一种采用固定化真菌菌体对印染废水脱色的方法 【技术领域】
本发明属于废水处理应用技术领域，具体涉及一种采用固定化真菌菌体对印染废水脱色的方法。
背景技术
印染废水是加工棉、麻、化学纤维及染料生产和加工过程所排出的废水。印染废水水量较大，如印染加工1吨纺织品耗水100～200吨，其中80～90％成为废水。印染废水中含有大量污染物，其中引起其色度较高的原因是其中含有大量的染料，这些染料从结构上分为偶氮、蒽醌、杂环、三苯甲烷等，此外印染废水中还含有大量的无机盐、硫化物，以及多种具有生物毒性或三致性能的有机物。很多印染废水色泽深，可生化性低，对人类健康影响很大。
带有色泽的水，排放至天然水源，一般不宜饮用，废水中残存的染料组分即使浓度很低，排入水体也会造成水体透光率降低，导致水体生态系统的破坏。因此，印染废水的脱色处理一直是印染纺织和染料生产所面临的主要任务。目前印染废水脱色处理的物理化学方法主要有吸附脱色技术、混凝沉淀技术、化学氧化技术、离子交换技术、超滤膜脱色技术、光催化技术、高压脉冲电解技术等。物理化学方法的缺点在于处理费用高，产生大量难处理污泥以及可能造成二次污染等问题。随着生物技术的发展，利用微生物来进行脱色受到越来越多的关注。生物吸附法价格低廉，吸附量大，不需投加药剂，具有操作管理方便和处理费用低等优势，已成为去除这类污染物的新的方法之一。国内外许多学者应用白腐真菌、青霉、烟曲霉等真菌开展了对染料的生物脱色实验研究，结果表明生物法在染料废水处理中具有良好的潜在应用前景。但如何对真菌进行固定化以提高处理效果和防止菌体流失一直是亟待解决的问题。对真菌进行固定化即将真菌固定在具有多孔状结构的固体材料上，使之具有一定体积、机械强度和孔隙率。常用的固定化技术主要有吸附、包埋、交联等，固定剂有硅胶、明胶、戊二醛等。通常这类材料固定化后会使菌株的活性降低，且固定化成本高、工艺复杂。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种适用性好，工艺简单，易于掌握的采用固定化真菌菌体对印染废水脱色的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
固定化真菌菌体对印染废水脱色的方法：将培养的一种或几种真菌孢子或菌丝段配成浓度为105-109个/ml的接种悬液，将接种悬液按体积比5％-20％接种于装有固定化基质材料的液体培养基中，而后在20℃-35℃下以60-200r/min振动培养3-7天待菌丝体覆盖基质材料固定后将其高温灭活，最后将其投放于印染废水中即可脱色处理；所述真菌为木霉，青霉，曲霉，小克银汉霉，毛霉、根霉，拟青霉，弯孢霉，犁头霉、共头霉一种或几种；所述真菌为几种时可按任意比例复合；所述液体培养集中固定化基质材料的加入量为液体培养基总重量的5％-20％。
所述液体培养基组成比例为：葡萄糖或蔗糖15～30克，磷酸二氢钾1～3克，硫酸镁0.5～2克，酵母膏0～1g，蛋白胨0～1g，氯化钠0.1～0.8g，水1000mL，pH6.0～7.5。所述液体培养基中加入土温80、N-甲基乙磺酸或二辛磺化丁二酸钠，加入量为液体培养基质量总重量的0.03％-1％。所述培养接种悬液为将真菌菌种接种到固体斜面培养基上，在20℃-40℃培养5-14天使其形成孢子；将形成的孢子洗下或将菌丝体从固体培养基上刮下磨碎后用生理盐水配制成105-109个(段)/ml的接种悬液，待用。所述培养孢子的固体斜面培养基为土豆汁或察氏培养基。所述磨碎的菌丝段的长度为500um～800um。所述固定化基质材料为聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚酯纤维、聚胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚乳酸纤维、间位芳族聚酞胺纤维、尼龙、煤炭渣、活性炭纤维、椰壳纤维或轻质陶粒。所述固定化基质材料制成体积在0.1cm3到100cm3之间的立方体、球体、盘型。所述菌丝体覆盖基质材料固定后将其高温灭活时在100℃-121℃处理15-30min。所述印染废水可为含有天然染料或合成染料的印染废水。
本发明与现有技术相比显著优点是：
1.本发明处理方法中采用的固定化真菌菌丝体孔隙率高、表面积大，弹性效果好，尺寸稳定，耐磨损强度增加，能高效吸附废水中的染料，且吸附后的固定化菌体可再生重复利用。
