不動(dòng)桿菌Acinetobacter sp.NG3固定化處理抗生素制藥廢水的研究

王俊峰，王萍萍，劉志健

(1.黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150088;2.哈爾濱三聯(lián)藥業(yè)股份有限公司，黑龍江哈爾濱150025)

抗生素制藥工業(yè)廢水是一類毒性較強(qiáng)、色度較高、較難降解及治理難度較大的高濃度工業(yè)有機(jī)廢水。隨著抗生素產(chǎn)量及社會(huì)需求量的不斷增大，導(dǎo)致抗生素制藥廢水的排放量逐年增加，年排放量達(dá)7 000萬(wàn)t以上，對(duì)環(huán)境造成了極大危害，并已成為環(huán)境污染的主要來(lái)源。目前國(guó)內(nèi)外有效處理抗生素制藥廢水的方法有化學(xué)法、物理法及生物法等，但大多不太成熟，廢水處理效率較低，且成本較高等。所以，開發(fā)一種高效處理、低耗運(yùn)行及穩(wěn)定性強(qiáng)的抗生素制藥廢水處理技術(shù)已成為目前抗生素制藥企業(yè)污水處理研究的熱點(diǎn)［1－2］。

微生物固定化技術(shù)是指利用物理或化學(xué)方法將菌體細(xì)胞固定在載體上，使其保持高度密集并保持其生物活性功能，在適宜的條件下還可以增殖且能反復(fù)使用的以滿足應(yīng)用之需的生物技術(shù)［3］。將其應(yīng)用于抗生素制藥廢水處理，可構(gòu)建高效的廢水處理系統(tǒng)，具有提高生物反應(yīng)器單位體積的生物轉(zhuǎn)化率、延長(zhǎng)菌體細(xì)胞壽命、提高固液分離效率、降低污泥產(chǎn)量、提高系統(tǒng)的處理能力和菌種適應(yīng)性及可反復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，已逐步受到制藥企業(yè)廣泛的重視［4］。該研究擬對(duì)篩選到的一株高效抗生素廢水降解菌進(jìn)行包埋固定化處理并研究其廢水處理效果，以期提供一些可供借鑒的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)菌種 試驗(yàn)中所使用的菌種為該課題組前期試驗(yàn)所篩選的抗生素廢水高效降解菌不動(dòng)桿菌Acinetobacter sp.NG3。

1.2 試驗(yàn)水樣 試驗(yàn)中所用廢水水樣取自哈爾濱市某抗生素制藥企業(yè)的污水處理調(diào)節(jié)池內(nèi)的混合廢水，其主要來(lái)自抗生素發(fā)酵生產(chǎn)中的發(fā)酵廢水、用于提取純化抗生素的有機(jī)溶劑廢水、洗滌廢水以及冷卻廢水等。其水質(zhì)的BOD/COD在0.45左右，pH 為 3.0 ～5.5，CODCr為 5 000 ～10 000 mg/L，BOD52 000～5 000 mg/L，SS為500～900 mg/L，可生化性良好，比較適合使用生物法處理。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 包埋固定化小球的制備。首先用溫水將包埋劑(PVA/海藻酸鈉)溶解活化成比較光潔的均勻膠體，同時(shí)對(duì)不動(dòng)桿菌Acinetobacter sp.NG3的培養(yǎng)液在6 000 r/min條件下進(jìn)行離心濃縮處理5 min，并用生理鹽水連續(xù)洗滌離心2～3次;取一定量的濃縮菌體與一定濃度的包埋劑按照菌膠(m∶V)比1∶10的比例在磁力攪拌器上進(jìn)行低速攪拌使之均勻混合。采用細(xì)塑料膠管(d=2～3 mm)連接蠕動(dòng)泵，將菌體-PVA/海藻酸鈉懸液滴入到低速而連續(xù)磁力攪拌的CaCl2-飽和硼酸的混合溶液中，然后放入4℃冰箱中進(jìn)行固化交聯(lián)20 h，放置室溫下解凍5 h，最后利用生理鹽水對(duì)包埋固定化小球進(jìn)行洗滌，備用。制備的包埋固定化小球如長(zhǎng)時(shí)間存放，需將固定化顆粒保存在抗生素廢水中，以保持其降解活性［5］。

1.3.2 COD的測(cè)定。采用《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測(cè)定－重鉻酸鹽法》(GB11914－89)。

1.3.3 曝氣時(shí)間、進(jìn)水COD濃度、pH及溫度對(duì)處理效果的影響。分別在不同的曝氣時(shí)間、進(jìn)水COD濃度、pH及溫度條件下處理抗生素廢水，同時(shí)以同量的游離菌(未包埋固定化)處理抗生素廢水作為對(duì)照，考察曝氣時(shí)間、進(jìn)水COD濃度、pH及溫度對(duì)包埋固定化小球處理抗生素效果的影響［6］。

