固定化微生物处理造纸漂自废水

李海英¹，李小明²
（1.中南大学冶金系环境工程专业，湖南 长沙 410083；2.湖南大学环境工程系，湖南 长沙 410082）

　　摘要：将驯化6个月后所得的、对氯代芳香类有机物（AOX）具有高效降解作用的混合酋，用聚乙烯醇（PVA）包埋后，在厌氧条件下处理含AOX废水，并与自由菌液做比较。结果表明：固定化细胞的酶活性及AOX去除率均高于自由菌液，对温度和pH的适应范围较宽；菌体包埋量及反应液中湿菌含量是影响固定化细胞处理AOX废水酶活性的主要因素。在对造纸漂白废水为期1个月的连续处理试验表明，在停留时间为2.4h时，其去除率可稳定在65％～81％。
　　关键词：造纸漂白废水；聚乙烯醇（PVA）；废水处理；微生物
　　中图分类号：X793
　　文献标识码：A
　　文章编号：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

　　制浆造纸漂白废水中含有多种有毒物质，有毒物质很大一部分来自有机化合物，其中以树脂类化合物、单宁类化合物和氯代芳香类有机物为主^[1]。这些难降解有机化合物在环境中积累，造成污染。近年来，人们借助微生物对这类物质进行降解及处理废水^[2-3]，收到了较好的效果。特别是固定化微生物技术的应用，使得微生物对有毒物质的承受能力和降解能力都明显加强^[4-6]。
　　本文针对我国造纸白液目前无治理或治理不彻底的情况，选用廉价工业品PVA作为固定化载体，固定一类经驯化的具备降解氯代芳香类化合物功能的混合菌，在厌氧条件下，对纸浆漂白废水中的难降解化合物进行处理，取得了较满意的结果。

1 实验部分

1.1 实验材料
　　菌种来源：汽泥取自湖南制药厂回流污泥井，用人工合成废水厌氧驯化6个月，得到具有降解AOX功能的混合菌。
　　包埋剂：聚乙烯醇PVA，工业用，1799型，北京有机化工厂）。
　　交联剂：硼酸（分析纯，北京红星化工厂）。
1.2 固定化小球的制备
　　采用PVA包埋，将驯化后的混合菌体离心后收获，用Tris—HCl缓冲液洗涤菌体并制成菌体悬浮液，与PVA混合，并在其中加入0.02％的海藻酸钠和4％的SiO2，以防止粘连现象；同时提高固定化小球的强度、传质性能及比重，减少上浮现象。
1.3 实验方法和分析方法
　　称取一定量的固定化细胞，加入到一定体积和浓度的纸浆漂白废水中，恒温振荡或机械搅拌，进行降解AOX的活性考察。
　　通过测得反应前后AOX浓度的变化来计算酶活性，以单位时间单位湿菌分解AOX的毫克数（mg/(g·h)）表示。为表达方便，通常以相对酶活力来表示，即假定未经处理的细胞酶活力为100％。
　　自然细胞经固定后，酶活力有所下降。
　　AOX的测定方法采用Schoniger燃烧法^[7]和银量法。
1.4 试验水样
　　取自岳阳市造纸厂的漂白废水，其水质见表1：

表1 废水水质 pH CODcr/(mg·L^-1) SS/(mg·L^-1) AOX/(mg·L^-1) 4.74 860 310 96

2 结果与讨论

2.1 固定化细胞酶活性的考察
2.1.1 菌体包埋量对酶活力的影响
　　用两种菌含量的固定化小球进行实验（图1），当菌含量提高3.33倍时，AOX的分解率约提高18.5％，而酶活力却降低14％，显然多包埋进去的菌体并没能充分发挥作用。因此，在保证菌体的酶活性得到充分发挥的前提下，提高包菌量是提高去除率有效的方法。本实验得出，包菌量在24％时，既能提高AOX的去除率，又能有效利用酶活性。

2.1.2 反应液中菌体浓度对酶活力的影响
　　称取包含一定湿菌量的固定化小球与反应液充分混合，反应液中湿菌浓度对酶活力的影响见图2。随着湿菌总量的增加，AOX分解率近似直线增加，当湿菌量达32g/L时，AOX分解率增加幅度不大。酶活力急剧下降后趋平缓，酶活力未能充分发挥作用。

