优势菌降解橡胶工业有机废水的实验研究.pdf

1、优 势 菌 降 解 橡 胶 工 业 有 机 废 水 的 实 验 研 究顾 韬 1 ,2 , 李 捍 东 1 3 , 李 霁 1 , 秦 浩 3 , 刘 征 涛 1 , 王 平 21. 中 国 环 境 科 学 研 究 院 国 家 环 境 保 护 化 学 品 生 态 效 应 与 风 险 评 估 重 点 实 验 室 , 北 京 1000122. 中 南 林 业 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 ,湖 南 长 沙 4120043. 兰 州 石 油 化 工 公 司 , 甘 肃 兰 州 730060摘 要 : 用 含 M盐 (2 - 硫 醇 基 苯 并 噻 唑 )的 橡 胶 工 业 有

2、机 废 水 驯 化 活 性 污 泥 ,分 离 出 8 株 高 效 优 势 菌 ,并 初 步 鉴 定 到 属 . 对 8 株菌 种 降 解 橡 胶 工 业 有 机 废 水 的 效 果 进 行 了 对 比 研 究 . 结 果 表 明 :处 理 6 d 后 ,各 单 菌 株 对 橡 胶 工 业 有 机 废 水 的 去 除 率 均 在 55 %以 上 ,其 中 Y8 的 去 除 率 达 到 82 %.对 复 合 菌 降 解 橡 胶 工 业 有 机 废 水 的 研 究 结 果 表 明 :温 度 为 35 ,pH为 8 是 复 合 菌 降 解 的 最佳 条 件 . 对 废 水 稀 释 会 导 致 碳 源

3、稀 薄 ,降 低 降 解 率 . 多 因 素 正 交 实 验 表 明 :降 解 该 类 废 水 的 最 佳 条 件 是 (葡 萄 糖 ) , (尿 素 ) ,菌量 和 转 速 分 别 为 2 gPL ,110 gPL ,20 %和 80 rPmin.关 键 词 : 橡 胶 工 业 有 机 废 水 ; 生 物 降 解 ; 2 - 硫 醇 基 苯 并 噻 唑 ; 降 解 效 果中 图 分 类 号 : X703. 1 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1001 - 6929(2007) 01 - 0095 - 05Experimental Study on Degradation Ca

4、pability of Dominant Bacteria in RubberIndustry Wa stewaterGU Tao1 ,2 , LI Han2dong1 , LI Ji1 , QIN Hao3 , LIU Zheng2tao1 , WANG Ping21. SEPA Key Laboratory of Ecologyical Effect and Risk Assessment of Chemicals , Chinese Research Academy of Environmental Sciences ,Beijing 100012 , China2. School of

5、 Life Science and Technology , Central South University of Forest urea content , 110 gPL ; bacteria content , 20 % ; and revolution rate ,80 rPmin.Key words : rubber industry wastewater ; biodegradation ; 22mercaptobenzothiazole ; degradation effect收 稿 日 期 : 2006 - 09 - 18基 金 项 目 : 国 家 重 点 基 础 研 究 发

6、 展 计 划 (973)项 目 (2003CB415003)作 者 简 介 : 顾 韬 (1981 - ) ,女 ,四 川 成 都 人 ,硕 士 研 究 生 .3 责 任 作 者含 M 盐 的 橡 胶 工 业 有 机 废 水 的 处 理 一 直 是 国内 外 废 水 处 理 领 域 的 一 大 难 题 ,几 十 年 来 尚 未 有 突破 性 的 成 果 . 该 类 废 水 组 成 复 杂 ,所 含 的 主 要 物 质为 :M 盐 (2 - 硫 醇 基 苯 并 噻 唑 ) ,DM 盐 (二 硫 化 二 苯并 噻 唑 ) ,苯 胺 ,硝 基 苯 等 化 合 物 ,均 属 于 难 生 化 降 解的

