一株耐盐絮凝菌的脱色性能研究

曾建忠，林俊岳，李榕城

一株耐盐絮凝菌的脱色性能研究

曾建忠，*林俊岳，李榕城

(井冈山大学生命科学学院，江西，吉安 343009)

以直接墨绿染料为处理对象，考察温度、pH值、无机盐质量分数、染料初始质量浓度对耐盐絮凝菌H-6脱色性能的影响。结果表明，耐盐絮凝菌H-6对直接墨绿染料的脱色作用包括菌丝球吸附脱色和絮凝剂凝聚脱色两种，并且在150 r/min转速、30℃、pH = 7和75 g/L NaCl培养条件下对100 mg/L直接墨绿染料的脱色率效果最佳，脱色率在90 %以上。

耐盐絮凝菌；直接墨绿染料；脱色性能

染料废水排放量大，成分复杂，化学性质稳定，色度深达500~5×105倍不等，且含盐量高达10%~20%[1-2]。偶氮染料占到染料的生产和使用的50%以上，且偶氮染料及其降解产物多具致癌作用，并能在环境中长期存在，对人体健康危害极大，因此，含偶氮化合物废水的处理成为环境污染控制中的焦点问题[3]。目前对于该种废水处理主要有物化法和化学法，但物化法会产生大量难处理的泥渣，化学法则运行费用高且易造成二次污染[4]。

利用微生物法进行偶氮染料脱色处理，虽能很好地克服的物化法和化学法的缺陷[5]。但是，由于微生物生长对营养物质、pH、盐度、温度等条件有一定要求，因此，常规的微生物法难以适应染料废水含盐量高、水质波动大、毒性高的特点[6]。生物强化技术是解决染料废水生物处理效果不佳的可行途径，而获得具有耐盐和对偶氮染料强脱色能力的菌株则是应用生物强化技术的关键[7-9]。

本研究团队从污水处理厂的活性污泥中分离筛选出一株耐盐絮凝菌（命名为H-6菌），初步试验表明对偶氮染料具有较好的脱色能力。为此，我们以偶氮染料直接墨绿为模型化合物，研究该菌对偶氮染料的脱色可行性及其培养条件对脱色效果的影响，为生物强化处理偶氮染料废水积累生物资源及基础数据。

1 材料与方法

1.1 菌种来源

菌种由污水处理厂的活性污泥中分离筛选而得，命名为H-6菌。

1.2 染料

直接墨绿由浙江省某染料化工有限公司提供，其它试剂均为分析纯。

1.3 培养基

查氏固体培养基: NaNO32 g，K2HPO41 g，KCl 0.5 g，MgSO4 0.5 g，FeSO40.01 g，蔗糖20 g，琼脂20 g，水1000 ml，pH为7。

基础培养基: NaNO32 g，K2HPO41 g，KCl 0.5 g，MgSO4 0.5 g，FeSO4 0.01 g，蔗糖20 g，水1000 mL，pH自然。

染料培养基: 在基础培养基中加入一定量的染料。

1.4 脱色试验

1.4.1菌株的发酵液脱色

菌种活化后，用无菌水制成浓度为2.0×106~3.0×106个/mL的孢子悬浮液，充分振荡，以1%的接种量分别加入含300 mL基础培养基和染料培养基的500 mL三角瓶中，置恒温摇床中，150 r/min、30 ℃下培养72 h。

1.4.2 菌丝球的吸附脱色

将基础培养基中的发酵液静置后收集的菌丝球经无菌水洗涤三次后于40 ℃烘干，然后转移到含300 mL染料废水(染料浓度同染料培养基)的500 mL三角瓶中，置脱色摇床中，180 r/min振荡脱色24 h。

1.4.3 发酵液的絮凝脱色

将1.4.1中基础培养基发酵产物静置后的上清液即为液态絮凝剂，向该液态絮凝剂加入与染料培养基相同浓度的染料，脱色摇床中，180 r/min振荡脱色24 h。

1.5 脱色特性研究

改变温度、pH、盐度、转速、染料浓度和碳源等，考察这些因素对直接墨绿脱色效果的影响，探索菌株H-6的最佳脱色条件。

1.6 脱色后菌体干重的测定

300 mL培养液经过滤，收集菌体，置干燥箱，80 ℃烘干至恒重，所得干重减去吸附在菌体上的染料质量即为菌体干重。

1.7 脱色能力的测定

用UV-2550型紫外可见分光光度计对实验所用偶氮染料进行波长扫描，获得各实验染料在可见光区的最大吸收波长，把脱色处理的染料废水取样离心（8000 r/min，10 min），用分光光度计于染料最大吸收波长处测其上清液的OD（B），未经脱色处理的染料废水作空白，即为染料初始OD（A），计算脱色率，以脱色率表示菌株的脱色能力。

脱色率 = (A-B)/A×100%

2 结果与分析

2.1 温度对脱色效果的影响:

在温度20~45 ℃范围内，H -6菌形成的菌丝球及其胞外产物均具有脱色效果，脱色能力变化趋势与发酵脱色一样，均为先升高后降低。在20~40 ℃范围内，菌体干重随温度升高而增加，但超过40 ℃时，菌体干重随温度升高而减少。

