（环境工程专业论文）光合细菌在处理含染料废水中的应用研究.pdf

光合细菌在处理含染料废水中的应用研究 摘要 本文研究了光合细菌及固定化光合细菌在含染料废水处理中的应用。 ( 1 ) 以海水底泥为原料，将光合细菌筛选出来，分离纯化得到光合细菌纯种，并以 光合细菌纯种为基础进行扩大化培养，探讨适宜的培养条件，包括合适的p h ，温度及 盐度对光合细菌的影响。 ( 2 ) 将扩大化培养得到的光合细菌用来处理模拟染料废水，并探讨了光合细菌对 染料脱包的适宜象m 刨舌夕 加碳源的选择、p h 、温度、实验培养基的碳氮配比、细菌 接种量以及染料浓度和染料结构对脱色反应的影响。， 结果表明所用菌种对五种染料都有很好的脱色效果。温度对各类染料影响不同，但 五种染料都在3 0 - 3 5 c 时达到最佳脱色效果。菌种适应的p h 值范围广，驯化后活性增强 在1 0 ( h n g l 的浓度下，染料x - 3 b 对细菌生长没有明显的抑制作用。而以葡萄糖为外加 碳源、由酵母膏提供氮源时，随着葡萄糖浓度的增大，脱色率反而下降：酵母膏的浓度 对脱色效果影响很大，它在脱色过程中起到氮平衡的作用；当葡萄糖和酵母膏的浓度分 别为0 1 2 5 和0 3 时，x - 3 b 的脱色效果最佳所选实验条件下，染料浓度在5 0 0 f r l g 几 以下x - 3 b 脱色效果很好，对菌种 殳有明显的抑制作用；染料浓度在5 0 0 - 1 0 0 0 l 星几之 问变化时，虽然对醐砷存抑制f 乍用，染料最终仍能完全脱色。温度在3 0 ( 2 ，p h 在3 - l o 范围内时对染料有较好的脱色效果。 ( 3 ) 采用海藻酸钠对光合细菌进行包埋，尝试利用添加纳米材料和壳聚糖的途径 提高固定化细胞对染料的处理效果，并确定了添加纳米材料的固定化细胞的最佳固定化 条件，对振荡、钙化时间、固定化细胞的重复使用对脱色效果的影响也做了研究 结果表明添加纳米材料的固定化光合细菌对x - 3 b 的脱色效果较好纳米材料的添 加改变了小球的传质效率，从而加快了降解速率。而加入壳聚糖的固定化光合细菌在厌 氧条件下对x - 3 b 的脱色激果良好，染料浓度芷3 0 ；0 | 0 l r 妒，之间变化，厌氧降解动力 学方程均符合一级动力学方程，不同浓度染料的降解速率与浓度之间的关系符合 m i d 刚i 蚰细蜘方程，反应动力猁ck m = s 7 4 9 6m g n _ ，v m a x = 7 5 3 m g 。r 1 h 1 振 荡有利于脱色，使半衰期缩短，固定化小球可重复使用。 本文的实验结果将为染料废水的处理提供新的思路和实践指导，而且对书懒菌 技术的研究以及同类废水的处理都具有参考价值。 关键词：光合细菌染料固定化纳米材料壳聚糖 s t u d yo nd e c o l o u r i z a t i o no fd y ew a s t e w a t e rb y p h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i a a b s t r a c t a p p l i c a t o no fp h o t o s y n t h e t i cb a c t 既i ao nt h en e a l i n e n to fs h - n u l a t e dd y ew a s t 目糖w a s i n v e s f i g a m d i n t h i s d i s s v a m i o r l f n ：s f l yp s b w a sa c c l i l m a t e df r o ms e am u du n d e rs e l e c t i v ec u l t u r ec o n d i t i o n s p u r ec u l t u r e o f p s b 塌i s o l a t e d b y m e 蛐o f 鹋a r d i l u t i o n s e o m d l y , e f f e c t o f t e m p e r a t m e , p h a n ds a l i n i t y o n p s b w e r e i n v e s f i g a 地d o n t b e b a s e o f p u r e o n l t u r e t h e nt h ee f f e c t so fo c e a np h o t o b y 蝴cb a c t e r i ao nd e c o l o n f i m f i o