7、有 机 物 1 4 . 近 年 来 ,采 用 生 物 法 降 解 该 类 有 机 废水 收 到 了 显 著 的 效 果 . 笔 者 前 期 筛 选 出 对 该 类 废 水有 较 好 降 解 能 力 的 8 株 菌 株 ,通 过 富 集 培 养 ,探 讨 了不 同 实 验 条 件 下 不 同 菌 株 对 橡 胶 工 业 有 机 废 水 处 理效 果 的 影 响 .1 材 料 和 方 法1. 1 废 水 来 源 与 水 质第 20 卷 第 1 期环 境 科 学 研 究Research of Environmental SciencesVol. 20 ,No. 1 ,2007采 用 的 橡 胶 工

8、业 有 机 废 水 取 自 生 产 M 盐 (2 -硫 醇 基 苯 并 噻 唑 )的 废 水 池 ,具 体 水 质 如 表 1 所 示 .表 1 废 水 水 质Table 1 The wastewater quality mgPL指 标 数 值 (CODCr) 2 500 4 500pH 7 10 (S2 - ) 24 60 (挥 发 酚 ) 3 13. 7 (硝 基 苯 ) 20 96 (苯 胺 ) 75 1201. 2 污 泥 的 驯 化 及 菌 种 的 筛 选1. 2. 1 活 性 污 泥 的 驯 化采 用 橡 胶 工 业 有 机 废 水 与 配 置 的 营 养 物 驯 化 活性 污 泥

9、 . 驯 化 过 程 中 ,逐 步 加 大 废 水 所 占 比 例 ,使 活性 污 泥 逐 步 耐 受 废 水 环 境 . 驯 化 周 期 为 1 个 月 .1. 2. 2 菌 种 的 筛 选取 驯 化 培 养 液 在 筛 选 培 养 基 平 板 上 划 线 ,经32 恒 温 培 养 ,选 取 不 同 类 型 的 菌 落 进 行 分 离 纯化 ,纯 化 后 的 菌 株 保 存 于 牛 肉 蛋 白 胨 斜 面 .1. 3 菌 种 的 鉴 定根 据 形 态 和 生 理 生 化 特 征 将 各 菌 种 鉴 定 到属 5 .1. 4 菌 液 的 制 备将 分 离 出 来 的 单 株 菌 接 入 牛 肉

10、 蛋 白 胨 液 体 培 养基 富 集 培 养 ,32 振 荡 培 养 1 周 ,5 000 rPmin离 心 分离 菌 体 10 min ,用 磷 酸 缓 冲 液 反 复 洗 涤 并 收 集 菌 体 ,制 成 一 定 浓 度 的 菌 悬 液 .1. 5 生 物 强 化 降 解 实 验1. 5. 1 单 菌 对 橡 胶 工 业 有 机 废 水 的 降 解 情 况将 菌 量 ( V (菌 液 )PV (废 水 ) ,全 文 同 ) 为 10 %的各 纯 菌 液 分 别 投 入 各 自 的 静 态 模 拟 反 应 器 中 ,置 于恒 温 摇 床 中 培 养 (35 ,100 rPmin ,培 养

11、6 d) ,每 d 测定 水 中 的 (CODCr ) .1. 5. 2 复 合 菌 对 橡 胶 工 业 有 机 废 水 的 降 解在 橡 胶 工 业 有 机 废 水 中 投 入 菌 量 为 10 %的 复合 菌 菌 液 ,置 于 恒 温 摇 床 中 培 养 (35 ,100 rPmin ,培 养 6 d) ,每 d 测 定 水 中 的 (CODCr ) .1. 5. 3 复 合 菌 降 解 的 最 适 条 件 实 验将 培 养 好 的 复 合 菌 菌 液 接 入 到 橡 胶 工 业 有 机 废水 中 ,在 其 他 条 件 不 变 的 情 况 下 ,逐 一 考 察 pH ,温度 ,不 同 的

12、(CODCr ) 以 及 共 代 谢 物 与 其 他 因 素 组 合对 降 解 能 力 的 影 响 .1. 6 分 析 方 法CODCr采 用 重 铬 酸 钾 法 测 定 6 ;pH 采 用 酸 度 计测 定 .2 结 果 与 讨 论2. 1 菌 种 分 离 及 鉴 定 结 果经 富 集 分 离 ,最 终 筛 选 出 8 株 (编 号 分 别 为 H3 ,H4 ,H5 ,H12 , H16 , Y4 , Y5 和 Y8) 具 有 降 解 橡 胶 工 业有 机 废 水 能 力 的 高 效 菌 株 . 分 类 学 鉴 定 结 果 及 菌 株主 要 生 理 生 化 特 征 见 表 2.表 2 菌 种

