微生物法處理細(xì)菌染色廢水
引言
微生物實(shí)驗(yàn)室每年產(chǎn)生大量的細(xì)菌染色廢水,這些廢水中主要染料有美蘭、結(jié)晶紫、蕃紅等堿性染料，它們結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以降解，具有潛在毒性，若直接排放不僅對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，也間接影響人們的身體健康。微生物法處理染色廢水不僅價(jià)廉，而且無(wú)二次污染，符合可持續(xù)發(fā)展的需要。
1脫色細(xì)菌的馴化及篩選
將細(xì)菌染色廢水分別倒入大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草桿菌接種剩下的廢棄斜面營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基試管內(nèi)，在溫度為34℃下培養(yǎng)幾周后，染料的顏色被脫去了。再沾取菌液在固體營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基上劃線,進(jìn)行細(xì)菌分離純化培養(yǎng)，從而分離出一株革蘭氏陰性短桿菌，沒(méi)有芽孢，菌落和形態(tài)大小及個(gè)體形態(tài)類似大腸桿菌，不發(fā)酵乳糖，此菌在肉湯培養(yǎng)基中常溫下也能生長(zhǎng)，在溫度為4℃時(shí)緩慢生長(zhǎng)，在溫度為41℃時(shí)不能生長(zhǎng)。此菌在半固體營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基上穿刺培養(yǎng)時(shí)，穿刺線模糊不清，呈云霧狀混濁生長(zhǎng)，說(shuō)明有鞭毛，初步確定為假單胞菌屬。為了便于后續(xù)實(shí)驗(yàn)，配制了肉湯培養(yǎng)基，把此脫色菌接種在肉湯培養(yǎng)基內(nèi)，在30℃下培養(yǎng)24h后，肉湯培養(yǎng)基呈現(xiàn)出混濁狀態(tài)，其表面形成乳白色菌膜并略帶香腐味，再倒入適量細(xì)菌染色廢水，在30℃下培養(yǎng)48h后，肉眼看上去脫色率為90%左右。
一次配制肉湯培養(yǎng)基時(shí)，沒(méi)有選擇高壓滅菌，只是將其煮到了沸騰狀態(tài)。配制后，一瓶放在溫度為4℃的冰箱內(nèi)，一瓶處在室溫狀態(tài)下(夏天)，幾天后，兩瓶液體培養(yǎng)基均呈混濁，均在表面形成乳白色菌膜，再分別在這兩瓶中倒入細(xì)菌染色廢水，放在室溫下，48h后染料顏色被脫去了。此時(shí)，沾取菌液在固體營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基上劃線，進(jìn)行細(xì)菌分離純化培養(yǎng)，最終分離出兩株細(xì)菌，一株是比固體營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基的顏色稍淡一點(diǎn)的濕潤(rùn)微凸的圓形菌落，直徑1～2mm,能使肉湯培養(yǎng)基混濁，其表面形成乳白色菌膜，菌液味道和上述假單胞菌屬的肉湯培養(yǎng)基菌液相似，革蘭氏染色后是一株革蘭氏陽(yáng)性一頭稍尖的短桿菌,發(fā)酵乳糖產(chǎn)酸產(chǎn)氣，此菌在4℃和41℃時(shí)都能生長(zhǎng)，肉眼看上去脫色率為90%左右，可能是產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌;另一株為乳白色中央微隆起一個(gè)更白小點(diǎn)，邊緣扁平的圓形菌落，直徑3～5mm，使肉湯培養(yǎng)基混濁，其表面形成乳白色菌膜，菌液味道和上述假單胞菌屬的肉湯培養(yǎng)基菌液相似，革蘭氏染色后是一株革蘭氏陽(yáng)性有芽孢鏈狀排列的大桿菌，發(fā)酵乳糖，此菌在4℃時(shí)不生長(zhǎng)，41℃時(shí)能生長(zhǎng)，肉眼看上去脫色率為100%，初步確定為芽孢桿菌屬類似枯草桿菌。