2.1.3 不同浓度诱导剂对酶活力的影响
　　将固定化小球分别置于不同浓度的AOX废水中，结果如图3。固定化小球曲线的高峰范围较宽（40～120mg/L），说明它对水样中有毒物质浓度的适应范围较广。当AOX浓度高于140mg/L时，其酶活性下降，说明高浓度的AOX对微生物的生存发育的毒性作用已超出其耐受能力。

2.2 固定化细胞与自由菌液去除AOX效率的比较
　　分别称取16g自由湿菌及相当于16g湿菌的固定化小球，各悬浮于400mL浓度为87mg/L的AOX废水中，置于35℃静态培养10h，定时取样测其去除率，结果见表2。

表2 固定化细胞与自由菌液的比较 次数 固定化细胞 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

　　实验说明，固定化细胞酶活力及去除率均高于自然细胞，这是由于固定化细胞沉降性能增强，细胞通透性增大，介质传递速率加快，性质稳定，延长介质停滞时间，从而有利于提高酶促反应速率。
2.3固定化细胞降解AOX酶活力的某些性质
2.3.1 反应温度对酶活力及去除率的影响
　　取AOX废水，AOX为87mg/L，pH为7.0～7.4，分别投加一定量的固定化小球和自由菌液，在不同温度下处理10h，结果见图4。

　　AOX分解率与酶活力随反应温度的升高而升高，45℃后呈下降趋势。并且在实验温度范围内，固定化小球对温度的适应范围广，且适应性较好，反应温度在20～40℃时去除率均高于自由菌液。固定化细胞的最适反应温度为35℃，而未经固定的自由菌液的最适反应温度为32℃。
2.3.2反应液pH值对酶活力及AOX去除率的影响
　　加入缓冲溶液以调整反应液的pH值，该pH值对AOX分解率及酶活力的影响见图5。2种细胞对pH值适应范围均较宽，固定化细胞最佳pH值为7～8.5。实验还表明，pH对固定化小球的强度亦有影响，pH越高，小球强度越差，当pH≥10时，小球立即破碎，pH≤7时，小球可稳定30d左右。

2.4 固定化体系连续处理废水试验
　　一定量的固定化小球放人反应器中，进行不同浓度AOX废水的连续处理，其AOX去除率与时间的关系曲线如图6。

　　由图6看出，不同浓度AOX废水，其去除率达到80％所需的时间不同，浓度越高，所需时间越长。当AOX浓度为96mg/L时，仅2.5h就可达到80％，而要达到85％，则需4h。
2.5 造纸漂白废水连续处理试验
　　将AOX浓度为96mg/L的纸浆漂白废水，在pH=7的条件于通入UASB反应器中进行连续降解试验，废水在反应器中的停留时间为2.4h，所得结果如表3。实验共进行1个月，AOX去除率保持在65％～81％，但在试验后期，固定化小球开始裂缝。

3 结论

　　①经驯化6个月的混合菌对纸浆漂白废水有较强的降解能力。
　　②混合菌经聚乙烯醇包埋后，酶活力及AOX去除率均高于自由细菌；当菌体包埋量为24％，反应液中湿菌含量为32g/L时，固定化细胞的酶活性发挥最佳。
　　③固定化细胞对温度和pH的适应范围较宽，其最适温度为35℃，最佳pH范围为7～8.5；当pH≥10时，小球立即破碎。
　　④对造纸漂白废水为期1个月的连续处理试验表明，在停留时间为2.4h时，其去除率可稳定在65％～81％。

表3 固定化微生物连续处理造纸白液的试验结果 时间 进水AOX浓度/(mg·L^-1) 出水AOX浓度/(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

参考文献：
[1]张希衡等．废水厌氧生物处理工程[M]．北京：中国环境科学出版社，1996．
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[3]陈元彩．造纸漂白废水对生物厌氧过程抑制作用的研究[J]．水处理技术，2000，(8)：228～232．
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[7]Bengt Eriksson．et al.．Determination of Inorganic chlorine compounds and Total Chlorine in Spent Bleaching Liquors[J]．Svensk papertidning，1976，17：570．

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作者简介：李海英（1973～），环境工程硕士，中南大学讲师，已发表论文4篇。