微生物法处理细菌染色废水

引言

微生物实验室每年产生大量的细菌染色废水,这些废水中主要染料有美兰、结晶紫、蕃红等碱性染料，它们结构复杂，难以降解，具有潜在毒性，若直接排放不仅对环境造成严重污染，也间接影响人们的身体健康。微生物法处理染色废水不仅价廉，而且无二次污染，符合可持续发展的需要 。

1 脱色细菌的驯化及筛选

将细菌染色废水分别倒入大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草杆菌接种剩下的废弃斜面营养培养基试管内，在温度为34℃下培养几周后，染料的颜色被脱去了。再沾取菌液在固体营养培养基上划线,进行细菌分离纯化培养，从而分离出一株革兰氏阴性短杆菌，没有芽孢，菌落和形态大小及个体形态类似大肠杆菌，不发酵乳糖，此菌在肉汤培养基中常温下也能生长，在温度为4℃时缓慢生长，在温度为41℃时不能生长。此菌在半固体营养培养基上穿刺培养时，穿刺线模糊不清，呈云雾状混浊生长，说明有鞭毛，初步确定为假单胞菌属。为了便于后续实验，配制了肉汤培养基，把此脱色菌接种在肉汤培养基内，在30℃下培养24 h 后，肉汤培养基呈现出混浊状态，其表面形成乳白色菌膜并略带香腐味，再倒入适量细菌染色废水，在30℃下培养48 h 后，肉眼看上去脱色率为90 %左右。

一次配制肉汤培养基时，没有选择高压灭菌，只是将其煮到了沸腾状态。配制后，一瓶放在温度为4℃的冰箱内，一瓶处在室温状态下(夏天)，几天后，两瓶液体培养基均呈混浊，均在表面形成乳白色菌膜，再分别在这两瓶中倒入细菌染色废水，放在室温下，48h 后染料颜色被脱去了。此时，沾取菌液在固体营养培养基上划线，进行细菌分离纯化培养，最终分离出两株细菌，一株是比固体营养培养基的颜色稍淡一点的湿润微凸的圆形菌落，直径1～2 mm,能使肉汤培养基混浊，其表面形成乳白色菌膜，菌液味道和上述假单胞菌属的肉汤培养基菌液相似，革兰氏染色后是一株革兰氏阳性一头稍尖的短杆菌,发酵乳糖产酸产气，此菌在4℃和41℃时都能生长，肉眼看上去脱色率为90 %左右，可能是产气荚膜梭状芽孢杆菌;另一株为乳白色中央微隆起一个更白小点，边缘扁平的圆形菌落，直径3～5 mm，使肉汤培养基混浊，其表面形成乳白色菌膜，菌液味道和上述假单胞菌属的肉汤培养基菌液相似，革兰氏染色后是一株革兰氏阳性有芽孢链状排列的大杆菌，发酵乳糖，此菌在4℃时不生长，41℃时能生长，肉眼看上去脱色率为100 %，初步确定为芽孢杆菌属类似枯草杆菌。由此可见，没必要对肉汤培养基菌液进行细菌分离，这些菌株复合存在的状况相辅相成，在相同的温度和时间下，复合菌株比其他3株单个脱色菌脱色时间短，色度去除率高。沾取复合菌株的菌液在半固体营养培养基上穿刺培养，穿刺线模糊不清，呈云雾状混浊生长，说明有鞭毛。在相同的温度和时间下，芽孢杆菌属比产气荚膜梭状芽孢杆菌和假单胞菌属脱色率高。

2 细菌染色废水浓度的确定及核桃皮滤料的制作

经过反复试验，放在锥形瓶内的细菌染色废水若能透过光线，则倒入染色废水的量为能使肉汤培养基脱色菌液的颜色和倒入染色废水的颜色相似为止，此时菌液脱色时间短，脱色率高。如果细菌染色废水太浓，光线不能透过，则可以通过一种自制的核桃皮滤料过滤，从而确定倒入的染色废水量。而实际试验中排放的染色废水都能透过光线，若将该染色废水经过核桃皮滤料过滤，再进入肉汤培养基脱色，则该菌液更容易被脱色。

核桃皮滤料的制作方法:将核桃皮粉碎为0 .5mm 左右的颗粒，加入食用碱高温蒸煮，进行脱脂处理，再将脱脂后的核桃皮进行清洗及搓洗脱皮处理后填充反应柱。实验后用清水淘洗可反复利用，核桃壳颗粒表面积大，韧性大，耐磨损，不易腐烂，不结块，易再生，可长期使用，适当填补，并且其本身属于废弃物，是具有推广价值的材料[2] 。

