李海英¹，李小明²
（1.中南大學(xué)冶金系環(huán)境工程專業(yè)，湖南 長沙 410083；2.湖南大學(xué)環(huán)境工程系，湖南 長沙 410082）

　　摘要：將馴化6個(gè)月后所得的、對氯代芳香類有機(jī)物（AOX）具有高效降解作用的混合酋，用聚乙烯醇（PVA）包埋后，在厭氧條件下處理含AOX廢水，并與自由菌液做比較。結(jié)果表明：固定化細(xì)胞的酶活性及AOX去除率均高于自由菌液，對溫度和pH的適應(yīng)范圍較寬；菌體包埋量及反應(yīng)液中濕菌含量是影響固定化細(xì)胞處理AOX廢水酶活性的主要因素。在對造紙漂白廢水為期1個(gè)月的連續(xù)處理試驗(yàn)表明，在停留時(shí)間為2.4h時(shí)，其去除率可穩(wěn)定在65％～81％。
　　關(guān)鍵詞：造紙漂白廢水；聚乙烯醇（PVA）；廢水處理；微生物
　　中圖分類號：X793
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
　　文章編號：1009-2455(2001)05-0019-04

Treatment of Wastewater from Bleaching in Paper Making by Immobilized Microorganism
LI Hai-ying¹，LI Xiao-ming²
（1.Department of Metallurgical Science and Engineering，Central South University，Changsha 410083，China；
2.Department of Environmental Engineering，Hunan University，Changsha 410082，China)

　　Abstract：A mixed bacterium，which is highly effective in degrading chloro-aromatic organics(AOX)，was
obtained after 6 months of acclimation and was embedded with polyvinyl for the treatment of AOX-containing
wastewater．A comparison was made between this test and the test using free bacterial liquor．The result showed：the enzyme activity of immobilized cells was higher than that of free bacterial liquor and the AOX removal rate by immobilized cells was higher than by free bacterial liquor．In addition，immobilized cells were adaptable to wider temperature and pH ranges．The quantity of embedded bacteria and the content of wet bacteria in the reactant liquor were the major factors affecting the enzyme activity of immobilized cells in the treatment of AOX-containing wastewater．It was shown by a one-month continuous treatment test for the wastewater from bleaching in paper making that when the residence time is 2.4 hours the removal rate can be stabilized at 65%～81%．
　　Key words：wastewater from bleaching in paper making；polyvinyl；wastewater treatment；microorganism

前言

　　制漿造紙漂白廢水中含有多種有毒物質(zhì)，有毒物質(zhì)很大一部分來自有機(jī)化合物，其中以樹脂類化合物、單寧類化合物和氯代芳香類有機(jī)物為主^[1]。這些難降解有機(jī)化合物在環(huán)境中積累，造成污染。近年來，人們借助微生物對這類物質(zhì)進(jìn)行降解及處理廢水^[2-3]，收到了較好的效果。特別是固定化微生物技術(shù)的應(yīng)用，使得微生物對有毒物質(zhì)的承受能力和降解能力都明顯加強(qiáng)^[4-6]。
　　本文針對我國造紙白液目前無治理或治理不徹底的情況，選用廉價(jià)工業(yè)品PVA作為固定化載體，固定一類經(jīng)馴化的具備降解氯代芳香類化合物功能的混合菌，在厭氧條件下，對紙漿漂白廢水中的難降解化合物進(jìn)行處理，取得了較滿意的結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料
　　菌種來源：汽泥取自湖南制藥廠回流污泥井，用人工合成廢水厭氧馴化6個(gè)月，得到具有降解AOX功能的混合菌。
　　包埋劑：聚乙烯醇PVA，工業(yè)用，1799型，北京有機(jī)化工廠）。
　　交聯(lián)劑：硼酸（分析純，北京紅星化工廠）。
1.2 固定化小球的制備
　　采用PVA包埋，將馴化后的混合菌體離心后收獲，用Tris—HCl緩沖液洗滌菌體并制成菌體懸浮液，與PVA混合，并在其中加入0.02％的海藻酸鈉和4％的SiO2，以防止粘連現(xiàn)象；同時(shí)提高固定化小球的強(qiáng)度、傳質(zhì)性能及比重，減少上浮現(xiàn)象。
1.3 實(shí)驗(yàn)方法和分析方法
　　稱取一定量的固定化細(xì)胞，加入到一定體積和濃度的紙漿漂白廢水中，恒溫振蕩或機(jī)械攪拌，進(jìn)行降解AOX的活性考察。
　　通過測得反應(yīng)前后AOX濃度的變化來計(jì)算酶活性，以單位時(shí)間單位濕菌分解AOX的毫克數(shù)（mg/(g·h)）表示。為表達(dá)方便，通常以相對酶活力來表示，即假定未經(jīng)處理的細(xì)胞酶活力為100％。
　　自然細(xì)胞經(jīng)固定后，酶活力有所下降。
　　AOX的測定方法采用Schoniger燃燒法^[7]和銀量法。
1.4 試驗(yàn)水樣
　　取自岳陽市造紙廠的漂白廢水，其水質(zhì)見表1：