13、 鉴 定 结 果Table 2 The identification of bacteria特 征 H3 H4 H5 H12 H16 Y4 Y5 Y8菌 落 颜 色菌 体 形 态革 兰 氏 染 色芽 孢 染 色夹 膜 染 色V. P 反 应M. R 实 验接 触 酶 反 应葡 萄 糖 利 用产 氨 实 验明 胶 液 化淀 粉 水 解纤 维 素 降 解耐 盐 性 实 验需 氧 性 实 验淡 黄 色球 状+-+-+发 酵 产 气-+好 氧乳 白 色杆 状+-+-+发 酵 型+-+好 氧乳 白 色杆 状+-+发 酵 产 气-+好 氧乳 白 色杆 状+-+发 酵 产 气+-好 氧灰 白 色球 状+-+

14、发 酵 型+-+好 氧粉 红 色杆 状+-+发 酵 产 气-+兼 性乳 白 色杆 状+-+发 酵 型+-+兼 性乳 白 色杆 状+-+发 酵 型+-+兼 性鉴 定 结 果 微 球 菌 属 短 状 杆 菌 属 肾 杆 菌 属 短 芽 孢 杆 菌 属 芽 孢 八 叠 球 菌 属 纤 维 单 胞 菌 属 芽 孢 杆 菌 属 类 芽 孢 杆 菌 属注 :“ + ” 表 示 阳 性 ;“ - ” 表 示 阴 性 .69 环 境 科 学 研 究 第 20 卷2. 2 单 菌 的 降 解 结 果图 1 为 单 菌 对 橡 胶 工 业 有 机 废 水 CODCr去 除 率的 影 响 . 由 图 1 可 见 ,

15、单 株 菌 的 去 除 率 均 在 55 %以上 ,其 中 Y8 的 去 除 效 果 最 好 .图 1 单 菌 对 橡 胶 工 业 有 机 废 水 CODCr去 除 率 的 影 响Fig. 1 The CODCr remove rate of rubber industrywastewater by the single stains2. 3 复 合 菌 种 的 降 解 实 验2. 3. 1 温 度 的 影 响在 橡 胶 工 业 有 机 废 水 中 加 入 菌 量 为 10 %的 菌液 ,置 于 恒 温 摇 床 中 培 养 ,每 d 测 定 复 合 菌 在 25 ,30和 35 下 废 水 的

16、 (CODCr ) . 考 察 温 度 对 复 合 菌 降 解橡 胶 工 业 废 水 的 影 响 (见 图 2) . 由 图 2 可 以 看 出 ,复合 菌 在 35 时 CODCr 去 除 效 果 最 好 , 去 除 率 为58159 % ,而 25 和 30 时 ,复 合 菌 降 解 橡 胶 工 业 有 机废 水 的 能 力 有 所 下 降 ,对 废 水 中 CODCr 的 去 除 率 分别 为 33161 %和 45194 %.温 度 P :1 25 ;2 30 ;3 35图 2 不 同 温 度 下 复 合 菌 对 ( CODCr )的 影 响Fig. 2 The effect of d

17、ifferent temprature on (CODCr )2. 3. 2 pH的 影 响将 橡 胶 工 业 有 机 废 水 的 pH 分 别 调 至 5 ,6 ,7 ,8 ,9 和 10 ,温 度 为 35 下 考 察 初 始 pH对 CODCr的 去 除率 的 影 响 (见 图 3) .橡 胶 工 业 废 水 的 pH 对 菌 体 的 生 长 有 一 定 的 影响 ,并 直 接 影 响 到 微 生 物 降 解 的 效 果 . 由 图 3 可 见 ,在 pH 为 8 时 ,橡 胶 工 业 有 机 废 水 的 降 解 效 果 最 佳 ,pH过 高 或 过 低 都 不 利 于 废 水 中 有

