细菌菌群脱色偶氮染料效果及其影响因素研究*

朱少东，刘 娜，郭庆贤，谢亚惠，王雪倩，陆招娣，王 钰

(1 宿州学院环境与测绘工程学院，安徽 宿州 234000；2 宿州学院沱河流域面源污染控制与生态修复技术研究中心，安徽 宿州 234000)

随着纺织业的不断发展，印染废水排放量逐渐增加，偶氮染料是服装业在印染中应用比较广泛的合成染料，被利用在各种纤维的染色[1]。在工业印染生产过程中，偶氮染料被广泛使用。偶氮染料作为典型的有毒难降解有机污染物[2]，一旦处理不当使印染废水残留在环境中，会污染环境，对人类社会和自然甚至整个生态系统都造成很大影响，还会产生对人体有极大危害的致癌物质，严重影响人体健康[3-4]。目前，大多处理印染废水的工艺具有处理效率低、投资需求大、达标排放难度大、处理工艺复杂等问题[5]。因而如何高效环保且低成本地将偶氮染料废水进行有效治理成为研究热点[6]，利用微生物处理印染废水具有性价比高，环境友好等特点[7-8]。

本研究以典型偶氮染料活性黑5为研究目标，利用从污水处理厂二沉池回流污泥中筛选出的细菌菌群对活性黑5进行脱色降解，研究pH、温度、盐浓度、初始染料浓度对细菌菌群脱色降解活性黑5效果的影响，为今后在实际应用中利用细菌菌群处理印染废水提供理论依据。

1 实 验

1.1 实验材料

1.1.1 培养基

本实验采用的培养基组成分为：氯化铵0.2 g/L、无水硫酸钠0.5 g/L、无水磷酸二氢钾2.66 g/L、牛肉浸膏1.5 g/L、蛋白胨1.5 g/L。

1.1.2 偶氮染料

本实验选取的目标污染物为活性黑5，活性黑5分子式是C26H21N5Na4O19S6，熔点为300 ℃，相对分子量为991.82，特征峰的吸收波长是597 nm，其化学结构式如图1所示。

图1 偶氮染料活性黑5的化学结构式

1.1.3 主要实验器材及仪器设备

本研究采用的主要实验仪器设备有：SH-150G恒温培养箱；UV-2600紫外可见分光光度计；TGL-16M高速冷冻离心机；SW-DJ-2D超净工作台；LDZM-40L-I压力式蒸汽灭菌锅等。

1.2 实验方法

1.2.1 细菌菌群溶液的制备

将筛选后的细菌菌群接入液体培养基中，在恒温37 ℃的培养箱中静置培养48 h，取出10 mL菌液加入90 mL的培养基中，37 ℃的条件下静置培养48 h后取2 mL菌液测定OD600值。

1.2.2 环境因素对细菌菌群脱色偶氮染料效果的影响

改变不同pH(4、5、6、7、8、9、10)、温度(20 ℃、30 ℃、37 ℃、40 ℃)、氯化钠浓度(0%、1%、2%、3%、4%、5%)、培养方式(兼氧、好氧)、染料初始浓度(20 mg/L、50 mg/L、70 mg/L、100 mg/L、200 mg/L)，取10 mL细菌菌群溶液加入90 mL的培养基中，加入偶氮染料活性黑5，培养72 h每隔24 h取样，在10 000 r/min的条件下离心5 min得到上清液，利用紫外可见分光光度计测定特征波长在597 nm处的吸光度，并用式(1)计算得到脱色率，探讨不同环境因素对细菌菌群脱色偶氮染料效果的影响。

脱色率=(A0-At)/A0×100%

(1)

式中：A0——0 h染料溶液在特征峰597 nm处的吸光度值

At——t h染料溶液在特征峰597 nm处的吸光度值

2 实验结论与讨论

2.1 不同pH对细菌菌群脱色效果的影响

随着培养基中pH值的改变，细菌脱色降解能力有一定的差异[9]。在不同pH条件下，细菌菌群脱色活性黑5(50 mg/L)的效果如图2所示，当培养基在酸性条件下(pH 4～6)，脱色率普遍在80%以下，脱色效果相对较差；当培养基由酸性条件改变到中性、碱性条件时(pH 8～10)，脱色率可以达到90%以上，脱色效果明显增加。由此可见，本研究筛选出的细菌菌群在碱性条件下更有利于活性黑5的脱色降解，由于实际染料废水在应用过程中大多呈碱性环境，所以本实验细菌菌群对于提高实际生产过程中的处理效率具有一定的意义。

