耐盐菌群的驯化及对高含盐染料模拟废水的脱色研究_secret

1、耐盐菌群的驯化及对高含盐染料模拟废水的脱色研究摘要：通过对三种不同来源的活性污泥的耐盐驯化及驯化的耐盐菌群对高含盐（15% NaCl）染料模拟废水的厌氧脱色研究。结果表明不同活性污泥经过耐盐驯化，均可承受高达25% NaCl的盐度；厌氧条件下对高盐染料模拟废水有很高的脱色效果；高含盐染料废水可以用普通活性污泥经耐盐驯化进行生物处理。关键词：耐盐菌群；厌氧脱色；活性污泥；高含盐染料废水；Decolorization of dye wastewater with high salt concentration by the Acclimatized salt-tolerant cultures A

2、bsract: Three salt-tolerant mixed cultures were acclimatized by the gradually increasing NaCl concentration and these acclimatized cultures decolorized the simulated dye wastewater with high salt concentration (15% NaCl). The results of this study suggested that different activated sludge could tole

3、rate the concentration of 25% NaCl by the acclimatized procedure and decolorize the simulated dye wastewater with high salt concentration in anaerobic conditions. It was demonstrated that the dye wastewater with high salt could be treated by activated sludge. Keywords: salt-tolerant cultures; decolo

4、rization; activated sludge; hypersaline wastewater of dye 高含盐有机工业废水是指含有机化合物的卤水和总溶解固体物至少3.5%（w/v）的废水1，是极难处理的废水之一。许多工业，如食品，纺织，染料，制药，化工/石油等，在其生产过程中都产生大量的含盐废水， 其含盐量有时高达15-20%3，4。目前对此类废水一般采用电解法，膜分离法，焚烧法和深井灌注法处理。但由于电解法和焚烧法费用高，膜分离法存在严重的膜污染及深井灌注法会造成二次污染等，使其难以在实际中应用。传统生物法在处理低盐度废水时具有很大的优势，但当氯化钠浓度超过3%时，会造成生物代谢

5、的中度抑制和毒害2。普通生物法难以适应高盐环境，使其应用也受到限制。而耐盐菌和嗜盐菌的存在，为其应用提供了理论上的可能。目前国外有研究者通过筛选驯化耐盐菌或嗜盐菌来降解苯酚4，去除硝态氮5，高氯酸盐的还原6，及探讨高盐对活性污泥和相关废水生物处理工艺的影响7，8，9。国内近几年也开展这方面的研究10，11。但这些研究的菌种大部分来自海水或含盐量较高的环境，对于常规活性污泥的能否驯化来处理高含盐染料废水没见报道。故本实验通过来自不同环境的三种菌群进行耐盐驯化，进行其对高含盐（15% NaCl）模拟染料废水脱色研究。1材料与方法菌种的来源三种菌群分别取自大连春柳污水处理厂的活性污泥（简称CAS），

6、天津某食品加工厂污水处理车间（含盐量高）的活性污泥（简称TAS）, 大连海湾某海产品加工厂入海口的活性污泥（简称SAS）。1.2培养基耐盐驯化培养基：酵母膏5 g/L，蛋白胨10 g/L, NaCl量视情况加入(0.5%-25%,W/W)，pH(7.2-7.5).含盐模拟染料废水：耐盐驯化培养基加染料活性艳红K-2BP（结构如图.1 所示，350-2000mg/L）, pH(7.2-7.5).图.1 K-2BP的化学结构分子式 Fig. 1.The chemical structure of K-2BP1.3 耐盐菌群的驯化三种活性污泥分别取50 mL,加入0.2%的焦磷酸钠为解絮凝剂，于振荡

7、器上振荡5-10 min以打碎活性污泥絮体，各取10 mL分别加入含0.5%NaCl的100 mL耐盐驯化培养基的三角瓶中，摇床好养培养。温度30，转速150rpm。待菌长到对数生长期后，转接到下一个盐梯度，依次类推，直到含30%NaCl为止。耐盐驯化培养基的含盐量分别为0.5%，5%，10%，15%,20%,25%，30% NaCl。其中15%，20%，25% NaCl耐盐菌，还接种到本含盐浓度驯化培养集中进行耐盐能力稳定性驯化。含盐模拟染料废水脱色取长到对数生长期的15%NaCl耐盐菌群分别加入含8%和15%NaCl的含盐模拟染料废水中，接种量控制OD初值为0.28-0.30，厌氧培养温度

8、30，静止无光照。末经耐盐驯化的菌群加入含0.5%NaCl的含盐模拟染料废水中做对比实验。无菌和高温杀菌含盐模拟染料废水作空白实验。1.5 测定方法菌体浓度测定：660nm处OD值。染料浓度测定：540nm(最大特征吸收峰)处吸光度。染料浓度在0-75 mg l-1范围内与最大吸光度线性相关性较好，高浓度通过稀释测定。结果与讨论耐盐菌的驯化图.2 SAS在不同NaCl浓度下生长-时间关系Fig.2 the course time of SAS at different NaCl concentration0.5%5%10%15%20%25%图.3 TAS在不同NaCl浓度下生长-时间关系Fig