图1 温度对脱色率的影响

2.2 pH对脱色效果的影响

图2 pH值对脱色率及菌体生长的影响

由图2可知，随pH值的增大，H-6菌的发酵过程脱色效果、菌丝球、H-6菌胞外产物的脱色率都是先增加后减少，其中pH为6时发酵脱色率和菌体生长量都是最高，分别为99.0%和0.86g；而pH为 9时脱色率只有12.4%。

2.3 浓度对脱色效果的影响

图3 盐度对发酵脱色率及菌体生长的影响

由图3可知，盐度从0增加至75 g/L时，H-6菌对直接墨绿的脱色效果和菌体生长情况均很好，发酵脱色率在96.0 %以上。但当盐度达到125 g/L时，菌体生长受到抑制其生长量仅为0.2 g，发酵脱色率也只有25.1 %。

2.4 转速对脱色效果的影响

图4 转速对脱色率的影响

由图4可知，随转速的增加，菌株发酵脱色率逐渐增加。低于120 r/min时，脱色率显著下降。当转速高于150 r/min时，菌株发酵脱色率基本保持在99.0%。

2.5 染料浓度对脱色效果的影响

图5 染料浓度对发酵脱色率及菌体生长的影响

染料浓度在50~300 mg/L范围内，其脱色率均高达99 %左右。但当染料浓度超过300 mg/L时，脱色率随着染料浓度增加而降低，400 mg/L时脱色率降低到16.3 %。

3 讨论

目前，生物法处理染料污水主要通过吸附作用或降解作用去除染料。虽然利用真菌的胞外酶降解系统，可以同时降解多种染料，但需在无菌操作下完成，因此无法长期发挥降解作用。相对降解脱色，吸附脱色可同时吸附多种染料，不受废水环境、营养供给等因素的影响，且无二次污染，因而引起众多学者的关注[13]。目前的研究主要集中在菌丝球、微生物絮凝剂的吸附性能研究，而对既能产微生物絮凝剂而又能形成菌丝球的真菌吸附脱色还没有研究报道。

我们的研究结果表明，H-6菌在适宜条件下能以直接墨绿染料为基质生长，且脱色率最高达到99.2%左右；同时我们还观察到在没有基质存在的直接墨绿染料废水中，H-6菌形成的菌丝球也能使废水脱色，脱色率为85.0%左右，这种脱色主要是吸附脱色；并且，H-6菌的胞外产物也能使直接墨绿染料脱色，且脱色率最高达到85.0%左右。我们以前的研究结果表明H-6菌的胞外产物能使造纸废水絮凝沉淀[14]。由此我们可推断H-6菌对直接墨绿染料废水脱色的作用具备吸附脱色和孢外产物絮凝脱色两种。

我们还观察到H-6菌在酸性条件下生长良好，脱色效果好，但当pH值超过7.0时，菌体的生长受到抑制，脱色能力急剧下降；并且我们观察到，当pH为7.0时，其菌体生长量并未下降，但絮凝脱色能力则下降了10%，这可能是其pH值影响到絮凝能力，但其作用机理仍不清楚有待进一步研究。

综上所述：H-6菌通过生物吸附作用和凝聚作用脱色直接墨绿溶液，盐度、染料浓度和培养温度对H-6的脱色率影响不大，而初始 pH值对H-6的脱色率影响大；在温度30℃，pH为6，转速150 r/min，染料浓度为100 mg/L、培养72 h，H-6菌株对直接墨绿脱色率可达99.2%；H-6能够在较宽泛的环境条件下脱色直接墨绿溶液，将为含染料废水的处理提供新材料。

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DECOLORIZATION PERFORMANCE OF A STRAIN OF HALOTOLERANT FLOCCULANT BACTERIA

ZENG Jian-zhong,*LIN Jun-yue, LI Rong-cheng

(School of Life Sciences, Jinggangshan University, Ji’an, Jiangxi 343009, China)

C.I. direct green 6 dye as research object, the decolourization performance of H-6 strain of halotolerant flocculant bacteria was investigated at different temperature, pH values, salt concentrations, initial concentrations of dye. The results indicated that it has two kinds of decoloring process as the mycelia-adsorption decolorization and the flocculant-cohesion decolorization. The optimal conditions are as follows: rotational speed of 150 r/min, culture temperature for 30 ℃, and NaCl 75 of g/L, and pH 7. Under these conditions, 90% decolorization rate for 100 mg /L C.I. direct green 6 dye were obtained.

halotolerant flocculant bacteria; C.I. direct green 6 dye; decolorization

X703.5

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2014.02.007

1674-8085(2014)02-0031-04

2013-06-06；

2014-02-16

江西省教育厅科技计划项目(2009ZDG049000，GJJ12469)；江西省自然科学基金项目(20132BAB203022)

曾建忠(1968-)，男，江西吉安人，副教授，主要从事环境微生物研究(E-mail:zjz100769@126.com);

*林俊岳(1972-)，男，江西吉安人，副教授，硕士，主要从事水环境污染防治研究(E-mail:13979656848@163.com);

李榕城(1991-)，男，福建福州人，井冈山大学生命科学学院环境科学专业2008级本科生(E-mail:lirongcheng@163.com).