no ff i v ed y e su n d e r d i f f e r m t c o n d i t i o n s s u c h a s t h e c h o i c e o f t h e c a r b a n s o t t r c e ；p e t e n a p e r a m 碹c ：n o f t h e c u l t u r e , d y ec o n c e n t r a t i o n , t h ed y es l l u c l l u ew e l es t u d i e d r e s u l t ss h o wt h a to o m np h o t o s y m h e t i c b a c t e r i a c o u l d t o l e r a t e h i g hs a l i m t i e s a n d f i v e d i f f e r e n t d y e s w e r e d e c o l o r i z e d b y i t t h e e f f e e t o f t e r r 峭- a t u r e o n t h e d y e w i t h d i l f e r e n t s n u c t u r e i s d i f f e r e n t t h e d e c o l o u r i z a t i o n i a t e w a s o p 血n a l a tl a 咖算翻n l i e3 0 - 3 5 c ，x - 3 bw a sd e g r a d e dw e l lu n d e rt h ec o n d i t i o no fp hr a n g e af r o m3t o 1 0 t h ea c a v i t yo ft a m e db a c t e r i a 懈b e t t t 兰ox - 3 bd i dn o ti n h i b i tc e l lg r o w t hw h e ni t s 删w a t i o n 一 l o o m g l t w h mt h e 砷鳓嗽w 鹅翻l j 0 0 锄dn i l r o g m 瓤cw 蔼y e a s ta m a c t ，i h e d e c o l o 唰o n r a t e 砌删w i t h t h e c o 删o l l o f 哲u c o s e i n c r e a s i n g ；t h e c o l 删o t l o f t h ey e a s te x t r a c ta f f e c t e dt h ed e c o l o t a i 压o no b v i o u s l ya n di t sm a j o rr o l ei nt h em e d i u mi sa n - b a l 锄c i n gc o m p o t m d ；t h ed e c o l o t n i 刎o nl a t ei so p t h m lw h e n t h ec o n c e n w a l i no f # u c o s e a n d y e a s t e x a r a c t w a s 0 1 2 5 a n d 0 3 r e s p e c t i v e l y u n d e r t h e o p t i m a l c o l l d l i o l l x - 3 b w a s d e c o l o u t i 2 锄w e l lw h e nt h ed y ec o t a c e l l l r a f i o l l - _ 5 0 0m g la n di td i dn o ti n h i b i tc e l lg r o w t h ； w i t h5 0 0 n 虮 d y ei x l l c e f l f f a t i o nr 1 0 0 0m g lx - 3 bc o u l db ed e c o l m i z e dc o m p l e t e l y t h o u g h i t i n h i b i t e d t e n g r o w t h f m a n y , p s b 、瞄劬m o b i l i z e d 锄d 印曲。