18、机 物 的 降 解 .图 3 初 始 pH对 复 合 菌 降 解 性 能 的 影 响Fig. 3 The effect of different pH on compoundbacteria s degradation capability图 4 显 示 了 在 不 同 的 初 始 pH 下 ,橡 胶 工 业 有机 废 水 中 pH 的 变 化 情 况 . 在 复 合 菌 降 解 5 d 后 ,废水 的 pH都 在 8 附 近 ,降 解 的 第 1 天 pH 变 化 最 大 .说 明 橡 胶 工 业 有 机 废 水 的 降 解 不 需 要 进 行 pH 调 节也 可 保 持 较 好 的 生 物

19、 降 解 状 况 . 当 废 水 pH 较 高 时 ,可 以 被 微 生 物 的 呼 吸 作 用 所 产 生 的 CO2 中 和 到pH 8 ;当 废 水 中 pH 较 低 时 ,废 水 中 的 有 机 酸 会 被生 物 作 用 氧 化 为 CO2 和 H2O ,所 产 生 的 CO2 会 被 空气 带 出 处 理 过 程 ,使 废 水 中 的 CO2 处 于 平 衡 状 态 ,进 而 降 低 酸 度 7 .pH:1 5 ;2 6 ;3 7 ;4 8 ;5 9 ;6 10图 4 废 水 pH的 变 化 情 况Fig. 4 The change of the pH in rubber indus

20、try wastewater2. 3. 3 橡 胶 工 业 有 机 废 水 (CODCr )的 影 响图 6 ,7 为 不 同 (CODCr ) 的 橡 胶 工 业 废 水 的 降解 曲 线 . 由 图 6 , 7 可 见 ,当 橡 胶 工 业 有 机 废 水 的 (CODCr )达 到 4 409 mgPL时 ,复 合 菌 仍 能 耐 受 废 水 中的 有 毒 物 质 ,橡 胶 工 业 有 机 废 水 在 经 稀 释 后 ,去 除 率均 有 所 下 降 . 研 究 表 明 ,稀 释 作 用 虽 然 能 降 低 废 水 中有 毒 物 质 的 浓 度 ,但 稀 释 会 造 成 橡 胶 工 业 有

21、 机 废 水中 碳 源 的 稀 薄 ,对 提 高 去 除 率 并 无 太 大 作 用 ,反 而 会阻 碍 降 解 的 进 行 .2. 3. 4 正 交 实 验 结 果采 用 正 交 实 验 法 ,对 诸 多 影 响 废 水 生 化 降 解 效79第 1 期 顾 韬 等 :优 势 菌 降 解 橡 胶 工 业 有 机 废 水 的 实 验 研 究 (CODCr)P(mg L - 1) :1 4 409 ;2 1 299 ;3 2 401 ;4 3 306图 6 不 同 ( CODCr )废 水 对 复 合 菌 降 解 效 果 的 影 响Fig. 6 The effect of different c

22、oncentration wastewateron compound bacteria s degradation capability果 的 因 素 进 行 选 择 ,其 中 共 代 谢 物 质 碳 源 (选 取 葡 萄糖 ) 、 氮 源 (选 择 尿 素 ) 、 菌 量 、 充 氧 量 (以 摇 床 转 速 为指 标 )为 主 要 影 响 因 素 ,利 用 以 上 4 种 因 素 进 行 4 个水 平 L16 (44 ) 正 交 实 验 ,确 定 最 优 操 作 条 件 ,研 究 共代 谢 物 质 与 其 他 因 素 对 橡 胶 工 业 有 机 废 水 降 解 能 力的 影 响 . 正 交

23、 实 验 设 计 见 表 3. 共 基 质 理 论 认 为 ,对于 难 降 解 有 机 物 ,可 投 入 一 些 易 降 解 有 机 物 ,使 系 统中 的 微 生 物 能 够 获 得 足 够 的 营 养 ,不 但 可 以 提 高 生物 的 活 性 ,还 可 以 缩 短 降 解 反 应 时 间 . 另 外 ,菌 液 投入 量 及 充 氧 量 也 是 影 响 降 解 的 2 个 重 要 因 素 . 通 过图 7 复 合 菌 处 理 不 同 ( CODCr )的橡 胶 工 业 有 机 废 水 CODCr的 去 除 情 况Fig. 7 The CODCr remove rate of differe