2 結(jié)果與分析

2.1 曝氣時(shí)間對(duì)COD去除率的影響 從圖1可知，游離菌在曝氣20 h后COD去除率趨于平緩，而包埋固定化菌需要經(jīng)過(guò)25 h。這可能是由于Acinetobacter sp.NG3菌為好氧菌，在生長(zhǎng)、繁殖及代謝降解有機(jī)物的過(guò)程中需要大量的氧氣，而經(jīng)過(guò)包埋固定化后，導(dǎo)致體系中有機(jī)物及氧的傳質(zhì)速率下降，使曝氣的時(shí)間延長(zhǎng)。

圖1 曝氣時(shí)間對(duì)COD去除率的影響

2.2 進(jìn)水COD濃度對(duì)廢水COD去除率的影響 進(jìn)水COD對(duì)COD去除率的影響如圖2所示。從圖2可知，隨著進(jìn)水COD的不斷增加，COD的去除率逐漸下降，當(dāng)進(jìn)水COD＜6 000 mg/L時(shí)，包埋固定化菌較游離菌的COD去除率低，可能原因是由于菌體經(jīng)包埋固定化后使有機(jī)物的傳質(zhì)速率下降造成的;而當(dāng)進(jìn)水COD＞6 000 mg/L時(shí)，包埋固定化菌較游離菌的COD去除率較高，可能是由于隨著進(jìn)水COD的提高，抗生素廢水中的有害物質(zhì)對(duì)菌體的毒害作用增強(qiáng)，由于包埋固定化載體原料的保護(hù)，使固定化菌具有較好的抵抗能力。

圖2 進(jìn)水COD對(duì)COD去除率的影響

2.3 pH對(duì)廢水COD去除率的影響 微生物在生長(zhǎng)過(guò)程中機(jī)體內(nèi)發(fā)生的絕大多數(shù)反應(yīng)都是酶促反應(yīng)，而酶促反應(yīng)都有一個(gè)最適的pH，酶促反應(yīng)速率越高，微生物生長(zhǎng)速率越大，過(guò)低或過(guò)高的pH都會(huì)使微生物的生長(zhǎng)、代謝受到抑制;此外，pH也通過(guò)影響細(xì)胞質(zhì)膜的透性、膜的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)的溶解性或電離性來(lái)影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，從而影響微生物的生長(zhǎng)及代謝［7］。pH對(duì)COD去除率的影響如圖3所示。由圖3可知，當(dāng)pH＜6或pH＞8時(shí)，兩種菌的處理效果都較差，當(dāng)pH在6～8之間時(shí)，處理效果最好。此外，包埋固定化菌處理的COD去除率變化較為平緩，說(shuō)明菌體經(jīng)包埋固定化后對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)性更好。

圖3 pH對(duì)COD去除率的影響

2.4 溫度對(duì)廢水COD去除率的影響 由于微生物的生命活動(dòng)都是由一系列的生物化學(xué)反應(yīng)組成的，而這些反應(yīng)受溫度的影響又極其明顯。首先，溫度會(huì)影響微生物產(chǎn)酶的活性，每種酶都有最適的酶促反應(yīng)溫度，溫度變化會(huì)影響酶促反應(yīng)速率;其次，溫度會(huì)影響細(xì)胞質(zhì)膜的流動(dòng)性，溫度變化不利于物質(zhì)運(yùn)輸，影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌;最后，溫度影響有機(jī)物質(zhì)的溶解度，物質(zhì)只有溶于水才能被機(jī)體吸收或分泌，溫度的變化使有機(jī)物溶解度發(fā)生波動(dòng)，影響微生物的生長(zhǎng)，進(jìn)而影響微生物對(duì)抗生素的代謝降解［8－9］。溫度對(duì)COD去除率的影響如圖4所示。從圖4可知，隨時(shí)間的變化，COD去除率變化趨勢(shì)比較平緩，說(shuō)明包埋固定化菌較游離菌對(duì)溫度的敏感性降低，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力有了一定程度的提高。這可能是由于包埋劑的多孔網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)為菌體提供了一個(gè)良好的微環(huán)境，使菌體受外界不良環(huán)境影響較小，適應(yīng)能力更強(qiáng)［10］。

圖4 溫度對(duì)COD去除率的影響

3 結(jié)論

包埋固定化技術(shù)作為一種新型的廢水處理技術(shù)，已經(jīng)在多種廢水處理中得到了成功的應(yīng)用，但是在抗生素制藥工業(yè)廢水處理領(lǐng)域應(yīng)用較少。筆者通過(guò)對(duì)不動(dòng)桿菌Acinetobacter sp.NG3進(jìn)行包埋固定化研究，得到其最佳處理?xiàng)l件:曝氣時(shí)間為25 h，pH為6～8，溫度為25～35℃，對(duì)抗生素廢水的COD去除率達(dá)85%以上，同時(shí)菌體經(jīng)過(guò)包埋固定化后對(duì)極端環(huán)境的抵抗力增強(qiáng)。由于該研究只對(duì)單一菌進(jìn)行了包埋固定化處理，特別是該菌的好氧性對(duì)抗生素廢水COD去除率有較大的影響，下一步工作重點(diǎn)是將其與高降解能力的其他菌按一定比例混合，利用包埋固定化復(fù)合菌技術(shù)進(jìn)行抗生素廢水的高效處理。

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