9、.3 the course time of TAS at different NaCl concentration0.5%5%10%15%20%25%图.4 CAS在不同NaCl浓度下生长-时间关系Fig.4 the course time of CAS at different NaCl concentration0.5%5%10%15%20%25%图.5.菌群在15%NaCl的生长-时间关系Fig.5 the course-time of mixed cultures (15%NaCl):CAS,:SAS,:TAS.图.6.菌群在15%NaCl的生长-时间关系Fig.6 the cours

10、e-time of mixed cultures (15%NaCl):CAS,:SAS,:TAS.由图.1图.2和图.3可看出，同一菌群在转接入高浓度NaCl时，菌的延滞期随NaCl浓度升高而延长，如CAS在0.5%NaCl无延滞期，15%NaCl 20小时左右，25%则增加到60多个小时。TAS和SAS也表现出类似的规律。因为随NaCl浓度升高，培养基的渗透压升高，对微生物的生理代谢造成很大的抑制和毒害作用。微生物需要时间来改变自身的代谢系统和启动应对高渗透压的耐盐机制14。图.4中三个菌群生长曲线区别不大。而在图.5中，从延滞期和生长浓度看，SAS具有一定的优势，优于CAS和TAS，其中T

11、AS最差。这与SAS经长时间驯化，其微生物已具有适应高盐环境能力有关。TAS 和CAS比较而言，TAS来源于CAS，在原环境中，除受盐度的定向驯化外，还受实际废水中难降解物的定向选择，其微生物种类可能比CAS少，故在一定程度上不如CAS.驯化耐盐菌群对含盐模拟染料废水的脱色图.7 0.5% NaCl浓度时对菌群生长和脱色影响（染料浓度550 mg l-1）Fig. 7 the course-time of growth and decolrization at 0.5% NaCl (K-2BP,550 mg l-1) (,: CAS; ,: SAS;,: TAS.实心表示菌浓度；虚心表示脱色)

12、图.8 8% NaCl浓度时对菌群生长和脱色影响（染料浓度550 mg l-1）Fig. 8 the course-time of growth and decolrization at 8% NaCl (K-2BP,550 mg l-1) (,: CAS; ,: SAS;,: TAS.实心表示菌浓度；虚心表示脱色)图.9 15% NaCl浓度时对菌群生长和脱色影响（染料浓度550 mg l-1）Fig.9 the course-time of growth and decolrization at 15% NaCl (K-2BP,550 mg l-1) (,: CAS; ,: SAS;,:

13、TAS.实心表示菌浓度；虚心表示脱色)偶氮染料在厌氧条件下，可被自然界中众多菌通过偶氮键还原断裂脱色，生成相应的芳香胺在许多文献中都有报道12，13。但高盐条件下，能否脱色鲜见报道。本实验就此展开研究，采用含盐染料模拟废水和没有经过染料脱色驯化的耐盐菌群进行实验。由图.7-9可看出，菌的浓度随NaCl浓度升高而降低，但菌群脱色却在8% NaCl时最快，其次是0.5%菌群，15%的菌群脱色最慢。脱色速度除与菌的浓度正相关性外，可能与培养基的氧化还原电位有关。耐盐菌群有高盐浓度（15% NaCl）转到低盐浓度（8%）时，菌体的代谢增强，消耗氧的速率加快，氧化还原电位可较快到达偶氮键还原断裂所需值，

14、从而引起8%1 NaCl的菌群脱色速度最快。三种菌群在不同盐浓度条件下，其脱色速度是CAS和SAS较快，TAS最慢，这与菌的浓度和活性正相关。图.7和8中，CAS菌群在含盐模拟染料废水中生长的浓度高于其它菌群的浓度，脱色最快。同样在图9中，SAS生长快，浓度高，其脱色速度也最快。实验结果也说明，K-2BP在高盐浓度下，可被没经驯化的耐盐菌群厌氧脱色。图.10 CAS在不同NaCl 浓度和350 mg l-1 K-2BP浓度下生长，脱色-时间关系Fig.10 the growth, decolorizeation-time of CAS at different NaCls and 350 mg

15、 l-1 K-2BP (,: 0.5% NaCl; ,: 8% NaCl;,: NaCl;实心表示生长OD，虚心表示 ).图.11 CAS在不同NaCl 浓度和350 mg l-1 K-2BP浓度下生长，脱色-时间关系Fig.11 the growth, decolorizeation-time of CAS at different NaCls and 350 mg l-1 K-2BP (,: 0.5% NaCl; ,: 8% NaCl;,: NaCl;实心表示生长OD，虚心表示 ).图.12 CAS在不同NaCl 浓度和350 mg l-1 K-2BP浓度下生长，脱色-时间关系Fig.12