dt ot h et m m m m so f s h n u m 缸d y e w a s t e w a t e t ： t h en a n om 锄蚵mw 毯a d d e dd i n i n gt h ei n l m o b i l i z a t i o n 珥0 c 溉r e s u l t ss h o wt h a tx - 3 b 嘲 d e 粤a d e dw e l l t h ea d d i t i o no fn m l om m e r i a lc h a n g e dt h el l 姐e f e i e f f i d e n c yo fb e a d s , t h e w h e nt h ec h i t o s 目mw a sa d d e dd u r i n gt h ei m m o b i l i z a t i o np r o c e s s , x - 3 bw a s d e g r a d e dw e l l u n d e r a m e r o b i c c o n d i t i o t t i 冲a d a f i o l l o f d i f f e a e n t i n i t i a l x - 3 b c o r 髓n w a f i o n r a m g i n g f r o m 3 0 ，t o3 0 0 m 玑i sf i r s tc c i e rk i n 伍c s t h e 武l a t i b e t l j v 咖s p e c 磁d e c o l o r i a z a f i o nr a t ea n d i n i t i a lc o n c e n w a f i o no fx - 3 b 锄b e 觚既l 棚c 。db ym i c i a e i 诲m 即咖m o d e l t h em i c h a e l i s c 0 哪伽 吐k m = 3 7 4 9 6 n 吲l a n dt h em a x i n m m s p e c i f i c d e c o l o r i z a f i o n l a t e v m a x = 7 5 3 m g l - l v a - 1 s h a k i n gi n e u b a f o no d i l l da c c e l e r a t ei h ed e d c o l o r i z a f i o na n ds l 咖i t h e h a l f - t i m e b e a d s c o u l d b e r e u s e d a f t e r d e c o l o r i n g t h er e s u l t sw v a l u a b l et ot h ea e b u g g i n go fa y ew a 鼬髓矾珀臣i i e a m l e n te n g i n 麟a n di t w o u l d p r o v i d e f f t e o r e t i cf o r a p p l y i n g p s b l a e a l l n e n t t e c h n i q u e i n a c t u a l d y e w a s 圯w a t e t k e yw o r d s ：p h o t o s y n t h e d ：i cb a c t e r i a ：d y e ： i 哪t o b i i z a t i o n ； r a n om a t e r i a l ： c h i t o s a n 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含未获得( 洼! 垫遗查基熊置薹楚剔直蛆 数：奎拦互窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名t 走篪 签字日期：弦 7 5 。+ 李可【蜘研究了各种环境因子对沼泽红假单胞菌( r 脚鼢如 l d 舱，p 4 m 册由) 降解硫化亮绿的影响，结果表明脱色最适温度和p h 分别为4 0 c 和7 0 ，在通n 2 、 厌氧的条件下菌株的脱色效果最好。他还研究 9 6 1 了驯化后的沼泽红假单胞菌 ( r h o d o p s e u d o m o r 琊p a l u s t r i s ) n 菌株的生长细胞在不同条件下对活性紫k b r 的脱色效果结果表明，染料作为该菌株唯一的碳源和能源脱色时，脱色率与细 胞浓度呈极显著相关，细菌脱色比活率保持在较恒定的水平。此外，生长细胞脱 色过程中对菌体生长的测定表明，该菌株生长的指数期明显滞后于染料脱色的指 数期。 