表1 廢水水質(zhì) pH CODcr/(mg·L^-1) SS/(mg·L^-1) AOX/(mg·L^-1) 4.74 860 310 96

2 結(jié)果與討論

2.1 固定化細(xì)胞酶活性的考察
2.1.1 菌體包埋量對酶活力的影響
　　用兩種菌含量的固定化小球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（圖1），當(dāng)菌含量提高3.33倍時(shí)，AOX的分解率約提高18.5％，而酶活力卻降低14％，顯然多包埋進(jìn)去的菌體并沒能充分發(fā)揮作用。因此，在保證菌體的酶活性得到充分發(fā)揮的前提下，提高包菌量是提高去除率有效的方法。本實(shí)驗(yàn)得出，包菌量在24％時(shí)，既能提高AOX的去除率，又能有效利用酶活性。

2.1.2 反應(yīng)液中菌體濃度對酶活力的影響
　　稱取包含一定濕菌量的固定化小球與反應(yīng)液充分混合，反應(yīng)液中濕菌濃度對酶活力的影響見圖2。隨著濕菌總量的增加，AOX分解率近似直線增加，當(dāng)濕菌量達(dá)32g/L時(shí)，AOX分解率增加幅度不大。酶活力急劇下降后趨平緩，酶活力未能充分發(fā)揮作用。

2.1.3 不同濃度誘導(dǎo)劑對酶活力的影響
　　將固定化小球分別置于不同濃度的AOX廢水中，結(jié)果如圖3。固定化小球曲線的高峰范圍較寬（40～120mg/L），說明它對水樣中有毒物質(zhì)濃度的適應(yīng)范圍較廣。當(dāng)AOX濃度高于140mg/L時(shí)，其酶活性下降，說明高濃度的AOX對微生物的生存發(fā)育的毒性作用已超出其耐受能力。

2.2 固定化細(xì)胞與自由菌液去除AOX效率的比較
　　分別稱取16g自由濕菌及相當(dāng)于16g濕菌的固定化小球，各懸浮于400mL濃度為87mg/L的AOX廢水中，置于35℃靜態(tài)培養(yǎng)10h，定時(shí)取樣測其去除率，結(jié)果見表2。

表2 固定化細(xì)胞與自由菌液的比較 次數(shù) 固定化細(xì)胞 自由菌液 去除率/％ 酶活力/％ 去除率/％ 酶活力/％ 1 43 74 34 62 2 50 82 36 64 3 48 80 38 64 4 52 84 40 62 5 54 85 38 60

　　實(shí)驗(yàn)說明，固定化細(xì)胞酶活力及去除率均高于自然細(xì)胞，這是由于固定化細(xì)胞沉降性能增強(qiáng)，細(xì)胞通透性增大，介質(zhì)傳遞速率加快，性質(zhì)穩(wěn)定，延長介質(zhì)停滯時(shí)間，從而有利于提高酶促反應(yīng)速率。
2.3固定化細(xì)胞降解AOX酶活力的某些性質(zhì)
2.3.1 反應(yīng)溫度對酶活力及去除率的影響
　　取AOX廢水，AOX為87mg/L，pH為7.0～7.4，分別投加一定量的固定化小球和自由菌液，在不同溫度下處理10h，結(jié)果見圖4。