由此可見，沒(méi)必要對(duì)肉湯培養(yǎng)基菌液進(jìn)行細(xì)菌分離，這些菌株復(fù)合存在的狀況相輔相成，在相同的溫度和時(shí)間下，復(fù)合菌株比其他3株單個(gè)脫色菌脫色時(shí)間短，色度去除率高。沾取復(fù)合菌株的菌液在半固體營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基上穿刺培養(yǎng)，穿刺線模糊不清，呈云霧狀混濁生長(zhǎng)，說(shuō)明有鞭毛。在相同的溫度和時(shí)間下，芽孢桿菌屬比產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌和假單胞菌屬脫色率高。
2細(xì)菌染色廢水濃度的確定及核桃皮濾料的制作
經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，放在錐形瓶?jī)?nèi)的細(xì)菌染色廢水若能透過(guò)光線，則倒入染色廢水的量為能使肉湯培養(yǎng)基脫色菌液的顏色和倒入染色廢水的顏色相似為止，此時(shí)菌液脫色時(shí)間短，脫色率高。如果細(xì)菌染色廢水太濃，光線不能透過(guò)，則可以通過(guò)一種自制的核桃皮濾料過(guò)濾，從而確定倒入的染色廢水量。而實(shí)際試驗(yàn)中排放的染色廢水都能透過(guò)光線，若將該染色廢水經(jīng)過(guò)核桃皮濾料過(guò)濾，再進(jìn)入肉湯培養(yǎng)基脫色，則該菌液更容易被脫色。
核桃皮濾料的制作方法:將核桃皮粉碎為0.5mm左右的顆粒，加入食用堿高溫蒸煮，進(jìn)行脫脂處理，再將脫脂后的核桃皮進(jìn)行清洗及搓洗脫皮處理后填充反應(yīng)柱。實(shí)驗(yàn)后用清水淘洗可反復(fù)利用，核桃殼顆粒表面積大，韌性大，耐磨損，不易腐爛，不結(jié)塊，易再生，可長(zhǎng)期使用，適當(dāng)填補(bǔ)，并且其本身屬于廢棄物，是具有推廣價(jià)值的材料[2]。
試驗(yàn)流程:首先將細(xì)菌染色廢水導(dǎo)入裝有核桃皮濾料的反應(yīng)柱過(guò)濾，其中根據(jù)廢水水質(zhì)的不同還可再串聯(lián)一個(gè)核桃皮濾料的反應(yīng)柱，接著再將過(guò)濾后的染色廢水導(dǎo)入肉湯培養(yǎng)基菌液內(nèi)脫色。因芽孢桿菌屬和假單胞菌屬及產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌的復(fù)合菌常溫就能生長(zhǎng)，所以此實(shí)驗(yàn)裝置操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用低，處理效果明顯，運(yùn)行及維護(hù)都比較方便，是一組經(jīng)濟(jì)環(huán)保型裝置。
3脫色細(xì)菌脫色率的計(jì)算
為了模擬細(xì)菌染色廢水，分別取美蘭、結(jié)晶紫、蕃紅、碘液4種染料各1mL混合均勻后加蒸餾水稀釋到500mL，從這500mL混合染料廢水中取出100mL，再將100mL混合染料廢水進(jìn)行1/2遞減稀釋,最終得到7種濃度的溶液，用VIS-732G可見分光光度計(jì)進(jìn)行掃描測(cè)定，得到混合染料廢水的定量標(biāo)準(zhǔn)曲線，染料廢水的表示方程如下:
A=a×C+b(1)
式中，A為染料廢水的吸光度，C為染料廢水的濃度，a和b均為擬合參數(shù)。
脫色率的計(jì)算公式為:
脫色率(%)=[(C0-C)/C0]×100%(2)
式中，C0為未處理的染料廢水濃度，C為處理后的染料廢水濃度。
