韓惠穎，李 良，翟宇晴

（沈陽工業(yè)大學(xué) 石油化工學(xué)院，遼寧 遼陽 111003）

隨著染料行業(yè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，產(chǎn)生了大量的染料廢水[1]，染料廢水已成為我國工業(yè)中重點(diǎn)污染源之一。在生產(chǎn)和使用過程中大約有10%～20%的染料會(huì)直接隨廢水進(jìn)入環(huán)境中[2]。染料廢水成分復(fù)雜，含有染料、染料中間體、酸、堿、副產(chǎn)品、有機(jī)物等，色度大，濃度高，COD高[3]。

染料廢水的處理過程較為復(fù)雜，通常采用物理化學(xué)法和生物法?？梢酝ㄟ^吸收劑吸附、絮凝法沉淀過濾和膜分離技術(shù)對水中污染物進(jìn)行分離去除，也可以采用光催化氧化法、臭氧氧化法、超臨界水氧化法氧化降解無法自然分解的有機(jī)物[4]，進(jìn)而完成廢水的處理。對于苝系染料廢水，可選用微波強(qiáng)化膨潤土進(jìn)行處理[5]。

本文選用光合細(xì)菌對苝系染料廢水進(jìn)行處理，是一種新型的高效處理染料廢水的方法。光合細(xì)菌在很久前就已經(jīng)在地球上存在了，是一類具有原始光能合成體系的原核生物[6-8]，菌體自身沒有毒，且含有多種營養(yǎng)物質(zhì)和生理活性物質(zhì)，能夠在高濃度有機(jī)物的環(huán)境和較惡劣的環(huán)境下有效地處理有機(jī)廢水[9]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

氯化銨、硫酸鎂、磷酸二氫鉀、氯化鈣、氯化鈉、醋酸鈉、碳酸鈉、硫酸、茚三酮、α萘酚、苯酚、碳酸鈣、硫酸銅、硫酸鉀、氫氧化鈉、硼酸、乙醇、酚酞、甲基橙、甲基紅、次甲基藍(lán)等均為分析純試劑；微量元素為天然土壤浸出液；紅糖。

生化培養(yǎng)箱、高壓滅菌釜、電熱恒溫干燥箱、凱式定氮儀、VIS-7220G 可見分光光度計(jì)（配1 cm 玻璃比色皿）、紅外光譜儀。

1.2 廢水和菌種來源

廢水來源：遼陽市某染料廠；菌種來源：自購沼澤紅假單胞菌（液態(tài)）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 預(yù)處理方法

用碳酸鹽（碳酸鈉、碳酸鈣等）對苝系染料廢水進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，pH為7.5～8.0。

1.3.2 菌種的馴化及生長曲線的繪制

（1）基礎(chǔ)液體培養(yǎng)基

NH4Cl 1.0 g/L，MgSO41.0 g/L，K2HPO40.5 g/L，CaCl21.0 g/L，NaCl 1.0 g/L，紅糖1.0 g/L，土壤浸出液6.0 mL。

（2）馴化

取廢水和自來水按一定比例進(jìn)行混合，總體積為1 L，用碳酸鹽控制pH為7.0～8.5，投加適量的基礎(chǔ)液體培養(yǎng)基，混合均勻。接種菌液20 mL，在室溫和一定的光照條件下，定期取樣測量光密度OD600。以時(shí)間為橫坐標(biāo)，光密度為縱坐標(biāo)，繪制光合細(xì)菌生長曲線，從而確定絮凝性菌體蛋白收獲時(shí)間。

1.3.3 條件實(shí)驗(yàn)

取廢水1 L，用碳酸鹽控制pH 在7.0～8.5，投加適量的基礎(chǔ)液體培養(yǎng)基，混合均勻。接種菌液，在室溫和一定的光照條件下，培養(yǎng)時(shí)間定為1.3.2 確定的時(shí)間。通過離心方法分離菌體，干燥后，稱重，確定絮凝性菌體蛋白產(chǎn)率。然后分析蛋白含量并進(jìn)行紅外光譜表征。

1.3.4 平行實(shí)驗(yàn)

根據(jù)1.3.3條件實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行5組實(shí)驗(yàn)，考查條件實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性。

1.3.5 喂養(yǎng)試驗(yàn)

將得到的絮凝性菌體蛋白用于熱帶魚的喂養(yǎng)，分為兩組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別為對照組和實(shí)驗(yàn)組。每組熱帶魚各20條，對照組投加魚餌料進(jìn)行喂養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)組投加菌體蛋白進(jìn)行喂養(yǎng)，每兩天投加一次，觀察其生長情況及死亡率。

1.4 分析方法

在分光光度計(jì)上于600 nm 處測量光密度OD600；產(chǎn)物采用紅外光譜表征。產(chǎn)物中，蛋白質(zhì)分析方法：茚三酮反應(yīng)[10]、雙縮脲試驗(yàn)、凱氏定氮法[11-12]；糖類分析方法：莫氏試驗(yàn)[13-14]、斐林試驗(yàn)[15]、苯酚-硫酸試驗(yàn)[16]。

2 結(jié)果與討論

2.1 絮凝劑表征

2.1.1 產(chǎn)物的紅外光譜

產(chǎn)物用去離子水漂洗，離心分離，于105℃干燥3 h，進(jìn)行紅外光譜分析，結(jié)果見圖1。

圖1 產(chǎn)物紅外光譜

根據(jù)圖1所示，3 340 cm-1處為羥基吸收峰；2 840～2 955 cm-1范圍內(nèi)的3個(gè)峰為飽和碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)，1 640 cm-1、1 545 cm-1處為酰胺結(jié)構(gòu)，1 460 cm-1處為飽和碳?xì)鋸澢駝?dòng)，1 020 cm-1處為碳氧鍵伸縮振動(dòng)，869 cm-1處的吸收峰說明具有β-糖苷鍵；920 cm-1處為吡喃環(huán)末端次甲基的橫搖振動(dòng)。綜上所述，該物質(zhì)可能為糖蛋白。

