體積為2L，內(nèi)置組合填料，填料區(qū)占水解池體積的70%；好氧池有效體積為5L，內(nèi)置煤渣填料，填料區(qū)占好氧池體積的70%，底部設曝氣管。

1.6 試驗運行

試驗進水流量為200mL/h，厭氧停留時間為10h，好氧停留時間為25h，水溫30～35℃。應用廢水生物強化處理技術，除了要分離篩選和馴化具有高效降解能力和遺傳性狀穩(wěn)定的微生物菌種外，菌種的投加量也至關重要。為了達到較好的處理效果并且控制菌種使用成本以適應工程化應用要求，本試驗厭氧段菌劑投加量確定為4mL，好氧段為5mL。試驗先運行厭氧段，菌種分3次投加，投加比例分別為60%，20%和20%。靜置培養(yǎng)一周后開始小流量進水至好氧池達設定水位，然后向好氧池投加苯胺和印染助劑降解菌，菌種投加方法同厭氧菌。首次投菌后先悶曝3d，然后繼續(xù)小流量進水，待處理效果穩(wěn)定后逐步提高進水流量直至達到設計要求。

1.7 分析指標及方法

COD：重鉻酸鉀法；色度：稀釋倍數(shù)法；pH：玻璃電極法；苯胺：N-(1-萘基)乙二胺偶氮分光光度法。

2 結果

2.1 染料脫色菌的分離及其脫色特性

經(jīng)富集、分離篩選后共獲得15株對相應染料脫色能力較強的菌株，編號為YR1-YR15，單菌脫色率均在80%以上。將15株單菌按比例混合后以1%的接種量接種于該公司排放廢水，加入0.2%葡萄糖后分別調pH值5～13，30℃靜置培養(yǎng)24h后測定其脫色率，結果見圖1。

圖1 pH 值對混合菌脫色效果的影響

由圖1可知，混合菌在pH6-9之間對印染廢水有較好的脫色效果，其中pH=8時脫色率最高，達91%。

比較混合菌在30℃、pH=8、葡萄糖濃度為0.2%條件下振蕩培養(yǎng)（rpm=160）、靜置培養(yǎng)（加棉塞）和密閉培養(yǎng)（加橡膠塞）時的脫色率，結果表明混合菌在三種培養(yǎng)條件下均有一定的脫色能力，其中密閉培養(yǎng)脫色率為85%，靜置培養(yǎng)為80%，振蕩培養(yǎng)為20%，由此可知溶解氧對印染廢水脫色效果有較大影響，在厭氧和兼氧條件下脫色效果較好。

2.2 苯胺類污染物與印染助劑降解菌的分離篩選及其降解特性

經(jīng)馴化、分離篩選后共獲得苯胺降解菌2株，苯胺濃度為300mg/L時，24h降解率均在95%以上，苯胺濃度小于3000mg/L時，菌株能較好地生長；獲得印染助劑降解菌10株，降解率在60%-80%。

2.3 混合菌對印染廢水色度和COD 的去除效果

試驗進出水COD濃度變化趨勢見圖2。由于試驗原水pH值高達12～14，在一段時間內(nèi)COD濃度變化較小，平均濃度為1295mg/L，色度為400倍。高、低濃度廢水在調節(jié)池內(nèi)按比例混合后調pH值8.0-8.5，用蠕動泵輸送至厭氧段。印染廢水在厭氧池中經(jīng)投加的水解脫色菌10h水解酸化后，廢水平均色度降低至32倍左右，去除率達92%；厭氧出水COD平均濃度為1145mg/L，去除率為12.3%。由此可知，印染廢水在染料脫色菌的水解作用下能去除大部分色度，但COD的去除率不高。

印染廢水經(jīng)水解脫色后進入好氧段，在好氧段投加苯胺降解菌和印染助劑降解菌。好氧池以煤渣(粒度50～100mm)作填料，煤渣表面粗糙，具有很多大小不等的空隙，比表面積大，吸附能力較強，有利于微生物掛膜生長[6]。同時煤渣對非極性染料和印染助劑有很好的吸附效果，延長了染料和助劑在好氧池中的停留時間，有利于微生物對其進一步降解。

圖2 進出水COD 濃度變化

好氧池首次投菌3d后開始以50mL/h的流量進水，連續(xù)進水6d后系統(tǒng)達設計流量，此時好氧出水COD 濃 度 為 192 mg/L，去除率為85.2%(如圖2所示)。廢水經(jīng)水解酸化后提高了其可生化降解性并且由于分離篩選的優(yōu)勢菌種都是針對該公司生產(chǎn)廢水的主要污染成分，因此該復合菌種對廢水水質適應性較強，能很快發(fā)揮其降解作用，大大縮短了馴化時間。從圖中可以看出，COD的去除主要發(fā)生在好氧階段，系統(tǒng)連續(xù)進出水一周以后出水COD濃度穩(wěn)定在130～110mg/L，平均濃度為118mg/L，去除率為90.9%。出水色度在40倍左右，比厭氧出水略有升高。

圖3 進出水苯胺濃度變化

2.4 進出水苯胺濃度的變化

染化廢水經(jīng)厭氧處理后形成的苯胺類化合物濃度的高低可作為厭氧段水解活性的一個指標[7]，如圖3所示，隨著系統(tǒng)運行時間的增加，厭氧出水苯胺濃度呈上升趨勢，最高可達65mg/L，是進水苯胺濃度的6倍以上。染料脫色后產(chǎn)生的芳香胺類化合物會產(chǎn)生新的污染，同時苯胺的存在會抑制其它降解菌的活性，降低系統(tǒng)對污染物的去除能力[8]，因此在印染廢水處理過程中需要進一步考慮苯胺的降解。通過在好氧池投加苯胺高效降解菌，好氧出水氨氮濃度遠低于厭氧出水，在系統(tǒng)連續(xù)進出水運行7d以后，出水苯胺的濃度可降低至4mg/L以下。

3 結論

3.1 通過篩選，獲得了15株印染廢水脫色菌，2株苯胺降解菌和10株印染助劑降解菌。

3.2 采用曝氣生物濾池工藝，在厭氧池投加組合填料，在好氧池投加煤渣填料，通過生物強化處理技術處理印染廢水，該方法具有啟動速度快、調試周期短、運行效果穩(wěn)定、管理方便等優(yōu)點。厭氧菌投加量為0.2%，好氧菌投加量為0.1%，出水COD濃度平均為118mg/L，去除率為90.9%；出水色度在40倍左右，去除率為90%。

3.3 厭氧出水苯胺濃度為進水的6倍以上，說明印染廢水水解脫色后會產(chǎn)生苯胺類污染物。由于在好氧池投加了苯胺降解菌，好氧出水苯胺濃度可降低至4mg/L以下。

3.4 好氧出水的色度比厭氧出水略有升高，可能是整個系統(tǒng)運行時間不夠長，厭氧段脫色菌尚未完全掛膜，導致水解脫色不徹底，在好氧池中經(jīng)曝氣后出現(xiàn)了反色現(xiàn)象。

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