申请日2017.05.17
公开(公告)日2017.10.10
IPC分类号C12N1/20; C12N11/14; C12N11/10; C12N11/08; C02F3/34; C02F103/30; C12R1/01
摘要
本发明公开了一种奥奈达希瓦氏菌固定化小球及奥奈达希瓦氏菌在处理印染废水中的应用。本发明首次提出了将奥奈达希瓦氏菌用于印染废水处理中，为印染废水脱色提供了一种新途径。奥奈达希瓦氏菌对印染废水的脱色效率尤为突出，因此本发明将奥奈达希瓦氏菌制成固定化小球，固定化小球不仅有效提高了奥奈达希瓦氏菌的重复利用率，而且大大提高了对印染废水的脱色效率，脱色效率最高可达43.31%。
权利要求书
1.奥奈达希瓦氏菌及奥奈达希瓦氏菌固定化小球在处理印染废水中的应用。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述印染废水的染料浓度不低于30 mg/L。
3.如权利要求1或2所述的应用，其特征在于，包括：将所述奥奈达希瓦氏菌驯化后制成菌悬液，将所述菌悬液投加到所述印染废水中;
所述印染废水的温度为16~22℃，pH为7.5~10。
4.如权利要求1或2所述的应用，其特征在于，包括：将所述奥奈达希瓦氏菌制成固定化小球，将所述固定化小球驯化后投加到所述印染废水中;
所述印染废水的温度为22~40℃，pH为6~8。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述印染废水中，固定化小球的投加量为40~60 g/L。
6.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述固定化小球的制备方法包括以下步骤：
(1)将聚乙烯醇加入水中，在80~90℃水浴下搅拌至完全溶解，向溶解液中加入海藻酸钠，搅拌，混合均匀，获得PVA-SA悬浊液;
(2)向奥奈达希瓦氏菌菌悬液中加入活性炭，混合吸附，获得预处理液;
(3)将所述预处理液加入到已冷却的PVA-SA悬浊液中，搅拌，混合均匀，获得混合菌液;
(4)在搅拌条件下，将所述混合菌液滴加到含氯化钙的饱和硼酸溶液中进行交联反应，获得固定化小球。
7.如权利要求6所述的应用，其特征在于，步骤(1)中，所述PVA-SA悬浊液中，聚乙烯醇的质量分数为8%，海藻酸钠的质量分数为1%，所述聚乙烯醇的平均聚合度为1800±100。
8.如权利要求6所述的应用，其特征在于，步骤(3)中，所述预处理液与PVA-SA悬浊液的质量比为1:10~1:20。
9.如权利要求6所述的应用，其特征在于，步骤(4)中，所述含氯化钙的饱和硼酸溶液中，氯化钙的质量分数为1%，所述含氯化钙的饱和硼酸溶液的pH为6.5~7.0，温度为5~15℃。
10.一种奥奈达希瓦氏菌固定化小球，其特征在于，由以下方法制备而成：
(1)将聚乙烯醇加入水中，在80~90℃水浴下搅拌至完全溶解，向溶解液中加入海藻酸钠，搅拌，混合均匀，获得PVA-SA悬浊液;
(2)向奥奈达希瓦氏菌菌悬液中加入活性炭，混合吸附，获得预处理液;
(3)将所述预处理液加入到已冷却的PVA-SA悬浊液中，搅拌，混合均匀，获得混合菌液;
(4)在搅拌条件下，将所述混合菌液滴加到含氯化钙的饱和硼酸溶液中进行交联反应，获得奥奈达希瓦氏菌固定化小球。
说明书
奥奈达希瓦氏菌及其固定化小球在处理印染废水中的应用
技术领域
本发明属于印染废水处理技术领域，具体涉及一种奥奈达希瓦氏菌固定化小球及奥奈达希瓦氏菌在处理印染废水中的应用。
背景技术
