以殼聚糖為載體的固定化微生物處理洗毛廢水研究

摘 要：為減少洗毛廢水對環境的污染和洗毛落物對環境的污染，實現廢水循環利用。制備了殼聚糖與聚氨酯共混生物膜，并選擇醬油曲霉作為固定化微生物，將其固定在該膜上，研究了pH值、溫度和碳源等對固化共混膜處理洗毛廢水中COD和SS的影響。結果表明：當pH為6，溫度為30 ℃，蔗糖為碳源時，COD和SS去除效果最好，處理后廢水達到了GB 8979-1996污水綜合排放標準的要求。

關鍵詞：殼聚糖；固定化；醬油曲霉；洗毛廢水

中圖分類號：TS133. 2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）33-0167-02

1 背景概述

毛紡織工業中的洗毛廢水是主要的水污染源之一，主要含有羊毛脂、洗滌劑、羊汗、羊糞、草屑和短毛等雜物[1-3]。目前，破壞溶液體系的穩定性，實現固液分離，是處理洗毛廢水的最有效方法之一。

研究表明生化法對去除洗毛廢水中的污染物效果顯著，該法主要通過微生物的作用使洗毛廢水失去穩定性，即固液兩相失去平衡，進而達到固液分離的目的[4]。殼聚糖因具有良好的生物相容性、生物可降解性、成膜性和無毒害性等，可作為吸附劑、絮凝劑用于廢水的脫色、重金屬離子的回收、食品生產業廢水的絮凝反應和生物固定化載體等[5-8]，因而受到廣泛關注。

本文采用具有生物相容性的殼聚糖作為載體，利用微生物固定化技術對洗毛廢水進行處理，并通過洗毛廢液中COD及SS的去除率來研究處理效果。

2 實 驗

2.1 原料、試劑與儀器

洗毛廢水：源于遼寧超懿工貿集團有限公司洗毛車間，其中COD質量濃度為12 000 mg/L，SS質量濃度為1 935 mg/L；醬油曲霉購自遼寧省菌種保藏中心；殼聚糖（80 M），山東奧康生物科技有限公司；聚氨酯為市售。

試劑：蔗糖、硝酸鈉、硫酸亞鐵、磷酸氫二鉀、硫酸鎂等均購于天津科密歐化學試劑開發中心。

儀器：高壓蒸汽滅菌鍋（ES-315，TOMY）；生化培養箱（LRH-250

A，廣東省醫療器械廠）；恒溫振蕩培養箱（SPX-150-Z，上海一恒科技有限公司）；超凈工作臺（SW-CJ-2FD），電熱恒溫水浴鍋（DK-S28，上海精宏實驗設備有限公司）；精密pH計（PHS-3C）；磁力攪拌器（JB-2，上海雷磁新涇儀器有限公司）。

2.2 醬油曲霉的活化

醬油曲霉培養基：蔗糖30.0 g，硝酸鈉3.0 g，硫酸鎂0.5 g，硫酸亞鐵0.01 g，磷酸氫二鉀1.0 g，蒸餾水1.0 L。

醬油曲霉在pH值6.0和培養溫度25 ℃條件下培養48 h后，保存于4 ℃冰箱中備用。

2.3 殼聚糖膜的制備

①將3 g殼聚糖放入圓底燒瓶中，并加入DMF，60 ℃下加熱攪拌，使殼聚糖充分溶解；

②加入1 g碳源（蔗糖），充分攪拌；

③加入7 g聚氨酯，繼續攪拌直到形成乳狀透明溶液；

④溶液經脫泡處理后平鋪于玻璃板上，自然晾干。

2.4 醬油曲霉的固定化

將殼聚糖共混生物膜懸掛在盛有醬油曲霉的燒杯中，并加入培養醬油曲霉的培養基，然后放入震蕩培養箱中28 ℃培養固定化72 h。

2.5 性能測試

①膜的形貌特征：通過掃描電子顯微鏡SEM（JEOL JSM-64

60LV，日本電子株式會社）觀察其膜的表面和橫截面形態特征；

②COD和SS測試：測試固化共混膜處理后的洗毛廢水中COD及SS的去除率。

3 結果與討論

3.1 膜的形貌特征

從SEM觀察可知，生物膜表面有圓形或橢圓形的孔洞，橫截面呈多孔海綿狀結構，為碳源緩釋和菌種生長提供了有利條件。實驗選用干法制膜，膜的表面比較粗糙，力學性能與濕法制膜相當，對微生物固定化更為有利。生物膜表面及橫截面形態，如圖1所示。