16、 the growth, decolorizeation-time of CAS at different NaCls and 350 mg l-1 K-2BP (,: 0.5% NaCl; ,: 8% NaCl;,: NaCl;实心表示生长OD，虚心表示 ).由图.10-12可看出，在K-2BP浓度高时，CAS菌群脱色过程出现延滞期，脱色速度也较其它低浓度慢。这说明没经脱色驯化的菌群对高染料浓度有一个适应过程。相同染料浓度下，仍是8%NaCl浓度的菌群脱色最快。不同染料浓度时，染料浓度越低，脱色速度最快（图10-12）。2.3 耐盐菌群在15% NaCl浓度下高浓度染料脱色驯化图.13 K-

17、2BP降解产物及其氧化产物紫外-可见光谱Fig.13 UV-visible absorbance spectra of K-2BP (A), the anaerobic products of K-2BP (C) and the oxidized products of the anaerobic products of K-2BP (B)（A：K-2BP；B：厌氧还原产物；C厌氧还原产物的氧化物）根据许多纺织印染工业，染料生产企业实际废水盐度高达15-20%，特选定在15% NaCl浓度下，进行耐盐菌群对高浓度染料废水的脱色驯化。当活性艳红K-2BP浓度超过2000mg/L时,由于盐的浓度太

18、高，开始出现盐析现象。故耐盐菌群对活性艳红K-2BP最大脱色浓度为2000mg/L。在活性艳红K-2BP 2000mg/L时，离心已脱色含盐染料模拟废水，弃掉上清液，用新的含盐染料模拟废水悬浮培养。经过4-5次重复驯化，三个耐盐菌群均可在36-48小时内，完全脱色。其中CAS最快，SAS次之，TAS 最慢。这说明经驯化的耐盐菌群具有很强的脱色能力。另在实验中发现，由于活性艳红K-2BP偶氮键还原断裂后生成带有邻羟基胺萘衍生物，具有极强的还原性，遇氧易被氧化生成深色物质（图.13中 C）。活性艳红K-2BP浓度大于500 mg/L时，完全脱色的模拟废水遇氧后，溶液颜色较短时间内变为深褐色。且随染

19、料浓度增加，变色速度越快，这可能转化平衡和中间产物浓度有关。此种现象在许多文献中都有描述,并于机理方面进行了较详细的探讨15,16。问题与结论实验结果显示，用普通活性污泥经过驯化过程处理高含盐高染料工业废水，是完全可行的。虽然关于微生物耐盐机理已有较详细的报道，但如何保持耐盐菌群在实际废水中的活性，仍是耐盐菌群进一步推广应用的瓶颈。含高盐染料废水是可以生物脱色的。参考文献1 1 C.R. Woolard and R.L. Irvine (1995) response of a periodically operated halophilic biofilm reactor to changes

20、 in salt concentration, Wat.Sci.Tech.,31,41-50.2 De Baere LA, Devocht M, Assche PV, Verstraete W. Influence of high NaCl and NH4Cl salt levels on methanogenic associations. Water Res 1984;18(5):543-648.3 M. F. Hamoda. I. M. S. Al-Attar. Effect of high sodium chloride concentrations on activated slud

21、ge treatment. Wat. Sci. Tech. 1995,31(9):61-724 C.R. Woolard and R.L. Irvine (1995) treatment of hypersaline wastewater in the sequencing batch reactor, wat.res.,29,1159-11685 P. Y. Yang. S. Nitisoravut. JY S. Wu. Nitrate removal using a mixed-culture entrapped microbial cell immobilization process

22、under high salt conditions. Wat. Res. 1994, 29(6):1525-1532.6 Benedict C. Okeke, Tara Giblin, William T. Frankenberger Jr. Reduction of perchlorate and nitrate by salt tolerant bacteria. Environmential Pollution, 2002,118:357-363.7 M. F. Hamoda. I. M. S. Al-Attar. Effect of high sodium chloride conc

23、entrations on activated sludge treatment. Wat. Sci. Tech. 1995,31(9):61-72.8 Thongchai Panswad, Chadarut Anan. Impact of high chloride wastewater on an anaerobic/anoxic/aerobic process with and without inoculation of chloride acclimated seeds. Wat. Res. 1999;33(5):1165-1172.9 Fikret, Karigi. Ali, R.

24、 Dincer. Saline wastewater treatment by halophile-supplemented activated sludge culture in an aerated rotating biodisc contactor. Enzyme Microb. Technol., 1998;22:427-433.10 何健，崔中利，刘智，李顺鹏。耐盐降解苯乙酸类菌株A1 (Arthrobacter A1)的分离和特性研究。环境科学学报。2002，22（3）：374-378。11 冯叶成,占新民,文湘华,王建龙,孔惠,钱易。活性污泥处理系统耐含盐废水冲击负荷性能。 环境科学。2000，1：106-108。12 Seshadri s., Bishop P. L. and Agha A. M. Anaerobic/aerobi