图2 不同pH的条件下细菌菌群对活性黑5的脱色率

2.2 不同温度对细菌菌群脱色效果的影响

在不同温度条件下(pH 9)，利用细菌菌群脱色降解50 mg/L浓度的活性黑5，脱色率如图3所示，结果可以看出，在不同温度下，培养72 h后，细菌菌群的脱色率均在80%以上，随着温度从20 ℃升高到40 ℃，细菌菌群的脱色率从83.20%提升到92.93%。结果表明，本次筛选的细菌菌群能够适应较广的温度范围，为今后在实际环境中的应用奠定基础。

图3 不同温度的条件下细菌菌群对活性黑5的脱色率

2.3 不同盐浓度对细菌菌群脱色效果的影响

在不同盐浓度的脱色环境中(pH 9、37 ℃)，细菌菌群对活性黑5(50 mg/L)的脱色效果如图4所示，在当盐浓度为0%、1%、2%、3%、4%、5%时，细菌菌群的脱色率分别为91.54%、91.00%、91.97%、93.44%、95.19%、94.98%。其中盐浓度为4%时，脱色效果最好，脱色率为95.19%。由此可见，本次筛选的细菌菌群对盐度具有一定的耐受性，因此本实验所筛选的细菌菌群对于处理高盐染料废水具有一定潜力，在实际染料废水处理中具有较高的实际应用价值和发展前景[10]。

图4 不同盐浓度的条件下细菌菌群对活性黑5的脱色率

2.4 不同培养方式对细菌菌群脱色效果的影响

在不同的培养条件下(pH 9、37 ℃)，利用静置和振荡的不同方式进行培养，细菌菌群对活性黑5(50 mg/L)的脱色降解效果如图5所示，可以看出，在好氧条件下，细菌菌群对偶氮染料的降解效果较差，脱色率较低，培养72 h后的脱色率仅能达到64.10%。而在兼氧条件下，脱色率得到明显的提高，可以达到90.22%。类似地，郭燕[11]利用Fe0/荧光假单胞菌联合处理染料废水，结果发现与振荡条件下的好氧环境相比，静置培养条件下的兼氧条件更有利于微生物的生长，有助于细菌菌群对偶氮染料的脱色降解。

图5 不同培养方式下细菌菌群对活性黑5的脱色率

2.5 初始染料浓度对细菌菌群脱色效果的影响

在初始染料浓度不同的条件下(pH 9、37 ℃)，脱色降解效果均随时间增加不断增长，如图6所示。初始染料浓度为20 mg/L、50 mg/L、70 mg/L、100 mg/L、200 mg/L时，降解72 h后脱色率分别为90.64%、92.64%、92.59%、92.39%、88.06%。总体来说，细菌菌群对不同染料浓度脱色降解效果较好。但当染料浓度不断增大时，脱色率逐渐下降，其主要原因可能是由于随着染料初始浓度的增大，其对细菌菌群的毒性和抑制作用增加，使细菌菌群的酶活性受到影响，从而降低了其脱色降解能力[12]。

图6 不同初始染料浓度的条件下细菌菌群对

3 结 论

本研究利用从宿州市污水处理厂二沉池中筛选出的细菌菌群脱色降解偶氮染料活性黑5，探讨脱色偶氮染料的最佳环境条件。实验结果发现，在pH 9、温度37 ℃条件下静置培养，细菌菌群对活性黑5(20～200 mg/L)的脱色率达到88%以上，脱色效果优异。且与酸性条件相比，碱性条件更有利于细菌菌群的脱色效果，同时，细菌菌群具有一定耐盐性以及较广的温度适应性。本研究为利用细菌菌群在实际染料废水中的应用奠定理论基础。