李海英¹，李小明²
（1.中南大學冶金系環境工程專業，湖南 長沙 410083；2.湖南大學環境工程系，湖南 長沙 410082）

　　摘要：將馴化6個月后所得的、對氯代芳香類有機物（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。結果表明：固定化細胞的酶活性及AOX去除率均高于自由菌液，對溫度和pH的適應范圍較寬；菌體包埋量及反應液中濕菌含量是影響固定化細胞處理AOX廢水酶活性的主要因素。在對造紙漂白廢水為期1個月的連續處理試驗表明，在停留時間為2.4h時，其去除率可穩定在65％～81％。
　　關鍵詞：造紙漂白廢水；聚乙烯醇（PVA）；廢水處理；微生物
　　中圖分類號：X793
　　文獻標識碼：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，有毒物質很大一部分來自有機化合物，其中以樹脂類化合物、單寧類化合物和氯代芳香類有機物為主^[1]。這些難降解有機化合物在環境中積累，造成污染。近年來，人們借助微生物對這類物質進行降解及處理廢水^[2-3]，收到了較好的效果。特別是固定化微生物技術的應用，使得微生物對有毒物質的承受能力和降解能力都明顯加強^[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，選用廉價工業品PVA作為固定化載體，固定一類經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行處理，取得了較滿意的結果。

1 實驗部分

1.1 實驗材料
　　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個月，得到具有降解AOX功能的混合菌。
　　包埋劑：聚乙烯醇PVA，工業用，1799型，北京有機化工廠）。
　　交聯劑：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，以防止粘連現象；同時提高固定化小球的強度、傳質性能及比重，減少上浮現象。
1.3 實驗方法和分析方法
　　稱取一定量的固定化細胞，加入到一定體積和濃度的紙漿漂白廢水中，恒溫振蕩或機械攪拌，進行降解AOX的活性考察。
　　通過測得反應前后AOX濃度的變化來計算酶活性，以單位時間單位濕菌分解AOX的毫克數（mg/(g·h)）表示。為表達方便，通常以相對酶活力來表示，即假定未經處理的細胞酶活力為100％。
　　自然細胞經固定后，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 試驗水樣
　　取自岳陽市造紙廠的漂白廢水，其水質見表1：

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

2 結果與討論

2.1 固定化細胞酶活性的考察
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行實驗（圖1），當菌含量提高3.33倍時，AOX的分解率約提高18.5％，而酶活力卻降低14％，顯然多包埋進去的菌體并沒能充分發揮作用。因此，在保證菌體的酶活性得到充分發揮的前提下，提高包菌量是提高去除率有效的方法。本實驗得出，包菌量在24％時，既能提高AOX的去除率，又能有效利用酶活性。

2.1.2 反應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液充分混合，反應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，當濕菌量達32g/L時，AOX分解率增加幅度不大。酶活力急劇下降后趨平緩，酶活力未能充分發揮作用。

2.1.3 不同濃度誘導劑對酶活力的影響
　　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濃度的適應范圍較廣。當AOX濃度高于140mg/L時，其酶活性下降，說明高濃度的AOX對微生物的生存發育的毒性作用已超出其耐受能力。

2.2 固定化細胞與自由菌液去除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℃靜態培養10h，定時取樣測其去除率，結果見表2。

表2 固定化細胞與自由菌液的比較 次數 固定化細胞 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

　　實驗說明，固定化細胞酶活力及去除率均高于自然細胞，這是由于固定化細胞沉降性能增強，細胞通透性增大，介質傳遞速率加快，性質穩定，延長介質停滯時間，從而有利于提高酶促反應速率。
2.3固定化細胞降解AOX酶活力的某些性質
2.3.1 反應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，結果見圖4。

　　AOX分解率與酶活力隨反應溫度的升高而升高，45℃后呈下降趨勢。并且在實驗溫度范圍內，固定化小球對溫度的適應范圍廣，且適應性較好，反應溫度在20～40℃時去除率均高于自由菌液。固定化細胞的最適反應溫度為35℃，而未經固定的自由菌液的最適反應溫度為32℃。
2.3.2反應液pH值對酶活力及AOX去除率的影響
　　加入緩沖溶液以調整反應液的pH值，該pH值對AOX分解率及酶活力的影響見圖5。2種細胞對pH值適應范圍均較寬，固定化細胞最佳pH值為7～8.5。實驗還表明，pH對固定化小球的強度亦有影響，pH越高，小球強度越差，當pH≥10時，小球立即破碎，pH≤7時，小球可穩定30d左右。

2.4 固定化體系連續處理廢水試驗
　　一定量的固定化小球放人反應器中，進行不同濃度AOX廢水的連續處理，其AOX去除率與時間的關系曲線如圖6。

　　由圖6看出，不同濃度AOX廢水，其去除率達到80％所需的時間不同，濃度越高，所需時間越長。當AOX濃度為96mg/L時，僅2.5h就可達到80％，而要達到85％，則需4h。
2.5 造紙漂白廢水連續處理試驗
　　將AOX濃度為96mg/L的紙漿漂白廢水，在pH=7的條件于通入UASB反應器中進行連續降解試驗，廢水在反應器中的停留時間為2.4h，所得結果如表3。實驗共進行1個月，AOX去除率保持在65％～81％，但在試驗后期，固定化小球開始裂縫。

3 結論

　　①經馴化6個月的混合菌對紙漿漂白廢水有較強的降解能力。
　　②混合菌經聚乙烯醇包埋后，酶活力及AOX去除率均高于自由細菌；當菌體包埋量為24％，反應液中濕菌含量為32g/L時，固定化細胞的酶活性發揮最佳。
　　③固定化細胞對溫度和pH的適應范圍較寬，其最適溫度為35℃，最佳pH范圍為7～8.5；當pH≥10時，小球立即破碎。
　　④對造紙漂白廢水為期1個月的連續處理試驗表明，在停留時間為2.4h時，其去除率可穩定在65％～81％。

表3 固定化微生物連續處理造紙白液的試驗結果 時間 進水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

參考文獻：
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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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作者簡介：李海英（1973～），環境工程碩士，中南大學講師，已發表論文4篇。