2.1.2 定性定量分析

產(chǎn)物用去離子水漂洗，離心分離，于105℃干燥3 h，然后進(jìn)行蛋白質(zhì)和糖類的定性定量分析，結(jié)果見表1。

2.2 馴化與生長曲線繪制

按照1.3.2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所得結(jié)果見圖2。

圖2 光合細(xì)菌馴化過程生長曲線

由圖2可以看出，經(jīng)過馴化的光合細(xì)菌在苝系染料廢水中生長速度較快，更快到達(dá)對數(shù)期，進(jìn)入穩(wěn)定期。第五次馴化時(shí)，廢水不經(jīng)稀釋，經(jīng)過馴化后的光合細(xì)菌可以處理苝系廢水，在5天后達(dá)到靜止期，8天后光密度值逐漸下降，10天后光密度趨于穩(wěn)定，可以確定菌體收獲時(shí)間為10天。

2.3 碳酸鈣用量的影響

按照1.3.3 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即取廢水1 L，用碳酸鈉控制pH 在7.5，加入不同量的碳酸鈣，6 mL 基礎(chǔ)液體培養(yǎng)基，混合均勻。接種菌液，在室溫和一定的光照條件下，培養(yǎng)時(shí)間定為1.3.2 確定的時(shí)間，以絮體干重為控制指標(biāo)，所得結(jié)果見圖3。

圖3 碳酸鈣用量的影響

本實(shí)驗(yàn)中，投加碳酸鈉的作用是中和廢水中的酸，生成碳酸氫根，碳酸氫根再水解成碳酸，反應(yīng)式如下：

水解生成的碳酸供給光合細(xì)菌進(jìn)行光合作用，氫氧根控制pH為堿性。加入碳酸鈣的作用是固定光合細(xì)菌呼吸作用生成的二氧化碳，反應(yīng)式如下：

生成的Ca2+同時(shí)輔助絮體沉淀。

由圖3 可以看出，碳酸鈣加入量超過0.8 g 以后，絮體收率趨于平穩(wěn)，因此本實(shí)驗(yàn)取碳酸鈣最適加入量為0.8 g。同時(shí)也可以看出，碳酸鈣加入量對COD 去除率影響不大。

2.4 基礎(chǔ)營養(yǎng)液投加量對產(chǎn)物收率的影響

按照1.3.3 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即取廢水1 L，用碳酸鈉控制pH 在7.5，加入0.8 g碳酸鈣，再投不同量的基礎(chǔ)液體培養(yǎng)基，混合均勻。接種菌液，在室溫和一定的光照條件下，培養(yǎng)時(shí)間定為1.3.2確定的時(shí)間，以絮體干重為控制指標(biāo)，所得結(jié)果見圖4。

圖4 基礎(chǔ)營養(yǎng)液投加量的影響

從圖4 可以看出，隨著基礎(chǔ)營養(yǎng)液投加量的增加，絮體干重和COD去除率逐漸增加，在加入量為6 mL后，增加量趨于平穩(wěn)，因此本實(shí)驗(yàn)選取最適基礎(chǔ)營養(yǎng)液投加量為6mL。

2.5 平行實(shí)驗(yàn)

按照1.3.4 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即取廢水1 L，用碳酸鈉控制pH 在7.5，加入0.8 g 碳酸鈣，再加入6 mL 基礎(chǔ)液體培養(yǎng)基，混合均勻。接種菌液，在室溫和一定的光照條件下，培養(yǎng)時(shí)間為10 天，以絮體干重為控制指標(biāo)，所得結(jié)果見表2。

表2 平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明本實(shí)驗(yàn)所選條件合理可行。

2.6 應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

按1.3.5進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3 應(yīng)用實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如表3所示，采用光合細(xì)菌菌體蛋白作為飼料喂養(yǎng)熱帶魚的方法是可行的，且對照組和實(shí)驗(yàn)組魚死亡的原因多因換水及環(huán)境不適應(yīng)所導(dǎo)致。

3 結(jié)論

（1）通過在苝系染料廢水中進(jìn)行光合細(xì)菌的馴化，繪制了生長曲線，確定產(chǎn)物收獲最佳時(shí)間為10天。

（2）產(chǎn)物紅外分析結(jié)果為糖蛋白，蛋白含量為24.20%，多糖含量為13.18%。

（3）取廢水1 L，用碳酸鈉控制pH 在7.5，加入0.8 g碳酸鈣，再加入6 mL基礎(chǔ)液體培養(yǎng)基，混合均勻。接種菌液，在室溫和一定的光照條件下，培養(yǎng)時(shí)間為10天，以絮體干重為控制指標(biāo)，得到的菌體用于熱帶魚的喂養(yǎng)。

（4）光合細(xì)菌處理苝系染料廢水，利用其生物學(xué)特點(diǎn)，發(fā)揮其強(qiáng)大的分解轉(zhuǎn)化能力，實(shí)現(xiàn)了苝系染料廢水的脫色及資源化處理，同時(shí)還獲得了絮凝性菌體蛋白以資源化利用，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

（5）建議收獲菌體蛋白的廢水可用作回流稀釋水，循環(huán)使用，真正做到了資源利用最大化。