马杰 9 7 1 等通过光催化的基础实验，确定光催化降解染料的工艺条件是：光 源为低压汞灯，光强为6 o m w c m 2 ，光照时间为6 h ，染料初始浓度为5 0 8 0 m g n 。， 光催化剂用量为2 5 0 9 l ，p h 值为4 0 通过光催化光合细菌法和光合细菌法处 理印染废水相比较，两者的c o d e r 去除率分别为5 0 和3 0 。他还通过光合细 菌的基础试验嗍，确定其生长曲线，通过水解菌的基础试验，确定其处理染料 的最佳污泥浓度为1 2 0 扎，p h 为6 5 并对光合细菌法和水解光合细菌法两工 光合细菌在处理舍染料废水中的应用研究 艺进行比较，前者c o d 去除率仅为3 3 4 ，后者c o d 去除率为7 6 。 张波等阴】把球形红杆菌驯化后，分别对1 1 种染料进行了脱色，发现对染料 的脱色效果很好。脱色都达到8 0 以上郭秒掣1 0 0 从高原湖泊阳宗海中分离筛 选出功能优秀的6 株光合细菌，用海藻酸钠进行包埋探讨了其自然细胞和固定 化细胞对活性艳红x - 3 b 的脱色效果。实验结果表明。2 种细胞的最佳脱色时间 为2 4 h ，最佳温度为2 5 4 5 ，最适p h 为6 - 9 ，在最佳脱色条件下固定化细胞的 脱色能力比自然细胞显著。宋智勇等1 0 1 1 的研究表明在光照缺氧、蛋白胨作碳源、 温度3 5 - 4 0 、p h = 7 8 条件下对数种染料的2 4 h 脱色率达到9 0 以上 此外，p s b 法在焦化厂，助剂厂、染料、炼油等各行业废水处理方面也出现 了相关报道。黄韵珠1 0 2 1 选用光合细菌中的荚膜红假单胞菌f 2 和泥生绿硫菌h 2 形成的固定混合菌膜处理成分复杂、治理难度大的助剂厂废水，结果表明，在主 处理段，由于曝气和f 2 h 2 混合菌膜的降解作用，提高了废水中污染物的分解转 化能力，c o d 去除率高达9 7 8 ，b o d 5 去除率达9 6 6 ，n h 4 + n 去除率达9 4 3 。 韩庆祥 1 0 3 等在柱式反应器内，用软性纤维固定红假单胞菌连续处理炼油厂催化 裂化与加氢废水( 已经气提和厌氧消化预处理) 。原水c o d 为4 7 0 m g a _ , ，停留时 间7 0 h ，出水分离菌体后，c o d 值小于1 0 0 m g l 刘双z r - t 1 0 4 等进行了光合细菌 脱除亚硝酸盐的研究，把分离筛选所得到的能利用亚硝酸盐的红杆菌制成菌剂在 养殖塘内施用，使池塘中亚硝酸盐的浓度下降了5 0 8 0 。刘建梨1 0 5 1 等进行 了光合细菌用于焦化废水处理的研究。 光合细菌在处理含染料废水中的应用研究 2 主要的仪器与分析方法 2 1 仪器和染料 显微镜o l y m p u s b h 2 型光学显微镜 水浴振荡器s h a - c 恒温振荡器 分光光度计7 2 1 可见光分光光度计 紫外可见光分光光度计u v 2 5 5 0 紫外分光光度计 培养箱l r h - 2 5 0 g 型光照培养箱 染料分为三大类：x b r ( 蒽醌类染料，包含一个蒽醌基、芳香环上的氨基及 活性= 氯三嗪基团xx - 3 b 和x - g n ( 偶氮染料，包含一个偶氮基、芳香环上的 磺酸基及二氯三嗪基团) ；b - b g f n 和b - r v ( 新型环保染料，含有一氯三嗪和阻 硫酸酯乙基砜基团。目前，新型环保型活性染料的产量已在我国活性染料中占到 三分之一以上) ，均为市售。， 2 2 分析方法 成色自e 力的测定 采用u v 2 5 5 0 紫外分光光度计分别对各染料溶液进行扫描，测知各染料溶液 的最大吸收波长：活性翠蓝b b g f n 为6 1 6 r i m ：活性艳蓝b r v 为5 9 4 n m ：活性 艳蓝x - b r 为5 9 9 n m ；活性艳红x - 3 b 为5 2 0 r i m ；活性艳橙x - g n 为4 7 5 n m 配 制各染料标准溶液系列，染料浓度分别为l o m g i , 、2 0 m g i 、3 0 m g l 。4 0 m g l 、 5 0 m g l 、1 0 0 m , ，并在最大吸收波长处依次测定吸光度，然后以染料的浓度为 横坐标，以吸光度为纵坐标作图，得到标准曲线。实验通过测定水样的吸光度值， 由标准曲线转换成染料的质量浓度作为衡量处理效果的指标， 生街量的舅定 把光合细菌制成悬浮液0 6 1 ，在6 6 0 n m 处测定其吸光度，来衡量菌种的生物 量。 