24、nt concentrationwastewater by compound bacteria实 验 数 据 极 差 分 析 可 知 :复 合 菌 对 该 废 水 降 解 率 的影 响 因 素 依 次 是 因 素 A 因 素 D 因 素 B 因 素 C(见 表 4) . 实 验 的 最 优 条 件 组 合 为 A2B2 C4D2 .表 3 正 交 实 验 设 计Table 3 Design of advances composition test水 平因 素 A 因 素 B 因 素 C 因 素 D (葡 萄 糖 )P(g L - 1) (尿 素 )P(g L - 1) 菌 量 P%转 速 P(

25、r min - 1)1 1 0. 5 5 502 2 1. 0 10 803 3 1. 5 15 1004 4 2. 0 20 120表 4 实 验 数 据 分 析Table 4 Analysis data of test序 号 A B C D 实 验 方 案 去 除 率 P%1 A1 B1 C1 D1 A1B1C1D1 31. 502 A1 B2 C2 D2 A1B2C2D2 52. 173 A1 B3 C3 D3 A1B3C3D3 23. 354 A1 B4 C4 D4 A1B4C4D4 28. 855 A2 B1 C2 D3 A2B1C2D3 56. 226 A2 B2 C1 D4 A2

26、B2C1D4 66. 587 A2 B3 C4 D1 A2B3C4D1 54. 538 A2 B4 C3 D2 A2B4C3D2 53. 399 A3 B1 C3 D4 A3B1C3D4 59. 3410 A3 B2 C4 D3 A3B2C4D3 49. 1811 A3 B3 C1 D2 A3B3C1D2 57. 2312 A3 B4 C2 D1 A3B4C2D1 49. 8413 A4 B1 C4 D2 A4B1C4D2 68. 2414 A4 B2 C3 D1 A4B2C3D1 52. 4415 A4 B3 C2 D4 A4B3C2D4 34. 5616 A4 B4 C1 D3 A4B4C

27、1D3 18. 54K1 135. 872 215. 300 173. 848 188. 312K2 230. 720 220. 372 192. 792 231. 028K3 215. 592 169. 668 188. 520 147. 288K4 173. 780 150. 620 200. 800 189. 332k1 33. 968 53. 825 43. 462 47. 078k2 57. 680 55. 093 48. 198 57. 757k3 53. 898 42. 417 47. 130 36. 822k4 43. 445 37. 655 50. 200 47. 333R

28、23. 712 17. 438 6. 738 20. 935最 优 水 平 A2 B2 C4 D289 环 境 科 学 研 究 第 20 卷3 结 论a. 驯 化 分 离 筛 选 出 的 8 株 降 解 能 力 强 的 菌 株 ,经 初 步 鉴 定 到 属 ,分 别 属 于 微 球 菌 属 ( Micrococcus) 、短 状 杆 菌 属 ( Brachybacterium ) 、 肾 杆 菌 属( Renibacterium) 、 短 芽 孢 杆 菌 属 ( Brevibacillus ) 、 芽 孢八 叠 球 菌 属 ( Sporosarcina ) 、 纤 维 单 胞 菌 属( Cel

29、lulomonas) 、 芽 孢 杆 菌 属 ( Bacillus) 、 类 芽 孢 杆 菌属 ( Paenibacillus) .b. 通 过 驯 化 活 性 污 泥 ,筛 选 出 的 8 株 菌 株 ,对橡 胶 工 业 废 水 均 有 较 好 的 降 解 率 ,单 菌 降 解 中 , Y8的 降 解 效 果 最 好 .c. 复 合 菌 在 35 时 降 解 效 果 最 好 . 温 度 在35 以 下 时 ,复 合 菌 降 解 橡 胶 工 业 有 机 废 水 的 处 理能 力 会 下 降 . 废 水 的 初 始 pH 也 是 影 响 生 物 降 解 的一 大 因 素 . 当 初 始 pH 为