最終測(cè)定的混合染料擬合曲線為A=0.5058C+0.0421，最大吸收波長(zhǎng)為519nm，R2為0.9977。各種相關(guān)溶液的吸光度值及3株脫色菌和核桃皮濾料的脫色率見表1。其中①為模擬細(xì)菌染色廢水(最大濃度)，②為進(jìn)入菌液的細(xì)菌染色廢水(即模擬細(xì)菌染色廢水經(jīng)核桃皮濾料后的濾液)，③為經(jīng)培養(yǎng)后含脫色菌的肉湯培養(yǎng)基菌液(沒(méi)加細(xì)菌染色廢水前的菌液)，④為芽孢桿菌屬脫色后的菌液，⑤為產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌脫色后的菌液，⑥為假單胞菌屬脫色后的菌液。菌液培養(yǎng)及脫色是在溫度為30℃培養(yǎng)48h后測(cè)得的吸光度值，核桃皮濾料直徑為40mm，高度為100mm。
由表1可以看出，3株脫色細(xì)菌的脫色率和前面目測(cè)的比較吻合，芽孢桿菌屬脫色率為100%，產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌脫色率為92%，假單胞菌屬脫色率為88%，核桃皮濾料的脫色率為35%。
采用紫外-可見分光光度計(jì)對(duì)混合染料廢水進(jìn)行掃描測(cè)定，其光譜圖如圖1所示。
4脫色細(xì)菌生物學(xué)性狀及展望
芽孢桿菌屬是一群需氧或兼性厭氧，能形成芽孢的革蘭陽(yáng)性大桿菌。大多為腐生菌，主要存在于土壤、水和塵埃中，一般不致病。
產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌，又稱為韋氏梭菌，在自然界分布很廣，一般存在于土壤、人和動(dòng)物的腸道以及空氣、糞肥、飼料、蔬菜、污水中，被韋氏梭菌污染的食物具有一定的毒性，人吃了可以引起中毒。
假單胞菌屬?gòu)V泛存在于土壤、水、植物及動(dòng)物活動(dòng)環(huán)境中，營(yíng)養(yǎng)要求低，絕大多數(shù)不需要生長(zhǎng)因子,代謝類型多，生化能力活潑，這些特點(diǎn)使得此菌能適應(yīng)不同的環(huán)境。由于假單胞菌是專性需氧，所以在疏松的土壤及植物根系中存在較多，各種河湖池塘也適于這種菌類生存。另外，各種食品原料和肉魚蛋乳中也有一定量的假單胞菌屬，動(dòng)物與人體的皮膚黏膜上亦有其存在[3]。假單胞菌屬種類多達(dá)200余種，多為腐生菌，少數(shù)為植物和動(dòng)物的寄生菌，大多數(shù)為條件致病菌。假單胞菌屬在生態(tài)學(xué)上是土壤和水體中非常重要的微生物，它可能負(fù)責(zé)降解有氧環(huán)境中動(dòng)植物因腐敗而衍生的許多可溶性化合物。它們還能夠降解許多異生型物質(zhì)(非自然產(chǎn)生的)化合物，如殺蟲劑及其他有毒的化學(xué)藥品，對(duì)于環(huán)境的修復(fù)非常重要。
5結(jié)論
(1)微生物法處理細(xì)菌染色廢水前，實(shí)驗(yàn)馴化并篩選出了3株脫色菌，初步確定為芽孢桿菌屬、產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌和假單胞菌屬。由篩選過(guò)程可以看出，篩選出的芽孢桿菌屬和假單胞菌屬及產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌都是腐生菌，它們?cè)谌鉁囵B(yǎng)基內(nèi)繁殖快，生長(zhǎng)適溫為25～35℃，營(yíng)養(yǎng)要求不高，它們共同存在時(shí)對(duì)細(xì)菌染色廢水的脫色效果最好。
(2)將核桃殼濾料做前期輔助脫色時(shí)，脫色效果明顯，芽孢桿菌屬脫色率為100%，產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌脫色率為92%，假單胞菌屬脫色率為88%。另外，實(shí)驗(yàn)確定了核桃濾料的制作方法，核桃皮濾料對(duì)環(huán)境無(wú)污染、來(lái)源廣、易獲取，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
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