改性凹土包被苯酚降解菌的应用研究

黄传国，仲启迪，黄亚青，曾　红，顾威峰

(1.临沂大学 化学工程学院，山东 临沂 276000;2.淮阴工学院 生命科学与食品工程学院，江苏 淮安 223003)



改性凹土包被苯酚降解菌的应用研究

黄传国1，仲启迪2，黄亚青2，曾红2，顾威峰2

(1.临沂大学 化学工程学院，山东 临沂 276000;2.淮阴工学院 生命科学与食品工程学院，江苏 淮安 223003)

摘要:主要研究凹土的物理吸附法与菌种的生物降解法相结合条件下含酚废水的降解。首先对凹土进行提纯、酸改性及有机改性以获得能够使菌株更好吸附的凹土载体。然后，进行苯酚降解性能的测试。通过实验得出以下结论：经过酸改性与有机改性的凹土比表面积更大、内孔径更大、亲水性更强、表面电荷分布更多；降解性能最好的载体是有机改性凹土-菌种复合载体，其苯酚降解率达97%，酸改性凹土-菌种复合载体次之，其降解率达84%，而最差的是原凹土-菌种复合载体，降解率仅为61%。

关键词:凹土；改性；复合载体；苯酚降解

0 引言

大量酚类物质及其衍生物在土壤和水体中的排放和积累导致了生态环境的日趋恶化，也严重影响了人民群众的身心健康，并且已成为制约城市可持续发展的重要因素，因而必须采取有效措施处理含酚的废水，改善水资源环境[1]。目前，治理含酚废水的途径主要有化学试剂法和生物降解两种。在环境治理中，利用培养优势菌群的微生物法降解酚类化合物因其投资少、处理效率高、运行成本低及二次污染少等优点而得到越来越广泛的应用[2]。

凹凸棒土(以下简称凹土)，是一种链层状结构的含水富镁硅酸盐黏土矿物，具有较大的表面积和表面物理化学结构以及离子状态，吸附性能较好，来源丰富、成本低、可以回收再生。常用作脱色剂、吸附剂，用于动植物油的脱色、精炼以及污水、废水的处理[3]。固定化微生物技术是指将微生物固定在载体上，使其保持高度密集并保持其生物活性功能，在适宜的条件下还可以增殖以满足应用之需的生物技术。固定化微生物技术应用于废水处理，具有反应器生物浓度高、处理能力大、污泥产量少、菌种高纯高效、固液分离效果好、适应水质和值变化能力强等优点。这些优点使固定化技术在废水处理中受到广泛的重视[4-7]。

采用生化处理法和物理吸附法相结合，利用微生物的降解和改性凹土吸附的协同效应来处理含酚废水，该方法不仅提高了改性凹土的吸附能力，还实现了生物降解苯酚的循环利用。

1材料与方法

1.1菌种的来源

菌体采用实验室保藏的不动杆菌(HY-1)(Acinetobacter beijerinckii)，筛选自淮安清江石化厂废水污泥。

活化的步骤是：配置菌种适宜生长的LB培养基，转接斜面：经划线纯化长出的菌落，分别转接含酚营养琼脂斜面，30°C温箱培养2～3d，挑选培养基茁壮的菌落，挑选其中部分菌落接种到新的培养基中培养，重复此步骤2～3次，从而得到生长良好的菌落[8]。

1.2 凹土

本实验采用的材料是江苏盱眙凹土。

1.2.1 凹土的提纯

本实验采用湿法处理，将原土以2%的比例于去离子水中，搅拌24h，静置，待沉淀完全，可在底部看见明显的黑色沉淀物，弃去上层清液及底部密度较大的沉淀物，留下中间层的凹土，加入与弃去上层液等体积的去离子水，再次搅拌24h，静置，处理方法同上，剩下的凹土在105℃左右烘干，研磨过120目筛，放入干燥器中以备用即可[9]。

1.2.2热改性

由于凹土在400℃左右内部孔径结构就开始发生坍塌，因此本实验是在马弗炉中用360℃煅烧半个小时[10]。从而去除内部的结合水，在扩大内部孔径结构的同时不导致凹土结构的坍塌，从而使凹土的内表面积达到最大。

1.2.3酸改性

将热改性后的凹土浸泡于40%硫酸溶液中，搅拌24小时，洗涤直至pH呈中性，抽滤，滤饼烘干，研磨过120目筛，放入干燥器中备用[11]。

1.2.4有机改性

将酸化过的凹土先在一定量的去离子水中充分分散，向其中加入4%的十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)，将其放在超声波清洗器中超声15min[12]。结束后用去离子水洗至无溴离子(硝酸银检测)，抽滤，滤饼烘干，研磨过120目筛，放入干燥器中备用。

1.3制备改性凹土—菌种复合载体

将对数生长期的菌种[13-14]取出与三种凹土(原凹土、酸改性凹土、有机改性凹土)相结合，菌种取含酚溶液的10%，凹土取含酚溶液的2%，两者在磁力搅拌器下连续搅拌24小时，再静置24小时后倒去上清液，将剩余的凹土—菌种复合载体抽滤并干燥，储藏备用[15]。将原凹土—菌种复合载体编号为#1，将酸改性凹土—菌种复合载体编号为#2，将有机改性凹土—菌种复合载体编号为#3。