染料脱色后产物光谱分析 光合细菌在处理含染料废水中的应用研究 取染料脱色后产物，8 0 0 0 r m i n 高速离心，取上清液进行光谱分析，利用 u v 2 5 5 0 紫外分光光度计，测定降解产物的紫外和可见光谱，得到降解后产物的 紫外光谱图 芳香胺的舅定 一t 芳香胺的测定采用标准方法n - ( t 一萘基) 乙二胺偶氮光度法( a ) t 芳香伯胺的测定，根据苯胺类化合物在酸性条件下与亚硝酸盐重氮化，再与 盐酸萘乙二胺偶合，会生成紫红色染料定性测定 光合细菌在处理舍染料废水中的应用研究 3 光合细菌生长影响因素及生长规律的研究 3 1 光合细菌的分离培养 3 1 1 光合细菌的培养条件 海洋光合细菌的富集培养基为：n i - h c i1 0 9 l ，n a h c 0 31 0 9 l ，c h 3 c o o n a 3 0 9 l ，k h 2 p 0 40 3 9 l ，m g s 0 4o 1 9 l ，酵母膏0 5 9 l ，外加微量的生长元素 l m l 调节p h 为中性。恒温培养箱，3 0 士5 ，2 0 0 0 - 3 0 0 0 l u x 光照培养。， 微量元素配比f e c l 3 6 h 2 05 0 m g ，c u s 0 4 5 h 2 00 0 5 r a g ，h 3 8 0 4 i m g ”m n c l 2 4 h 2 00 0 5 m g ，z n s 0 4 7 h 2 0l i n g ，c o ( n 0 3 ) 2 6 h 2 00 5 m g 将 以上药品溶于蒸馏水中，定容至1 0 0 0 m l 海洋光合细菌扩大培养培养基为：m g s 0 4 0 2 0 9 l t ，酵母膏3 0 9 l ，n h 4 c i 2 0 9 l k i - 1 2 p 0 40 5g ，i 。- c h o o c h 3 n a3 0 9 l 。加热过滤后海水l l 于1 2 f 高压蒸汽灭菌3 0 m i n 。调节p h 为中性，恒温培养箱，3 0 5 ，2 0 0 0 - 3 0 0 0 l u x 光照培养。 海洋光合细菌固体培养培养基为：m g s 0 40 2 0 9 l ，酵母膏3 0 9 l ，n h 4 c 1 2 0 9 l ，k h 2 p 0 40 5g t , ，c h o o c h 3 n 。3 0 9 l ，加热过滤后海水l l ，琼脂 1 6 0 9 l ，调节p h 值为中性，恒温培养箱，3 0 + 5 c ，2 0 0 0 - 3 0 0 0 l u x 光照培养 配制光合细菌培养基时要按顺序将称量好的药品依次溶解于蒸馏水中，最好 不要将药品全部称量后一起溶解，在配制扩大培养基时的海水要在溶解药品前加 热至沸腾1 0 m i n 后再冷却下来，将沉淀滤出后使用，这样能够在溶解药品前加热 将水中的碳酸盐沉淀去除掉，以防止其在过热蒸气中消毒时产生沉淀或与培养基 中的成份反应，影响培养基的培养效果。 3 ，2 光合细菌的培养纯化 3 1 2 1 光合细菌的富集培养 将5 0 9 海水底泥移入灭菌处理过的5 0 0 m l 锥形瓶中。以无菌操作加入富集 培养基2 0 0 m l 搅拌均匀，再加入液体石蜡一层，以隔绝空气造成厌氧环境，塞 光合细菌在处理舍染料废水中的应用研究 上橡皮塞。置于2 5 3 5 。放入培养箱内，光强为3 0 0 0 l a x ，培养约两周左右 时，培养液逐渐由清变混浊，然后变为红色，锥形瓶壁上有红色絮状菌落附着。 用无菌滴管自红色菌落生长良好的瓶内壁处，吸取红色细菌2 5 滴，再用富集 培养基按上述方法重复富集培养多次，直至光合细菌占绝对优势为止 ，_ v 。_- 竹f 叫一4 _ 扣。1 一， 3 1 2 2 光合细菌的纯化及扩大培养 为了获得某类微生物的纯培养物，一般是根据该微生物对营养、酸碱度、氧 等条件要求不同而供给它适宜的培养条件，或加入某种抑制剂造成只利于此菌生 长而抑制其他细菌生长的环境，从而淘汰其他不需要的微生物，再用稀释涂布平 板法或稀释混合平板法或平板划线分离法等分离、纯化该微生物，直至得到较纯 的菌株。本实验需要从混合菌群中筛选出光合细菌并进行扩大培养，为下面利用 光合细菌处理染料废水的实验提供所需的菌种。 ( 1y 将富集培养基中添加琼脂，使琼脂的浓度为1 6 ，制成固体培养基， 然后将其于1 2 1 高压蒸汽灭菌3 0 m i n 。