不動桿菌Acinetobacter sp.NG3固定化處理抗生素制藥廢水的研究

王俊峰，王萍萍，劉志健

(1.黑龍江農業工程職業學院，黑龍江哈爾濱150088;2.哈爾濱三聯藥業股份有限公司，黑龍江哈爾濱150025)

抗生素制藥工業廢水是一類毒性較強、色度較高、較難降解及治理難度較大的高濃度工業有機廢水。隨著抗生素產量及社會需求量的不斷增大，導致抗生素制藥廢水的排放量逐年增加，年排放量達7 000萬t以上，對環境造成了極大危害，并已成為環境污染的主要來源。目前國內外有效處理抗生素制藥廢水的方法有化學法、物理法及生物法等，但大多不太成熟，廢水處理效率較低，且成本較高等。所以，開發一種高效處理、低耗運行及穩定性強的抗生素制藥廢水處理技術已成為目前抗生素制藥企業污水處理研究的熱點［1－2］。

微生物固定化技術是指利用物理或化學方法將菌體細胞固定在載體上，使其保持高度密集并保持其生物活性功能，在適宜的條件下還可以增殖且能反復使用的以滿足應用之需的生物技術［3］。將其應用于抗生素制藥廢水處理，可構建高效的廢水處理系統，具有提高生物反應器單位體積的生物轉化率、延長菌體細胞壽命、提高固液分離效率、降低污泥產量、提高系統的處理能力和菌種適應性及可反復使用等優點，已逐步受到制藥企業廣泛的重視［4］。該研究擬對篩選到的一株高效抗生素廢水降解菌進行包埋固定化處理并研究其廢水處理效果，以期提供一些可供借鑒的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗菌種 試驗中所使用的菌種為該課題組前期試驗所篩選的抗生素廢水高效降解菌不動桿菌Acinetobacter sp.NG3。

1.2 試驗水樣 試驗中所用廢水水樣取自哈爾濱市某抗生素制藥企業的污水處理調節池內的混合廢水，其主要來自抗生素發酵生產中的發酵廢水、用于提取純化抗生素的有機溶劑廢水、洗滌廢水以及冷卻廢水等。其水質的BOD/COD在0.45左右，pH 為 3.0 ～5.5，CODCr為 5 000 ～10 000 mg/L，BOD52 000～5 000 mg/L，SS為500～900 mg/L，可生化性良好，比較適合使用生物法處理。

1.3 試驗方法

1.3.1 包埋固定化小球的制備。首先用溫水將包埋劑(PVA/海藻酸鈉)溶解活化成比較光潔的均勻膠體，同時對不動桿菌Acinetobacter sp.NG3的培養液在6 000 r/min條件下進行離心濃縮處理5 min，并用生理鹽水連續洗滌離心2～3次;取一定量的濃縮菌體與一定濃度的包埋劑按照菌膠(m∶V)比1∶10的比例在磁力攪拌器上進行低速攪拌使之均勻混合。采用細塑料膠管(d=2～3 mm)連接蠕動泵，將菌體-PVA/海藻酸鈉懸液滴入到低速而連續磁力攪拌的CaCl2-飽和硼酸的混合溶液中，然后放入4℃冰箱中進行固化交聯20 h，放置室溫下解凍5 h，最后利用生理鹽水對包埋固定化小球進行洗滌，備用。制備的包埋固定化小球如長時間存放，需將固定化顆粒保存在抗生素廢水中，以保持其降解活性［5］。

1.3.2 COD的測定。采用《水質化學需氧量的測定－重鉻酸鹽法》(GB11914－89)。

1.3.3 曝氣時間、進水COD濃度、pH及溫度對處理效果的影響。分別在不同的曝氣時間、進水COD濃度、pH及溫度條件下處理抗生素廢水，同時以同量的游離菌(未包埋固定化)處理抗生素廢水作為對照，考察曝氣時間、進水COD濃度、pH及溫度對包埋固定化小球處理抗生素效果的影響［6］。