30、 8 时 ,降 解 效 果 最 好 . 生 物代 谢 可 自 行 调 节 废 水 中 的 pH ,达 到 最 佳 的 处 理 环境 .废 水 的 稀 释 对 提 高 生 物 降 解 效 率 并 无 太 大 的 作用 ,相 反 会 造 成 橡 胶 工 业 有 机 废 水 中 可 利 用 碳 源 的稀 薄 ,造 成 降 解 率 的 下 降 .d. 在 以 共 代 谢 碳 源 (葡 萄 糖 ) 、 氮 源 (尿 素 ) 以 及菌 量 、 转 速 为 4 种 因 素 的 不 同 水 平 L16 (44 ) 正 交 实 验中 ,最 佳 组 合 为 (葡 萄 糖 ) ( 2 gPL ) , (尿 素 )

31、( 110gPL) ,菌 量 (20 %) ,转 速 (80 rPmin) . 4 种 因 素 的 影 响大 小 为 : (葡 萄 糖 ) 转 速 (尿 素 ) 菌 量 .参 考 文 献 : 1 陈 锦 英 ,李 江 华 ,戚 薇 ,等 . 处 理 橡 胶 工 业 有 机 废 水 高 效 优 势菌 的 筛 选 J .环 境 与 健 康 杂 志 ,2005 ,22 (1) :28.Chen Jinying ,Li Jianghua , Qi Wei , et al. Study on screening thehigh2efficiency predominant bacteria for de

32、compounding the organicwastes in rubber industry wasterwater J . Journal of EnvironmentHealth ,2005 ,22 (1) :28. 2 李 江 华 ,龙 泽 波 ,许 亮 ,等 . 复 合 优 势 菌 技 术 处 理 M 废 水 J .城 市 环 境 与 城 市 生 态 ,2002 ,15 (2) :21 25.Li Jianghua ,Long Zebo ,Xu Liang , et al . Experimental study on Mwastewater treatment with the

33、hybrid super2bacteria technologyJ .Urban Environment & Urban Ecology , 2002 ,15 (2) :21 25. 3 冉 岩 ,王 志 锐 ,宋 立 学 ,等 . 高 效 优 势 菌 处 理 橡 胶 工 业 有 机 废水 实 验 条 件 的 研 究 J .天 津 医 科 大 学 学 报 ,2005 ,11 (1) :17.Ran Yan , Wang Zhirui , Song Lixue , et al . Studies on experimentconditions for high2efficiency predom

34、inant bacteria decompoundingthe organic wastewater in rubber industry J . Journal of TianjinMedical University , 2005 , 11(1) :17. 4 王 庆 生 ,李 捍 东 ,席 北 斗 ,等 . 利 用 白 腐 菌 处 理 含 硝 基 苯 类 化工 废 水 的 研 究 J .环 境 科 学 研 究 ,2002 ,15 (2) :19 21.Wang Qingsheng , Li Handong , Xi Beidou , et al. Study on treatmentof

35、 nitrobenzene wastewater by using white rot fungusJ . Research ofEnvironmental Sciences ,2002 ,15 (2) :19 21. 5 东 秀 珠 ,蔡 妙 英 . 常 见 细 菌 鉴 定 手 册 M .北 京 :科 学 出 版 社 ,2001. 43 267.Dong Xiuzhu , Cai Miaoying. Manual of common microorganismidentificationM . Beijing :Science Press ,2001. 43 267. 6 国 家 环 境 保

36、 护 总 局 . 水 和 废 水 监 测 分 析 方 法 M .北 京 :中 国环 境 科 学 出 版 社 ,1998. 354 356.State Environmental Protection Administration of China. Monitoringand analytical method of water and wastewater M . Beijing : ChinaEnvironmental Science Press ,1998. 354 356.7 王 国 华 ,任 鹤 云 . 工 业 废 水 处 理 工 程 设 计 与 实 例 M .北 京 :化学 工 业 出 版 社 ,2004. 15.Wang Guohua , Ren Heyun. Industrial wastewater treatment projectand exampleM . Beijing :Chemical Industry Press ,2004. 15.(编 辑 :孔 欣 )99第 1 期 顾 韬 等 :优 势 菌 降 解 橡 胶 工 业 有 机 废 水 的 实 验 研 究