灭菌融化并冷却至4 5 5 0 左右倾倒 平板，用接种环以无菌操作取富集培养物一环，在固体培养基上划线分离，然后 将平板置于小于燥器内( 口内径1 2 1 5 c m ) ，底部放入0 5 9 焦性没食子酸和5 m l 5 0 过饱和n a 2 c 0 3 溶液作为吸氧剂，放置暗处2 3 h 后拿出，光强为 2 0 0 0 3 0 0 0 l u x 照射，于2 5 - 3 5 培养一周左右，平板上长出红紫色的小型菌落， 挑取单个菌落依上述方法重复平板划线分离多次，直至获得纯的培养物 ( 2 ) 挑取单菌落，用扩大培养基进行扩大培养，方法与富集培养法相同。 约一周左右，锥形瓶中的菌液变为鲜红色，表明光合细菌己大量增殖。为后续实 验所提供菌种，一般取接种三天左右的菌液作为接种液。 3 1 3 光合细菌紫外光谱和形态结构的观察 制备在光合培养基上生长的光合细菌菌悬液，菌体细胞悬浮于6 0 蔗糖溶 液用紫外可见分光光度计在3 0 0 - 9 0 0 r i m 波长连续扫描菌悬液与菌绿素吸悦 峰比较如下t 光合细菌在处理舍染料废水中的应用研究 可见，菌悬液与菌绿素a 的吸收波长值基本吻合，证明菌种含有菌绿素。可 营光合作用生长。 在显微镜下的观察可以看出，细胞杆状，单个或里链状排列，裂殖或芽殖而 无附着物，极生鞭毛。革兰氏染色实验确定为革兰氏阴性菌。在厌氧光照条件下 培养该细菌生长很快，培养基颜色逐渐由淡红色向深红色转化。 固体培养基上菌体呈红紫色。圆形，光滑湿润，稍突起，边缘整齐有光泽。 由于红假单胞菌属基本特征为d 细胞杆形，0 6 2 5i lm o 6 5 0 “m 极 生鞭毛运动或不运动；生长有极性，不对称出芽分裂革兰氏染色阴性。片层状 光合内膜，光合色素为叶绿素a 、h 和类胡萝卜素。 综上所述，所分离菌种的特征与红假单胞菌的基本特征相符，推断其为红假 单胞菌( r h o d o p s e u d o m o n a s ) 。 3 2 光合细菌生长的几个影响因素 3 2 1 温度。光照和p h 值对光合细菌生长的影响 在实验中发现，由于培养基使用的海水中含大量的钙镁等离子，遇到磷酸盐 核酵母膏时，在较高温度下可产生白色沉淀降低了溶液中营养盐的浓度，这将 直接影响光合细菌对营养成分的吸收，抑制光合细菌的生长。所以温度对光合细 菌生长有很大的影响。光作为光合细菌的能源之一，它的强弱也影响着光合细菌 的生长。在一定的温度下，光线越强，光合细菌生长越快， 而培养基的p h 值直接影响光合细菌的生长这是因为氢离子浓度与营养物 质进入细胞体内有直接关系当氢离子浓度变化时，组成原生质半渗透膜的胶体 即发生变化。胶体在一定的氢离子浓度下带正电荷，在另一种氢离子浓度下带负 电荷，这种电荷的变换会引起原生质膜对培养基中某些个别离子的渗透性的改 变，从而影响细菌对营养物质的吸收而且培养基的p h 的变化，也可能打破培 养基中的离子键的化学平衡，使化学平衡发生移动，生成沉淀。 光舍细菌在处理舍染料废水中的应用研究 综上所述，光合细菌生长的最适宜的条件是互应的。因为光照也会影响温度， 而二者又同时影响着p h 值。即温度高，光照对应应该较弱，温度低，光照强； 如果温度低，光照弱，。光合细菌就会得不到最佳能源，生长速度变慢，如果温度 高，光照强，p h 值就会迅速升高，。培养基产生沉淀，抑制光合细菌的生长因 此整个实验过程所选实验条件为光合细菌的适宜生长条件* 温度为2 5 - 3 5 ，光、 照条件为2 0 0 0 3 0 0 0 l a x ，其培养基p h 为7 0 3 2 2 盐度对光合细菌生长的影响 现代工业生产排出的废水往往含有大量的盐分。盐度在国家废水排放标准中 不作要求，但是它对废水处理特别是生物处理有很大的影响，盐分过高会对微生 物产生抑制作用甚至导致微生物大量死亡，使生物处理达不到理想的效果。高浓 度无机盐可通过升高环境渗透压而破坏微生物的细胞膜和菌体内的酶，从而破坏 微生物的生理活动 在淡水环境下生存或淡水处理构筑物中的微生物接种到高盐环境下仅有部 分微生物可以存活，这是盐度对微生物的一种选择。将淡水微生物的存活率定义 为1 0 0 ，当盐度超过2 0 9 i , 。微生物存活率低于4 0 因此，一般认为淡水微 生物无法处理盐度超过2 0 9 l 的废水。 高盐污水的生物处理工程对策一般为驯化淡水微生物，稀释进水盐度或利用 适盐微生物。传统活性污泥法盐度适应差r 降解速率缓慢，污泥流失严重虽然 通过驯化可以提高污泥耐盐范围，提高系统的处理效率，但是，驯化污泥中的微 生物对盐度的耐受范围有限，而且对环境的变化敏感。当盐度环境变化时，微生 物的适应性会立刻消失而稀释进水盐度将造成水资源的浪费，所以选用适盐微 生物成为了人们关注的重点。 耐盐微生物：能耐受一定浓度的盐溶液，但在无盐条件下生长最好，其生长 也不需要大量无机盐。 嗜盐微生物：指在高盐条件下可以生长的细菌，其生长离不开高盐环境。