生物法对偶氮染料废水脱色的研究

郑洁

摘 要：从某印染废水的活性污泥中富集了一个能够高效降解酸性大红GR的菌群。研究结果表明，该菌群在15h内几乎将100mg/L的酸性大红完全脱色。该菌群在偏碱性环境下的脱色效果大于酸性环境，并表现出高效广谱染料脱色降解特性。当温度在10°C～30°C之间时，脱色率随温度的递增而增大，在30°C时脱色率达到最大。

关键词：酸性大红GR；脱色；菌群；偶氮染料

中图分类号：X703 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）32-0064-02

Abstract： A bacteria group capable of degrading acid scarlet GR was enriched from the activated sludge of a printing and dyeing wastewater. The results showed that the bacteria almost completely decolorized acid scarlet at 100 mg/L within 15h. The decolorizing effect of the bacteria group in the alkaline environment was higher than that in the acidic environment， and showed the characteristics of decolorization and degradation of the dyes with high efficiency and broad spectrum. When the temperature is between 10 °C and 30 °C， the decolorization rate increases with the increase of temperature， and reaches the maximum at 30°C.

Keywords： acid scarlet GR； decolorization； microflora； azo dyes

1 概述

1.1 课题背景

染料和印染工业快速发展，这种发展导致了生产废水越趋增多，大约占了总的工业废水的十分之一。印染废水因其排放数量庞大、成分组成复杂等特点以及处理经济负荷沉重成为目前最难处理的工业废水之一。作为合成染料，与天然染料相比，偶氮染料因其价格成本低，颜色具有多样性，不易掉色，合成方便等特点成为主流染料。偶氮染料广泛应用于制药、造纸、皮革、食品、化妆品和纺织等行业。偶氮染料的稳定性较高，抗光、抗氧化能力强，而且具有致癌、致畸、致突变性[1]，严重破坏了水体生态系统，对人类健康构成潜在危害。

1.2 偶氮染料的性质

偶氮染料是所有分子中含有偶氮基团结构（-N=N-）染料的总称。偶氮基团结构能够吸收光中的可见光谱部分常与发色体[2]（一个或多个芳香环系统）相连构成的共扼体系。为了使偶氮染料的种类变得多样化，因此可以改变发色体芳香环系统中的取代集团，如：硝基、氨基、甲基、氯基、羟基和羧基等，从而得到种类繁多，颜色丰富多彩的偶氮染料。

1.3 染料废水的处理方式

最常用的印染废水的处理方法有物理法、化学法、物理化学法和生物法四种。生物处理法基于其成本低、效率高以及能降解或转化污染物成为水、二氧化碳以及无机盐类等优点被广泛采用。已报道的偶氮染料脱色菌种类较多。Prasad等分离得到一株能够降解偶氮染料Direct Blue-1的中度嗜盐菌Marinobactersp. strain HBRA，在70 g/L该菌在6h内将100mg/L的Direct Blue-1完全降解[3]。但是，采用纯菌对偶氮染料降解脱色，其脱色染料种类比较单一，即使菌株能够对多种染料都具有良好脱色性能，其脱色能力也不一致[4]。单一菌株对处理成分复杂的印染废水时，降解效率不稳定，不利于实践性使用。所以研究混合菌有重要的研究意义，因为菌群之间存在协同降解作用，对复杂的染料废水有很强的适应性，因此混合菌的降解效果会更加显著。

1.4 对微生物降解偶氮染料产生影响的因素

通过查找资料，初步了解一些因素对偶氮染料降解菌群的脱色的影响，溶解氧、温度、pH值、盐度以及偶氮染料的浓度等条件都必须考虑到，在不断的调解中找到最佳微生物降解偶氮染料脱色的条件。本文主要研究不同pH值和不同温度下菌群降解偶氮染料的影响。

2 材料与方法

2.1 印染废水

本文使用的偶氮染料为酸性大红GR，分子式为C22H14N4Na2O7S2，它的相对分子质量为556.48，最大吸收波长为510nm。配置酸性大红GR染料浓度为5g/L的母液，用灭过菌的0.22？滋m的滤膜过滤，除菌，用棕色瓶装。

2.2 无机盐培养基

盐度为5%的培养基的配制方法：在天平上准确秤取CaCl20.1g，MgCl2·6H2O6.0g，NaCl40.0g，KCl0.5g，Na2SO40.5g，

NH4Cl0.3g放入1L的烧杯中，加入800ml去離子水，搅拌直至试剂完全溶解，加HCl或NaOH溶液调节pH至7.2～7.5，加微量元素1ml，称取5.0g酵母粉，溶解完全后，定容至1L容量瓶中，然后每次量取100mL，分别分装至10个250mL的锥形瓶当中。

2.3 菌群

采集某印染厂的活性污泥，将其放置冰箱中冷藏。取10ml的活性污泥悬浊液将其接入模拟印染废水中（90mL的5%盐度的无机盐培养基中加入100mg/L酸性大红GR），在超净工作台操作。接种结束，将其放置30℃、150r/min的恒温振荡培养箱中，观察脱色情况，待颜色接近至无色，取10%的第一代悬浊液接种到模拟印染废水中（90mL的5%盐度的无机盐培养基中加入100mg/L酸性大红GR）如此循环8代，富集培养结束，收集菌体，用培养基洗涤菌体2次，菌体悬浮于5%培养基中，得到实验所需的菌液。