纺织印染行业是我国用水量大、排放量大的工业部门之一。随着化学纤维织物的广泛使用，染料工业的飞速发展，后整理技术也不断进步，新型助剂、染料、整理剂等被大量使用。据资料统计，2002年我国纺织废水总排放量为70亿吨，其中80%是印染废水。
由于印染废水排放量大、色度深、含盐量高、可生化性低，且活性染料水溶性好，因此很难对其进行脱色处理，印染废水如果直接排放则会对人类健康和生存环境带来极大危害，废水中残存的染料组分即使浓度很低，排入水体后也会造成水体透光率降低，倒是水体生态系统被破坏，造成水资源的浪费。
印染废水的脱色处理一直是印染防止和染料生产所面临的主要任何，目前印染废水脱色处理的物理化学方法主要由吸附脱色技术、混凝沉淀技术、化学氧化技术、粒子交换技术、超滤膜脱色技术、光催化技术、高压脉冲电解技术等等。物理化学方法由于处理费用高、极易产生大量难处理污泥以及可能造成二次污染等缺点已越来越难以满足生产和环保的要求。生物方法成本低、效率高，是印染废水处理的一大趋势。
如授权公告号为CN 103667108 B的中国发明专利公开了一种红球菌菌株在处理印染废水中的应用，该应用将红球菌菌株制成菌液或微生物菌剂后应用到印染废水处理工艺的不同阶段中，以达到处理高盐印染废水的目的。
如公开号为CN 101734800 A的中国发明专利申请公开了一种采用固定化真菌菌体对印染废水脱色的方法，该方法将真菌孢子或菌丝段接种于装有固定化基质材料的液体培养基中，再将覆盖、固定有菌丝的固定化基质材料投加到印染废水中，进行脱色处理。
目前还没有将奥奈达希瓦氏菌用于印染废水脱色中的相关报道。
发明内容
本发明提供了奥奈达希瓦氏菌在处理印染废水中的应用，为印染废水脱色提供了一种新途径。
奥奈达希瓦氏菌(Shewanella oneidensis MR-1)在处理印染废水中的应用。
作为优选，所述印染废水的染料浓度不低于30mg/L。染料浓度过低时，基本不被奥奈达希瓦氏菌所降解，脱色效率极低。当提高染料浓度后，奥奈达希瓦氏菌对印染废水的脱色效率也逐渐增加。
本发明提供了两种奥奈达希瓦氏菌用于印染废水脱色中的方法，其中一种应用方法包括：将所述奥奈达希瓦氏菌驯化后制成菌悬液，将所述菌悬液投加到所述印染废水中;
所述印染废水的温度为16～22℃，pH为7.5～10。
本发明发现，奥奈达希瓦氏菌的悬浮菌体对印染废水的脱色效率随环境温度的升高逐渐降低，在16～22℃下脱色率较佳，其中在16℃下脱色率最高为58.03%;同时奥奈达希瓦氏菌的悬浮菌体在偏碱性环境下脱色性能较佳，当环境pH为8时脱色率最高达45.2%。
作为优选，所述菌悬液的投加量为：投加该菌悬液后，印染废水中奥奈达希瓦氏菌的初始菌OD600为0.50～0.55。
另一种应用方法包括：将所述奥奈达希瓦氏菌制成固定化小球，将所述固定化小球驯化后投加到所述印染废水中;
所述印染废水的温度为20～37℃，pH为4～9。
本发明发现，奥奈达希瓦氏菌固定化小球的适宜脱色温度较奥奈达希瓦氏菌菌悬液要高，在28℃下脱色率最高达到43.31%;同时，奥奈达希瓦氏菌固定化小球则在偏酸性环境下具有较佳的脱色性能，当环境pH为6时脱色率最高达43.31%。
作为优选，所述印染废水中，固定化小球的投加量为40～60g/L。
作为优选，所述固定化小球的制备方法包括以下步骤：
(1)将聚乙烯醇加入水中，在80～90℃水浴下搅拌至完全溶解，向溶解液中加入海藻酸钠，搅拌，混合均匀，获得PVA-SA悬浊液;
作为优选，所述PVA-SA悬浊液中，聚乙烯醇的质量分数为8%，海藻酸钠的质量分数为1%，所述聚乙烯醇的平均聚合度为1800±100。