2.本发明处理方法中采用的固定化菌丝体不含有害物质，不会对水体造成二次污染。
3.本发明利用高分子滤材或轻质多孔材料来固定真菌菌丝体处理染料废水，原料来源丰富，生产工艺简单，容易加工，价格低廉，易于掌握。
4.本发明可用于含多种类型染料的印染污水的脱色处理，且脱色效率较高。
【具体实施方式】
实施例1
1)固定化基质材料制备：取孔隙率96％，密度0.91g/cm3的聚丙烯滤材，加工为块状(1cm×1cm×1cm)，在蒸馏水中浸泡、洗净，干燥，保存。
2)孢子悬液的制备：将桔青霉(Penicillium citrinum)接种到固体斜面培养基上，在28℃-30℃培养5天，孢子形成后将孢子用灭菌生理盐水冲洗下来，配成浓度约为105个/mL的孢子悬液；所述所述固体斜面培养基为PDA斜面培养基，组成为土豆200克，切成小块加水1000ml煮沸20分钟，纱布过滤，加入葡萄糖20克，琼脂20克，定容至1000ml。
3)真菌培养体系的制备：配制液体培养基，将加工好的聚丙烯滤材15g加入到装有100ml液体培养基的500ml三角瓶中，将培养体系于121℃，1.05MPa灭菌30min；所述液体培养基的组成为葡萄糖20克，磷酸二氢钾2克，硫酸镁0.8克，蛋白胨0.5g，土温80加入0.2g，水1000mL，pH6.5。
4)真菌菌体的固定化培养：将步骤2)中的孢子悬液5ml接入真菌培养体系中，在28℃下，120r/min培养4天，待菌丝体覆盖固定化基质后即得到固定化菌体。
5)固定化菌体灭活：在115℃处理固定化菌体15min后，即可使用。
将上述制备的固定化菌体用于印染废水脱色吸附：将固定化菌体加入到含100ml模拟染料废水的500ml三角瓶中，染料(偶氮染料刚果红)浓度为200mg/L，在30℃、150rpm条件下振荡吸附3h，测定吸附后染料浓度，测得脱色率达98％。
实施例2与实施例1不同之处在于：
1)固定化基质材料制备：取孔隙率98％，密度0.83g/cm3聚乙烯滤材，加工为球状(直径1cm-1.5cm)，在蒸馏水中浸泡、洗净，干燥，保存。
2)孢子悬液的制备：将烟曲霉(Aspergillus fumigatus)接种到固体斜面培养基上，在28℃-30℃培养5天，孢子形成后将孢子用灭菌生理盐水冲洗下来，配成浓度约为106个/mL的孢子悬液；所述固体斜面培养基为察氏培养基，组成为硝酸钠3g，磷酸氢二钾1g，硫酸镁(MgSO4·7H2O)0.5g，氯化钾0.5g，硫酸亚铁0.01g，蔗糖30g，琼脂20g，蒸馏水1000mL。
3)真菌培养体系的制备：配制液体培养基，将加工好地聚乙烯滤材12g加入到装有80ml液体培养基的500ml三角瓶中，将培养体系于121℃，1.05MPa灭菌30min；所述液体培养基的组成为蔗糖20克，磷酸二氢钾1.5克，硫酸镁0.5克，酵母膏0.5g，蛋白胨0.5g，N-甲基乙磺酸0.5g，水1000mL，pH7.0。
4)真菌菌体的固定化培养：将真菌孢子悬液3ml接入真菌培养体系中，在30℃下，80r/min培养5天，待菌丝体覆盖固定化基质后即得到固定化菌体。
5)固定化菌体灭活：在100℃处理固定化菌体30min后，即可使用。
将上述制备的固定化菌体用于印染废水脱色吸附：将固定化菌体加入到含100ml模拟染料废水的500ml三角瓶中，染料(偶氮染料活性艳红X-3B；活性紫K-3R)浓度均为300mg/L，在28℃、110rpm条件下振荡吸附3h，测定吸附后染料浓度，测得脱色率分别为92％和95％。
实施例3与实施例1不同之处在于：
1)固定化基质材料制备：取孔隙率99％，密度1.05g/cm3聚酯滤材，加工为圆盘状(直径1cm-3cm)，在蒸馏水中浸泡洗净，干燥，保存。
2)孢子悬液的制备：将短刺小克银汉霉(Cuuninghamella echinulata)接种到固体斜面培养基上，在28℃培养5天，孢子形成后将孢子用灭菌生理盐水冲洗下来，配成浓度约为105个/mL的孢子悬液；所述固体斜面培养基为PDA斜面培养基。
3)真菌培养体系的制备：配制液体培养基，将加工好的聚酯滤材10g加入到装有90ml液体培养基的500ml三角瓶中，将培养体系于121℃，1.05MPa灭菌30min；所述液体培养基的组成为蔗糖25克，磷酸二氢钾1.8克，硫酸镁1.2克，蛋白胨0.75g，二辛磺化丁二酸钠1.5g，水1000mL，pH6.8。
4)真菌菌体的固定化培养：将真菌孢子悬液5ml接入真菌培养体系中，在30℃下，120r/min培养4天，待菌丝体覆盖固定化基质后即得到固定化菌体。