试验流程:首先将细菌染色废水导入装有核桃皮滤料的反应柱过滤，其中根据废水水质的不同还可再串联一个核桃皮滤料的反应柱，接着再将过滤后的染色废水导入肉汤培养基菌液内脱色。因芽孢杆菌属和假单胞菌属及产气荚膜梭状芽孢杆菌的复合菌常温就能生长，所以此实验装置操作简单，运行费用低，处理效果明显，运行及维护都比较方便，是一组经济环保型装置。

3 脱色细菌脱色率的计算

为了模拟细菌染色废水，分别取美兰、结晶紫、蕃红、碘液4 种染料各1 mL 混合均匀后加蒸馏水稀释到500 mL ，从这500 mL 混合染料废水中取出100mL ，再将100 mL 混合染料废水进行1/2 递减稀释,最终得到7 种浓度的溶液，用VIS -732G 可见分光光度计进行扫描测定，得到混合染料废水的定量标准曲线，染料废水的表示方程如下:

A =a×C +b (1)

式中，A 为染料废水的吸光度，C 为染料废水的浓度，a 和b 均为拟合参数。

脱色率的计算公式为:

脱色率(%)=[(C0 -C)/ C0] ×100% (2)

式中，C0 为未处理的染料废水浓度，C 为处理后的染料废水浓度。

最终测定的混合染料拟合曲线为A =0 .505 8C +0 .042 1 ，最大吸收波长为519 nm ，R2 为0 .9977 。各种相关溶液的吸光度值及3 株脱色菌和核桃皮滤料的脱色率见表1 。其中①为模拟细菌染色废水(最大浓度)，②为进入菌液的细菌染色废水(即模拟细菌染色废水经核桃皮滤料后的滤液)，③为经培养后含脱色菌的肉汤培养基菌液(没加细菌染色废水前的菌液)，④为芽孢杆菌属脱色后的菌液，⑤为产气荚膜梭状芽孢杆菌脱色后的菌液，⑥为假单胞菌属脱色后的菌液。菌液培养及脱色是在温度为30℃培养48h 后测得的吸光度值，核桃皮滤料直径为40mm，高度为100 mm。

由表1 可以看出，3 株脱色细菌的脱色率和前面目测的比较吻合，芽孢杆菌属脱色率为100 %，产气荚膜梭状芽孢杆菌脱色率为92 %，假单胞菌属脱色率为88 %，核桃皮滤料的脱色率为35 %。

采用紫外-可见分光光度计对混合染料废水进行扫描测定，其光谱图如图1 所示。

4 脱色细菌生物学性状及展望

芽孢杆菌属是一群需氧或兼性厌氧，能形成芽孢的革兰阳性大杆菌。大多为腐生菌，主要存在于土壤、水和尘埃中，一般不致病。

产气荚膜梭状芽孢杆菌，又称为韦氏梭菌，在自然界分布很广，一般存在于土壤、人和动物的肠道以及空气、粪肥、饲料、蔬菜、污水中，被韦氏梭菌污染的食物具有一定的毒性，人吃了可以引起中毒。

假单胞菌属广泛存在于土壤、水、植物及动物活动环境中，营养要求低，绝大多数不需要生长因子,代谢类型多，生化能力活泼，这些特点使得此菌能适应不同的环境。由于假单胞菌是专性需氧，所以在疏松的土壤及植物根系中存在较多，各种河湖池塘也适于这种菌类生存。另外，各种食品原料和肉鱼蛋乳中也有一定量的假单胞菌属，动物与人体的皮肤黏膜上亦有其存在[3] 。假单胞菌属种类多达200余种，多为腐生菌，少数为植物和动物的寄生菌，大多数为条件致病菌。假单胞菌属在生态学上是土壤和水体中非常重要的微生物，它可能负责降解有氧环境中动植物因腐败而衍生的许多可溶性化合物。它们还能够降解许多异生型物质(非自然产生的)化合物，如杀虫剂及其他有毒的化学药品，对于环境的修复非常重要。

5 结论

(1)微生物法处理细菌染色废水前，实验驯化并筛选出了3 株脱色菌，初步确定为芽孢杆菌属、产气荚膜梭状芽孢杆菌和假单胞菌属。由筛选过程可以看出，筛选出的芽孢杆菌属和假单胞菌属及产气荚膜梭状芽孢杆菌都是腐生菌，它们在肉汤培养基内繁殖快，生长适温为25～35℃，营养要求不高，它们共同存在时对细菌染色废水的脱色效果最好。

(2)将核桃壳滤料做前期辅助脱色时，脱色效果明显，芽孢杆菌属脱色率为100 %，产气荚膜梭状芽孢杆菌脱色率为92 %，假单胞菌属脱色率为88 %。另外，实验确定了核桃滤料的制作方法，核桃皮滤料对环境无污染、来源广、易获取，具有很大的发展潜力。