试验发现，当PVA-SA悬浊液中聚乙烯醇与海藻酸钠的质量比为8:1时，最易形成固定化小球，且固定化小球活性高。
(2)向奥奈达希瓦氏菌菌悬液中加入活性炭，混合吸附，获得预处理液;
作为优选，混合吸附的时间为至少10min。先采用活性炭进行预先吸附，活性炭的多孔结构不仅可以提高固定化颗粒的载菌量，而且还能增强固定化颗粒的强度，从而提高固定化颗粒的脱色效率，延长其使用寿命。
(3)将所述预处理液加入到已冷却的PVA-SA悬浊液中，搅拌，混合均匀，获得混合菌液;
作为优选，所述预处理液与PVA-SA悬浊液的质量比为1:5～1:50。若质量比过小，固定化小球中奥奈达希瓦氏菌的浓度较低，酶催化反应速率会变慢，导致脱色率降低;若质量比过大，则奥奈达希瓦氏菌消耗量大，成本会增加。
(4)在搅拌条件下，将所述混合菌液滴加到含氯化钙的饱和硼酸溶液中进行交联反应，获得固定化小球。
作为优选，所述含氯化钙的饱和硼酸溶液中，氯化钙的质量分数为1%，所述含氯化钙的饱和硼酸溶液的pH为4.0～7.0，温度为5～15℃。本发明中，含氯化钙的饱和硼酸溶液作为交联剂。实验发现，交联剂的pH以及其中氯化钙的质量分数对固定化小球的成球性具有较大影响，当交联剂的pH为4.0～7.0、氯化钙的质量分数为1%时，成球操作容易，固定化小球的活性较高。
含氯化钙的饱和硼酸溶液，其本身pH为3.4左右，这种酸性环境不仅会对微生物的生长产生抑制作用，致其活性下降，也会影响PVA的凝胶过程。因此本发明中需要将其pH调节至6.5～7.0，以便降低固定化过程中酸性环境对微生物活性的影响。
同时，试验发现，交联温度对固定化小球的脱色率也具有较大影响。其中，当交联温度在5～15℃(更优选为5℃)时，制得的固定化小球中奥奈达希瓦氏菌的活性较高，脱色率较高，且较低的温度也有利于交联反应的进行。
滴加混合菌液时，液珠应当是逐滴加入的，液珠与液珠之间不存在连续，否则无法生成固定化小球。
同时，搅拌速度应控制在150～200r/min。若搅拌速度过快，由于离心力较大容易造成固定化小球发生拖尾现象;若搅拌速度过慢，则固定化小球之间容易发生粘连。
滴加混合菌液的仪器(如注射器)的出液口直径对固定化小球的大小有直接影响，出液口直径过小容易造成活性炭粉末堵塞，液珠中活性炭含量少导致固定化小球中菌含量稀少，出液口直径过大则形成的固定化小球过大，不利于小球微环境内的物质交换，导致细菌生长环境不佳。
优选地，滴加混合菌液的仪器的出液口直径为0.5～0.8mm。获得的固定化小球用生理盐水洗涤后，再加少量生理盐水以使固定化小球表面保持湿润，再置于4℃下保存、备用。
鉴于奥奈达希瓦氏菌在印染废水脱色中的突出效果，本发明还提供了一种奥奈达希瓦氏菌固定化小球，该奥奈达希瓦氏菌固定化小球由以下方法制备而成：
(1)将聚乙烯醇加入水中，在80～90℃水浴下搅拌至完全溶解，向溶解液中加入海藻酸钠，搅拌，混合均匀，获得PVA-SA悬浊液;
(2)向奥奈达希瓦氏菌菌悬液中加入活性炭，混合吸附，获得预处理液;
(3)将所述预处理液加入到已冷却的PVA-SA悬浊液中，搅拌，混合均匀，获得混合菌液;
(4)在搅拌条件下，将所述混合菌液滴加到含氯化钙的饱和硼酸溶液中进行交联反应，获得奥奈达希瓦氏菌固定化小球。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明首次提出了将奥奈达希瓦氏菌用于印染废水处理中，奥奈达希瓦氏菌对印染废水的脱色效率尤为突出，因此本发明将奥奈达希瓦氏菌制成固定化小球，固定化小球不仅有效提高了奥奈达希瓦氏菌的重复利用率，而且大大提高了对印染废水的脱色效率，脱色效率最高可达43.31%。