5)固定化菌体灭活：在120℃处理固定化菌体20min后，即可使用。
将上述制备的固定化菌体用于印染废水脱色吸附：将固定化菌体加入到含100ml模拟染料废水的500ml三角瓶中，染料(蒽醌染料活性艳蓝K-BR)浓度为200mg/L，在30℃、90rpm条件下振荡吸附1h，测定吸附后染料浓度，测得脱色率为97％。
实施例4与实施例1不同之处在于：
1)固定化基质材料制备：取孔隙率96％，密度0.75g/cm3尼龙滤材，加工为球状(直径1.5cm-3cm)，在蒸馏水中浸泡洗净，干燥，保存。
2)孢子悬液的制备：将少根根霉(Rhizopus arrhizus)接种到固体斜面培养基上，在28℃培养8天，将菌丝体从培养基上刮下，无菌水或无菌生理盐水洗涤2遍，再通过电磨机将洗涤好的菌丝体粉碎成长度在500um～800um的片段，将菌丝段加入灭菌生理盐水中备用；所述固体斜面培养基为PDA斜面培养基。
3)真菌培养体系的制备：配制液体培养基，将加工好的尼龙滤材10g加入到装有100ml液体培养基的500ml三角瓶中，将培养体系于121℃，1.05MPa灭菌30min。所述液体培养基的组成为葡萄糖25克，磷酸二氢钾1.5克，硫酸镁1.0克，蛋白胨0.75g，土温80加入0.6g，水1000mL，pH6.4。
4)真菌菌体的固定化培养：将菌丝段混合液5ml接入真菌培养体系中，在30℃下，120r/min培养4天，待菌丝体覆盖固定化基质后即得到固定化菌体。
5)固定化菌体灭活：在121℃处理固定化菌体20min后，即可使用。
将制备的上述固定化菌体用于印染废水脱色吸附：将固定化菌体加入到含120ml模拟染料废水的500ml三角瓶中，染料(三苯甲烷染料孔雀绿和结晶紫)浓度均为100mg/L，在30℃、90rpm条件下振荡吸附1h，测定吸附后染料浓度，测得脱色率为90％和84％。
实施例5与实施例1不同之处在于：所述真菌菌种为宛氏拟青霉(paecilomyces varioti)总状毛霉(Mucor spinosus)，两菌种混合培养，其两种真菌按任意比例复合。固定化基质为2.3g/cm3的轻质陶粒。
对含活性艳蓝K-BR(浓度100mg/L)和酸性黑10B(浓度100mg/L)的混合废水脱色率达90％。
实施例6与实施例1不同之处在于：所述真菌菌种为米曲霉(Aspergillus oryzae)和少根根霉(Rhizopus arrhizus)，两菌种混合培养，其两种真菌按任意比例复合。固定化基质为密度为5.2g/cm3煤炭渣。对含亚甲蓝(浓度400mg/L)的废水脱色率达90％。
实施例7与实施例1不同之处在于：所述真菌菌种为烟曲霉(Aspergillus fumigatus)和少根根霉(Rhizopus arrhizus)，两菌种混合培养，其两种真菌按任意比例复合。固定化基质为密度为0.8g/cm3的椰壳纤维。对含阳离子染料阳离子2GL(浓度300mg/L)的废水脱色率达96％。
实施例8与实施例1不同之处在于：所述真菌菌种为小克银汉霉，毛霉、根霉，拟青霉，弯孢霉，犁头霉和共头霉几种真菌按任意比例复合培养。固定化基质为活性炭纤维。对含活性艳蓝KN-R(浓度200mg/L)的废水脱色率达91％。
实施例9与实施例1不同之处在于：所述真菌菌种为木霉，青霉，曲霉，小克银汉霉，毛霉、根霉，拟青霉和弯孢霉几种真菌按任意比例复合培养。固定化基质为聚乳酸纤维。对含活性艳红X-3B(浓度100mg/L)的废水脱色率达94.5％。
实施例10与实施例1不同之处在于：所述真菌菌种为木霉，青霉，曲霉，小克银汉霉和毛霉几种真菌按任意比例复合培养。固定化基质为聚乙烯纤维。对含偶氮染料酸性红B(浓度400mg/L)的废水脱色率达89％。
实施例11与实施例1不同之处在于：所述真菌菌种为小克银汉霉，毛霉、根霉，拟青霉和弯孢霉几种真菌按任意比例复合培养。固定化基质为聚酯纤维。对含结晶紫(浓度400mg/L)的废水脱色率达97％。
实施例12与实施例1不同之处在于：所述真菌菌种为木霉，青霉，根霉，拟青霉和弯孢霉几种真菌按任意比例复合培养。固定化基质为聚苯硫醚纤维。对含活性艳红K-2BP(浓度180mg/L)的废水脱色率达98％。
实施例13与实施例1不同之处在于：所述真菌菌种为木霉，青霉，曲霉，拟青霉和弯孢霉几种真菌按任意比例复合培养。固定化基质为尼龙。对含刚果红(浓度600mg/L)的废水脱色率达94％。