按 照最佳生长盐度范围可以分为三类。 海洋菌：最佳生长盐度l 3 中度嗜盐菌；最佳生长盐度3 1 5 光合细菌在处理舍染料废水中的应用研兜 极度嗜盐菌：最佳生长盐度1 5 3 0 通常染料废水和印染废水的含盐量很高，所以一般微生物难以适应因此需 要考察光合细菌的耐盐情况，以培养基中n a c l 浓度作为盐度，采用逐步加大培 养基n a c l 浓度的方法考察盐度对光合细菌生长的影响，考察光合细菌对盆度的 忍受能力。 具体操作如下：在装有1 0 0 m l 扩大培养基的各个反应瓶中加入n a c i ，使培 养基中最终的n a c i 含量为0 、l 、2 、5 、7 、1 0 、1 2 、1 5 ，接种1 0 m l 的菌种，4 8 h 培养后测定细菌的生长状况。 从图中可以看出，含盐量在1 - 5 之间变化时，光合细菌生长良好，当含盐 量为7 时。仍然没有抑制细菌生长，可以得出此菌种为海洋菌。此菌种在含盐 量为2 时生长最好，即可以耐受2 0 9 l 及更高的盐度，由此可见，该海洋光合 细菌在处理染料工业废水方面有很大的优势。 图3 1 盐度对海洋光合细菌生长的影响 3 3 光合细菌处理废水的原理 光合细菌的结构和物质能量的代谢是其能在有机废水处理中大展身手的根 本原因。研究表明，p s b 既不象好氧的活性污泥菌胶团细菌那样受污水中氧浓度 的限制，可以利用光能进行高效的能量代谢，即使微弱的光照也能进行：又不象 严格厌氧的甲烷细菌等对氧存在的高度敏感，它可以在有氧条件下分解有机物， 通过氧化磷酸取得能量，这种随生长条件的变化而灵活地改变代谢类型的特性， 是光合细菌能处理高浓度有机废水的主要原因。 光合细菌在处理含染料废水中的应用研究 3 4 光合细菌的驯化 取l m l 富集好的菌液接入含染料浓度为2 0 m g n 的扩大培养基中，共接2 瓶， 一瓶在3 0 下静止培养，另一瓶置于4 c 冰箱中作对照通过在测定( j 0 0 n m 处 ，的吸光度以及在5 2 0 r i m 处测定离心处理后的样本吸光度值来确定一个驯化阶段 是否完成，若细菌生长良好，则可以确定一个驯化阶段己经完成从而开始新一阶 段的驯化。取培养液2 5 m l 接入染料浓度为4 0 m e t 培养液中，。重复上述培养与 检查，至染料浓度为1 0 0 m e l ，发现菌液在6 ( 5 0 n m 处的吸光度值达到0 8 以上且 相对比较稳定而且染料去除率达到8 0 时，则表示驯化已经完成，分离细菌。 3 4 ，1 光合细菌驯化对染料脱色的影响 自然界固有的微生物往往不能降解人工合成的复杂有机物，但经过适当的驯 化，微生物可以培养出适宜于降解此类有机物的酶系统。实验在1 0 0 m l 的扩大 培养基中加入x - 3 b ( 其浓度1 0 0 m g n 。) 为例，测定染料浓度和细菌光密度随时 间的变化来反映菌种驯化对脱色的影响。其中驯化是接种经过驯化阶段的菌液对 x 一3 b 进行脱色，结果如图3 2 、3 - 3 所示。 由图3 2 可以看出，无论驯化与否，菌种对染料的降解规律类似，首先经历 了一个吸附阶段，之后变化缓慢，最后才逐步降解。但经过驯化的细菌对染料的 脱色效果要好于未经驯化的菌种说明驯化过程促进细菌对含染料环境的适应。 尤其实际废水成份复杂，不好处理，把细菌先进行驯化有利于提高脱色效果。 o1 02 03 0 柏5 00 0 ， j水一 时闾i 昔 图3 - 2 驯化光合细菌作用下染料浓度 随时问的变化曲线 0l o印 时闻k ，。 图3 3 驯化光合细菌生长曲线 柏o ，1篁世璐聋嵌 光合细菌在处理舍染料废水中的应用研究 3 4 2 染科对光合细菌生长的影响 实验用等量的蒸馏水制备的菌悬液在波长6 6 0n n l 处测其o d 值，来衡量生 物量。染料对光合细菌生长的影响如图3 3 所示，其中自然生长是指在不含染料 的培养基中自然生长的细菌。从图3 3 中可以看出，染料对细菌的生长有一定的 抑制作用，但由于染料浓度较低，抑制并不明显，从图中可以明显地看出，经过 染料驯化的光合细菌由于已经适应了这种毒性环境，所以它们的生长态势良好。 3 5 小结 o ) 通过对光合细菌的富集和分离，培养出了较纯的红假单胞菌，为后续实 验打下了良好的基础， ( 2 ) 实验所用的海洋光合细菌菌种具有较好的耐盐性，在只加葡萄糖作为外 加碳源的情况下对x - 3 b 有较好的脱色效果，适应实际印染废水高盐度的性质。 ( 3 ) 对培养好的光合细菌进行驯化，发现低浓度的染料对细菌生长有一定 抑制作用，但并不明显。经过驯化的细菌适应了毒性环境，生长态势良好。