1.4复合载体降解苯酚

经过驯化后的菌种能够降解600mg/L的含酚溶液，将#1、#2、#3三种复合载体以2%的含量投加到600mg/L的含酚溶液中，每隔4个小时用4-氨基安替比林法测溶液中苯酚的含量。

2结果分析

2.1 凹土改性结果

表1　原凹土、酸改性凹土、有机改性凹土改性比表面积、孔隙体积和大小

由表1可以得出，酸改性凹土的比表面积最大，这是由于酸作用使凹土中的Mg2+、Al3+、K+、Fe2+的含量均明显减少,且分布于凹棒土通道中的杂质也被去除,使得孔道得到疏通,同时,H+置换凹土层间的Mg2+、Al3+、K+、Fe2+等离子,孔容隙得到增大。在孔隙体积的比较中，酸改性凹土的值是最大，有机改性凹土的最小，而在孔隙大小的比较中有机改性凹土的孔隙值最大，酸改性凹土孔隙最小。但不管是酸改性还是由有机改性的凹土，其内部孔径都太小，都无法让菌体正常进入凹土内部，因此需要靠电荷的吸附能力吸附菌体。故接下来的菌体吸附实验采用的凹土以有机改性凹土为宜。

图1　有机改性与原凹土红外光谱图对照

从图1中可以看出，有机改性凹土与原凹土相比，在2920～2851cm-1处有一个明显的吸收峰，此吸收峰是有机改性凹土中C-H键伸缩振动形成的。这表明有机物十六烷基三甲基溴化铵已经连接到凹土中去。傅里叶红外光谱表明，有机改性凹土中含有大量化学活性的羟基基团，提高了其亲水性以及其表面电荷分布，增强了与微生物的吸附性能。因此，有机改性凹土有利于微生物的增殖和稳定。

2.2菌种活化结果

将实验室保藏的菌种进行活化，活化后的菌种降解苯酚的性能测试结果如图2所示。

图2　活化后的菌种降解苯酚性能测试

将活化后的菌种做苯酚降解性能测试，测试菌种降解苯酚的能力。经过驯化后的菌种能降解600mg/L的苯酚。以600mg/L作为初始浓度，用处于对数生长期的菌种来降解苯酚，降解到24小时的时候，苯酚降解率为72%，说明菌种降解苯酚性能良好，可以应用。

3复合载体降解苯酚

三种复合载体降解苯酚的性能测试结果如图3所示。

图3　三种复合载体降解苯酚性能测试

测试结果表明，降解时间到24小时的时候，#1复合载体(原凹土结合菌体)的苯酚降解率为61%，#2复合载体(酸改性凹土结合菌体)的苯酚降解率为84%，#3复合载体(有机改性凹土结合菌体)的苯酚降解率为97%。因此可以明显得出结论，#3复合载体降解苯酚的效果最佳，#2复合载体效果次之，#1复合载体效果最差。

4结论

本研究在对凹土进行改性实验表明，凹土经过酸改性可以溶解凹土八面体结构中的杂质，增大孔结构，增大凹土的比表面积。有机改性凹土可以使大量化学活性的羟基基团连接到凹土结构中，提高了其亲水性以及其表面电荷分布，增强了与微生物的吸附性能，从而有利于微生物的增殖和稳定。

将原凹土、酸改性凹土与有机改性凹土分别负载菌种，降解性能最好的载体是有机改性凹土-菌种复合载体，其苯酚降解率达97%，酸改性凹土-菌种复合载体次之，其降解率达84%，而最差的是原凹土-菌种复合载体，降解率仅为61%。

参考文献:

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[5] 金叶玲，陈静，钱运华，等.超声水热法制备高纯超细凹凸棒石黏土[J].非金属矿,2005(3)：42-44.

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[15]ZiyiZhong，JaclynTeo，MingLin,etal.JudithHo.SynthesisofPorousa-Fe2O3NanorodsasCatalystSupportandANovelMethodtoDepositSmallGoldColloidsonThem[J].J.TopCatal,2008(49)：216-226.

(责任编辑：孙文彬)

Application of Modified Attapulgite Coated Phenol Degrading Bacteria

HUANG Chuan-guo1, ZHONG Qi-di2, HUANG Ya-qing2, ZENG Hong2, GU Wei-feng2

(1.School of Chemical engineering, Linyi University, Linyi Shandong 276000, China;2.Faculty of Life Science and Food Engineering, Huaiyin Institute of Technology,Huai'an Jiangsu 223003, China)

Abstract:The degradation of waste water with phenol under the conditions of the combination of attapulgite adsorption and species biodegradation was investigated in this article. In order to obtain the attapulgite vectors that species was able to be adsorpted better, attapulgite processing by purification, acid-modification and organic modification was conducted. Then, degradation performance tests of phenol were discussed. Through acid-modification and organic modification, the surface area and internal aperture of attapulgite became larger, and attapulgite was more hydrophilic with more surface charge. The organically modified attapulgite-strain composite carrier performed best, whose phenol degradation reached 97%. The second was acid-modified attapulgite-strain composite carrier, whose degradation also reached 84%. And the last was attapulgite-strain composite carrier, whose degradation was only 61%.

Key words:attapulgite; modification; complex carrier; degradation

收稿日期：2016-01-14

作者简介：黄传国(1964-),男，山东沂水人,副教授,主要从事化学工程研究。

中图分类号：X52

文献标识码：A

文章编号：1009-7961(2016)03-0023-03