　　AOX分解率與酶活力隨反應(yīng)溫度的升高而升高，45℃后呈下降趨勢。并且在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，固定化小球?qū)囟鹊倪m應(yīng)范圍廣，且適應(yīng)性較好，反應(yīng)溫度在20～40℃時(shí)去除率均高于自由菌液。固定化細(xì)胞的最適反應(yīng)溫度為35℃，而未經(jīng)固定的自由菌液的最適反應(yīng)溫度為32℃。
2.3.2反應(yīng)液pH值對酶活力及AOX去除率的影響
　　加入緩沖溶液以調(diào)整反應(yīng)液的pH值，該pH值對AOX分解率及酶活力的影響見圖5。2種細(xì)胞對pH值適應(yīng)范圍均較寬，固定化細(xì)胞最佳pH值為7～8.5。實(shí)驗(yàn)還表明，pH對固定化小球的強(qiáng)度亦有影響，pH越高，小球強(qiáng)度越差，當(dāng)pH≥10時(shí)，小球立即破碎，pH≤7時(shí)，小球可穩(wěn)定30d左右。

2.4 固定化體系連續(xù)處理廢水試驗(yàn)
　　一定量的固定化小球放人反應(yīng)器中，進(jìn)行不同濃度AOX廢水的連續(xù)處理，其AOX去除率與時(shí)間的關(guān)系曲線如圖6。

　　由圖6看出，不同濃度AOX廢水，其去除率達(dá)到80％所需的時(shí)間不同，濃度越高，所需時(shí)間越長。當(dāng)AOX濃度為96mg/L時(shí)，僅2.5h就可達(dá)到80％，而要達(dá)到85％，則需4h。
2.5 造紙漂白廢水連續(xù)處理試驗(yàn)
　　將AOX濃度為96mg/L的紙漿漂白廢水，在pH=7的條件于通入U(xiǎn)ASB反應(yīng)器中進(jìn)行連續(xù)降解試驗(yàn)，廢水在反應(yīng)器中的停留時(shí)間為2.4h，所得結(jié)果如表3。實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行1個(gè)月，AOX去除率保持在65％～81％，但在試驗(yàn)后期，固定化小球開始裂縫。

3 結(jié)論

　?、俳?jīng)馴化6個(gè)月的混合菌對紙漿漂白廢水有較強(qiáng)的降解能力。
　?、诨旌暇?jīng)聚乙烯醇包埋后，酶活力及AOX去除率均高于自由細(xì)菌；當(dāng)菌體包埋量為24％，反應(yīng)液中濕菌含量為32g/L時(shí)，固定化細(xì)胞的酶活性發(fā)揮最佳。
　?、酃潭ɑ?xì)胞對溫度和pH的適應(yīng)范圍較寬，其最適溫度為35℃，最佳pH范圍為7～8.5；當(dāng)pH≥10時(shí)，小球立即破碎。
　　④對造紙漂白廢水為期1個(gè)月的連續(xù)處理試驗(yàn)表明，在停留時(shí)間為2.4h時(shí)，其去除率可穩(wěn)定在65％～81％。

表3 固定化微生物連續(xù)處理造紙白液的試驗(yàn)結(jié)果 時(shí)間 進(jìn)水AOX濃度/(mg·L^-1) 出水AOX濃度/(mg·L^-1) AOX去除率/％ 第3d 96.24 30.03 68.72 第6d 96.24 28.42 70.40 第9d 96.24 24.45 74.53 第12d 96.24 17.55 81.72 第15d 96.24 20.47 78.68 第18d 96.24 29.21 69.57 第21d 96.24 24.66 74.53 第24d 96.24 30.17 68.57 第27d 96.24 28.36 70.46 第30d 96.24 30.22 68.52

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作者簡介：李海英（1973～），環(huán)境工程碩士，中南大學(xué)講師，已發(fā)表論文4篇。