2.4 接种

打开超净工作台的紫外灯灭菌后通风，将实验所需试剂放进超净台，点燃酒精灯。取下培养基封口膜，将封口膜倒置。用移液枪（灭菌枪头）吸取1mL的KH2PO4，0.2mL（100mg/L）的酸性大红GR，再移取10mL的菌液，加入到培养基当中，盖上封口膜，待培育。将已经接种好的培养基放进30℃的恒温培养箱当中培养，观察培养基脱色情况，待酸性大红GR脱色至无色，可进行下一代接种。重复上述步骤，直到富集8代，得到实验所需菌种。

3 实验与结论

3.1 酸性大红GR浓度的测定及脱色率的计算

5%的无机盐培养基中加入一定量的浓度的酸性大红GR，将活化之后的菌群接入到上述模拟的印染废水中对其进行降解至其脱色。定时从其取出2mL脱色液装进2mL的离心管中，10000r/min下离心5min，取出上清液待测定，以未加染料的培养基作空白，在510nm最大吸收波长处测定其吸光度。脱色率根据以下公式计算：Q=（A0-At）/At×100%

其中A0为起始时刻染料对应的吸光度；At为t时刻染料对应的吸光度。

3.2 不同pH值下菌群降解酸性大红GR及其结论

配置pH值为5、6、7、8、9、10的5%盐度的无机盐培养基100mL。将配好的培养液放入立式压力蒸汽灭菌锅灭菌，在0.1MPa，120℃的条件下进行灭菌处理20min。灭菌结束后，在超净台上操作，向不同盐度的无机盐培养基中加入2mL（100mg/L）酸性大红GR溶液、1mLKH2PO4和10mL上述菌液，将其静置放置在30℃恒温培养箱中培养。每隔3h从不同pH值的培养基中各取出2mL菌液于2mL离心管中，使用离心机在12000rpm的条件下离心10min。离心结束后取出离心管，取0.4mL的上清液于石英比色皿中，并用蒸馏水稀释10倍，使用1mm的石英比色皿，测其在510nm处的吸光度。记下数据，并计算降解率，直至脱色基本结束。

结论：pH值影响会微生物的生长，大于或小于微生物的最适pH值都会对微生物的生长尤其是酶的活性产生不利的影响。该菌群在广泛的pH范围内都能适应生存。在过酸和过碱的环境条件下，12h染料脱色率只有14.19%、16.66%、44.68%，说明菌群的生长受到抑制，从而影响了菌群对酸性大红GR的降解效果。在pH7、pH8、pH9时，菌群12h的染料脱色率达到80.55%、84.67%、72.98%，降解率明显高于过酸过碱的环境，菌群都很好的脱色能力。其中菌群在pH值为8时降解性能最佳，15h内脱色率甚至100%。所以，该菌群更适合生存在偏碱性环境。在印染过程中添加的NaOH等导致染料废水偏碱性，有些印染废水pH高达10[5]，是抑制生物脱色的重要因素。因此，该菌群对于处理高碱性印染废水有很广的研究空间以及很高的应用价值。

3.3 不同温度下菌群降解酸性大红GR及其结论

为了研究菌群的最适生长温度，本问在不同的温度下对菌群降解酸性大红GR的性能进行研究。配置5个温度参数的pH值为7.5的5%盐度的无机盐培养基各100mL。将配好的培养液放入立式压力蒸汽灭菌锅灭菌，在0.1MPa，120℃的条件下进行灭菌处理20min。灭菌结束后，在超净台上操作，向5%的无机盐培养基中加入2mL（100 mg/L）酸性大红GR溶液、1mLKH2PO4和10mL上述菌液。将其分别静置放置在10℃、20℃、30℃、37℃、45℃、50℃的培养箱中培养，观察其脱色情况，直至出现脱色为止。测定不同温度下菌群对酸性大红GR的脱色效率。分别从培养基中各取出2mL菌液于2mL 离心管中，使用离心机在12000rpm的条件下离心10min。离心结束后取出离心管，取0.4mL的上清液于石英比色皿中，并用蒸馏水稀释10倍，使用1mm的石英比色皿，测其在510nm处的吸光度。记下数据，并计算降解率。

结论：温度值会影响微生物的生长，大于或者小于微生物的最适温度都会对微生物的生长尤其是酶的活性产生不利的影响。当温度在10°C～30°C之间时，脱色率随温度的递增而增大；温度在30°C时脱色率达到最大，达到98.2%。在常温37°C菌群降解酸性大红GR脱色率达到96.5%。这和Tan等富集的能够脱色酸性大红GR的菌群的结果相同[6]。

参考文献：

[1]卢婧，余志晟，张洪勋.微生物降解偶氮染料的研究进展[J].工业水处理，2013，33（1）：15-19.

[2]戴树桂，宋文华，李彤，等.偶氮染料结构与其生物降解性关系研究进展[J].環境科学进展，1996（06）：2-10.

[3]田启建，林永慧，何兴兵，等.耐高盐撕裂蜡孔菌P2对模拟橙黄G染料废水的脱色及废水脱色前后的毒性测试[J].应用与环境生物学报，2011，17（06）：876-882.

[4]花莉，解井坤，朱超，等.微生物对偶氮染料脱色降解的研究进展[J].西北农林科技大学学报，2015，43（10）：103-113.

[5]惠丰立，牛秋红，刘征，等.活性红BF-3BN脱色菌群的构建及特性研究[J].环境工程学报，2011，5（07）：1538-1541.

[6]刘正.高浓度含盐废水生物处理技术[J].化工环保，2008，26（5）：209-211.