驯化 后的光合细菌对染料的脱色能力有所增强。 ， 光合细菌在处理含染料废水中的应用研究 4 光合细菌对染料的脱色 大多数染料属于难降解物质，难降解有机物是指在一般的自然条件下不能被 普通的微生物完全分解或部分分解的有机物，这是由于自然界中现存的微生物尚 缺乏某些酶来将那些化合物分解转化为可被微生物利用的有机物。这些难降解的 有机化合物在化学组成或结构上有着天然有机化合物不具有的特点，需要一些特 殊的酶将其转化或分解一旦它们经过几步的转化和分解形成了与天然有机物或 天然有机物降解中间体相同的化学组成和结构后，它们就能顺利地被现有的一些 微生物所利用，并进一步被分解、矿化 4 1 外加碳源对脱色反应的影响 根据微生物共代谢理论，许多单独存在时难于被微生物降解的有机物，在与 易降解有机物共存时，通过微生物的共代谢作用，是可以被降解的。因此，可以 在含有较多难降解有机物的废水中加入一些易降解的有机物，形成共基质条件， 以提高生物处理对难降解有机物的去除效果 为确定染料能否作为唯一碳源而被微生物利用，实验以不外加碳源的反应为 对照，考察碳源的添加对反应的影响。共有五种染料，分别为x - b r 、x - 3 b 和 x - g n 、b b g f n 和b r v ，用自来水配制染料溶液，使其初始浓度均为1 0 0 m g l ， 加入葡萄糖或醋酸钠( 浓度为2 0 9 l ，) 作为外加碳源，与未加两种物质的脱色 反应进行比较。 实验结果表明，在没有外加碳源的条件下，两种偶氮染料几乎没有脱色，而 另外几种可以部分脱色。而有葡萄糖或醋酸钠存在的条件下，几种染料最终都可 以完全脱色可见添加一定的碳源有利于x b r 和b b g f n ，b _ r v 的脱色，而且 对于偶氮染料x - 3 b 、x - g n 而言，必须添加碳源才有可能脱色。 4 1 t 外加碳源的选择 为了解不同碳源对脱色反应的影响，分别以葡萄糖、淀粉和醋酸钠为碳源， 考察葡萄糖、淀粉和醋酸钠为碳源时的脱色情况和细菌生长情况在9 0 m l 活性 艳红x - 3 b ( 1 0 0 m g l ) 自来水溶液中分别加入葡萄糖、淀粉和醋酸钠，使其最 船 光合细蓖在处理古染料废水中的应用研究 终浓度为2 0 9 l ，接种1 0 m l 菌种，相隔一定时间测定染料浓度和细菌光密度， 葡萄糖为外加碳源的实验结果如图4 1 所示，淀粉和醋酸钠为外加碳源的实验结 果类似，如图4 2 、禾3 所示。 o 点 型 疑 聋 癌 图4 i 葡萄糖为外加碳源时染料浓度 和光合细菌生长随时间变化曲线 己 善 葛 爱 霉 媒 ： 点 世 避 毒 寐 图4 2 淀粉为外加碳源时染料浓度 和光台细菌生长随时间变化曲线 图4 - 3 醋酸钠为外加碳源时染料浓度 和光合细菌生长随时间变化曲线 从图中可见三者的降解情形有些不同，在葡萄糖为外加碳源条件下( 图4 _ 1 ) ， 细菌生长一直处于对数期，在1 5 0 小时后趋于平缓，染料的降解过程中没有明显 的延滞期，在淀粉、醋酸钠为外加碳源条件下( 图4 2 、4 - 3 ) ，细菌生长一直处 于对数期，在1 5 0 小时后仍在上升。但总体来说，从图4 - l 和图垂2 、禾3 中可以 看出，x - 3 b 的降解过程中没有明显的延滞期。由此可知。在浓度为1 0 0 m g n 。的 情况下，x - 3 b 对细菌生长没有明显的抑制作用，菌种的耐受能力很强。对比降 解效果，实验最终选用葡萄糖为外加碳源。， 光合细菌在处理舍染科废水中的应用研究 4 1 2 葡萄糖效应 如前所述，一些研究者发现，在生物降解过程的同时添加一些无毒害作用的 营养物质，如：乳酸、甲酸、乙酸等，可以显著提高生物强化效果。s c h m i d t 等 人也先后证实葡萄糖对p s e u d p u t i d a - - - l 菌株降解对硝基酚的强化作用，短链脂肪 h 一 _ 酸( 如丁酸) 及葡萄糖对氯代芳香烃化合物还原脱氯过程的刺激作用以及葡萄糖 降解过程所产生的还原辅酶n a d h 促进偶氮染料的还原裂解脱色。对于一些难 降解的有机物，微生物并不以其为碳源，而以甲烷，丙烷、甲苯、酚，氨和二氯 苯氧基乙酸等为原始底物，微生物降解这类底物之后；产生的氧化酶改变了目标 污染物的结构，从而达到降解目标污染物的目的。 张胜田【1 0 9 】等人的实验表明，当葡萄糖投加量在一定范围内的时候，投加葡 萄糖的反应器中光合细菌处理能力增强，出水水质优于不加葡萄糖的样本，向反 应体系投加葡萄糖，可以使光合细菌利用葡萄糖构筑并完善酶系统，通过共代谢 分解有机物，改善了出水水质但当葡萄糖投加量超出这个范围时，细菌的处理 能力反