3.2 COD及SS去除效果分析

3.2.1 pH值對COD和SS去除效果的影響

測試固定化醬油曲霉對洗毛廢水在pH分別為4、6、8和10時的絮凝效果的影響，洗毛廢水pH值與COD和SS除去率的關系，如圖2所示。

由圖2可知，COD的去除率和SS去除率隨著pH值的增大，先是增大然后減小，當pH值為6時達到最大，此時醬油曲霉絮凝劑的合成達到最佳，pH值過高或是過低都影響絮凝劑的合成，從而影響COD和SS的去除效率。

3.2.2 溫度對COD和SS去除效果的影響

在處理溫度分別為26 ℃、28 ℃、30 ℃、32 ℃和34 ℃條件下，分別對洗毛廢水的處理效果進行測試，以COD和SS的去除率為指標，測試結果如圖3所示。

由圖3可知，隨著溫度的升高，COD和SS去除率先增加后減小。溫度過低，醬油曲霉的新陳代謝緩慢，絮凝劑的合成緩慢；溫度過高，代謝也會受到抑制，影響微生物的酶的活性，從而絮凝劑的合成和絮凝效果均受到影響。

3.2.3 碳源對COD去除效果的影響

在固定化膜中分別用蔗糖、葡萄糖和可溶性淀粉作為碳源與共混膜進行混合，對其進行固定化，并處理洗毛廢水，測試其對COD和SS去除率的影響，其結果如圖4所示。

由圖4可知，在蔗糖、葡萄糖和可溶性淀粉中，蔗糖為最佳碳源。碳源對醬油曲霉的生長至關重要，缺乏必要的碳源，曲霉的生長受到限制，也不具有絮凝活性。

另外，由于固定化的特殊性，這種膜對碳源的緩釋有特殊的影響，因而影響絮凝的效果。

最后，固定化膜選用蔗糖為碳源與共混膜進行混合，對其進行固定化，在pH為6，溫度為30 ℃時處理洗毛廢水，檢測結果表明處理后洗毛廢水的COD質量濃度由12 000 mg/L減少到 198 mg/L，懸浮物質量濃度（SS）由1 935 mg/L減少到125 mg/L，達到了GB 8979-1996污水綜合排放標準中的二級標準。與傳統的非固定化處理方法相比，微生物處理洗毛廢水，在提高降解有機物效率的同時，也大大縮短了處理洗毛廢水的周期。

4 結 論

采用干法制膜制備了內附碳源（蔗糖）的殼聚糖和聚氨酯的共混生物膜，該膜具有多孔結構，有利于碳源的緩釋和菌種生長。采用蔗糖為碳源制備的生物膜進行洗毛廢水處理實驗，當pH為6，溫度為30 ℃時，處理后洗毛廢水的COD質量濃度由 12 000 mg/L減少到198 mg/L，懸浮物質量濃度（SS）由1 935 mg/L減少到125 mg/L，達到了GB 8979-1996污水綜合排放標準中二級標準要求。

參考文獻：

[1] 仝攀瑞，同幟，程剛，等.洗毛廢水處理研究[J].毛紡科技，2004，（2）.

[2] 劉智，李順鵬.高濃度洗毛廢水生物降解的研究[J].應用與環境生物學 報，1999，（5）.

[3] 萬繼偉，楊凱.洗毛廢水及其處理技術進展[J].污染防治技術，2007，（6）.

[4] 盛晴，程麗華，解勤衛，等.甲殼素/殼聚糖在廢水處理中的應用[J].化學 工程師，2005，（8）.

[5] 陳天明，王世和，許琦.殼聚糖及其衍生物廢水處理進展和含酚廢水應 用前景[J].化工科技市場，2006，（6）.