2 結果與分析

2.1 曝氣時間對COD去除率的影響 從圖1可知，游離菌在曝氣20 h后COD去除率趨于平緩，而包埋固定化菌需要經過25 h。這可能是由于Acinetobacter sp.NG3菌為好氧菌，在生長、繁殖及代謝降解有機物的過程中需要大量的氧氣，而經過包埋固定化后，導致體系中有機物及氧的傳質速率下降，使曝氣的時間延長。

圖1 曝氣時間對COD去除率的影響

2.2 進水COD濃度對廢水COD去除率的影響 進水COD對COD去除率的影響如圖2所示。從圖2可知，隨著進水COD的不斷增加，COD的去除率逐漸下降，當進水COD＜6 000 mg/L時，包埋固定化菌較游離菌的COD去除率低，可能原因是由于菌體經包埋固定化后使有機物的傳質速率下降造成的;而當進水COD＞6 000 mg/L時，包埋固定化菌較游離菌的COD去除率較高，可能是由于隨著進水COD的提高，抗生素廢水中的有害物質對菌體的毒害作用增強，由于包埋固定化載體原料的保護，使固定化菌具有較好的抵抗能力。

圖2 進水COD對COD去除率的影響

2.3 pH對廢水COD去除率的影響 微生物在生長過程中機體內發生的絕大多數反應都是酶促反應，而酶促反應都有一個最適的pH，酶促反應速率越高，微生物生長速率越大，過低或過高的pH都會使微生物的生長、代謝受到抑制;此外，pH也通過影響細胞質膜的透性、膜的結構和物質的溶解性或電離性來影響營養物質的吸收，從而影響微生物的生長及代謝［7］。pH對COD去除率的影響如圖3所示。由圖3可知，當pH＜6或pH＞8時，兩種菌的處理效果都較差，當pH在6～8之間時，處理效果最好。此外，包埋固定化菌處理的COD去除率變化較為平緩，說明菌體經包埋固定化后對環境變化的適應性更好。

圖3 pH對COD去除率的影響

2.4 溫度對廢水COD去除率的影響 由于微生物的生命活動都是由一系列的生物化學反應組成的，而這些反應受溫度的影響又極其明顯。首先，溫度會影響微生物產酶的活性，每種酶都有最適的酶促反應溫度，溫度變化會影響酶促反應速率;其次，溫度會影響細胞質膜的流動性，溫度變化不利于物質運輸，影響營養物質的吸收與代謝產物的分泌;最后，溫度影響有機物質的溶解度，物質只有溶于水才能被機體吸收或分泌，溫度的變化使有機物溶解度發生波動，影響微生物的生長，進而影響微生物對抗生素的代謝降解［8－9］。溫度對COD去除率的影響如圖4所示。從圖4可知，隨時間的變化，COD去除率變化趨勢比較平緩，說明包埋固定化菌較游離菌對溫度的敏感性降低，對環境的適應能力有了一定程度的提高。這可能是由于包埋劑的多孔網狀空間結構為菌體提供了一個良好的微環境，使菌體受外界不良環境影響較小，適應能力更強［10］。

圖4 溫度對COD去除率的影響

3 結論

包埋固定化技術作為一種新型的廢水處理技術，已經在多種廢水處理中得到了成功的應用，但是在抗生素制藥工業廢水處理領域應用較少。筆者通過對不動桿菌Acinetobacter sp.NG3進行包埋固定化研究，得到其最佳處理條件:曝氣時間為25 h，pH為6～8，溫度為25～35℃，對抗生素廢水的COD去除率達85%以上，同時菌體經過包埋固定化后對極端環境的抵抗力增強。由于該研究只對單一菌進行了包埋固定化處理，特別是該菌的好氧性對抗生素廢水COD去除率有較大的影響，下一步工作重點是將其與高降解能力的其他菌按一定比例混合，利用包埋固定化復合菌技術進行抗生素廢水的高效處理。

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