申请日2013.05.23
公开(公告)日2013.09.18
IPC分类号C02F101/38; C02F3/34
摘要
一种刚果红染料废水的处理方法，经硅藻土的改性处理，改性硅藻土对白腐菌的固定化，将得到的质量3~5g固定化白腐菌的改性硅藻土，加至50mL刚果红染料废水中。取质量20~40mg刚果红，溶于1L的白腐菌液体限制性培养基中，于温度28℃，在气浴恒温摇床上以120rpm处理120h，每隔24h测定染料废水的色度，120h后，弃掉处理后的染料废水，保留固定化白腐菌，再加入50mL配制的相同浓度的刚果红染料废水，处理条件如上，每隔24h测定废水的色度，以120h为一循环，如此重复5次，染料废水色度的去除率始终维持在75.1%～93.2%。涉及的硅藻土购自吉林长白硅藻土有限责任公司，白腐菌源于中国普通微生物菌种保藏管理中心。
权利要求书
1.一种刚果红染料废水的处理方法，它包括对白腐菌孢子液的制备：从保存菌株编号为CGMCC NO：5.776的白腐菌的斜面上挑取单一菌落，划线法接种到固体培养基上，所述的固体培养基中各组分用量占固体培养基质量用量的百分比分别为：马铃薯葡萄糖琼脂 4.2%;KH2PO4 0.5%;MgSO4·7H20 0.35%，温度30℃，培养120h后，白腐菌孢子菌丝布满固体培养基表面，向固体培养基表面的白腐菌孢子菌丝上加入1mL无菌水,以推棒法刮下孢子粉,经4层擦镜纸滤去菌丝体,得到的乳白色孢子悬浮液，即为白腐菌孢子液，温度4℃冰箱保存备用，其特征是，还包括以下步骤：
(1)硅藻土的改性处理
将质量100～150g硅藻土过200目筛，然后向其中加入摩尔浓度为5～6mol/L的盐酸溶液完全浸泡，在60～80℃恒温下处理70～90min，并不断搅拌;之后抽滤，对硅藻土用蒸馏水进行多次洗涤，直至滤液pH值呈中性为止;将滤后的硅藻土在温度105℃烘干，取出置于干燥器中备用;称取质量120～140g结晶氯化铝，加入浓度为10～15%的氢氧化钠溶液中，使结晶氯化铝与氢氧化钠最终摩尔比为2:1，搅拌使之均匀，静置15～24h，称取干燥器中备用的硅藻土60～80g加入溶液中，搅拌使之混合均匀，过滤之后在温度105℃烘干，取出再置于温度250～600℃马弗炉中烘烤2h，取出得到改性硅藻土;
(2)改性硅藻土对菌株编号为CGMCC NO：5.776的白腐菌的固定化
将步骤(1)得到的质量5～9g改性硅藻土在温度121℃高压蒸汽灭菌20min，然后真空干燥;干燥后的改性硅藻土加入到110～130mL的白腐菌液体限制性培养基中，所述的白腐菌液体限制性培养基中各组分用量分别为：KH2PO4 2.75 g/L;MgSO4·7H2O 0.33 g/L;MnSO4 0.41 mg/L;无水FeSO4 0.1 g/L;NaCl 1.5 mg/L;NH4NO3 2.4 g/L;CaCl2 0.15 g/L;葡萄糖20 g/L;VB1 8.0 mg/L;pH=6.0～7.0;灭菌后再加入12～15mL白腐菌孢子液;于温度30℃，120rpm摇床上培养48h，静置30～60min，滤出颗粒物，反复用生理盐水洗涤三次、脱除未牢固吸附的白腐菌后，得到固定化白腐菌的改性硅藻土;
(3)固定化菌株编号为CGMCC NO：5.776白腐菌的改性硅藻土对刚果红染料废水的处理
将步骤(2)得到的3～5g固定化白腐菌的改性硅藻土，加入到50mL刚果红染料废水中，上述刚果红染料废水的制备过程如下：称取20～40mg刚果红，溶于上述步骤(3)所述的1L白腐菌液体限制性培养基中，得到刚果红染料废水;于温度28℃，在气浴恒温摇床上以120rpm处理120h，每隔24h测定染料废水的色度，120h后，弃掉处理后的染料废水，保留固定化菌，再加入50mL配制的相同浓度的染料废水，处理条件同上，每隔24h测定染料废水的色度，以120h为一循环，如此重复5次，实现对刚果红染料废水的处理。
2.根据权利要求1所述的一种刚果红染料废水的处理方法，其特征是，所述白腐菌来源于中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌株编号为CGMCC NO：5.776。
说明书
一种刚果红染料废水的处理方法
技术领域
本发明属于应用微生物与环境工程技术领域，涉及一种改性载体固定化白腐菌处理刚果红染料废水的方法，具体涉及通过对吉林长白山硅藻土进行适当改性，将改性后的硅藻土作为白腐菌的固定化载体，利用固定化白腐菌处理刚果红染料废水。
背景技术
刚果红是一种典型的双偶氮染料，它具有2个不饱和结构的发色基团(偶氮基)，还有4个助色基团(氨基和磺酸钠基)，其属于难降解有机物。目前，国内外对刚果红染料废水的处理方法可分为三大类：物理法、化学法和生物法。其中物理法和化学法对有机物的去除率较低，运行成本高，占地面大，且容易对环境造成二次污染。现阶段利用真菌对染料废水处理已取得了一定进展。白腐真菌(White rot fungi)是一类腐生的丝状真菌，由于其分泌的胞外木质素降解酶具有非特异性和无需底物诱导的独特性能，使得它对许多结构不同、高毒性、高分子难降解有机物，如偶氮类染料具有降解能力。
但白腐菌在悬浮体系的反应器中存在菌水分离困难，易出现菌体流失，生物密度低，对废水水质水量适应性较差等问题。将固定化技术与白腐菌的优点结合起来用于降解刚果红染料废水在环境保护领域更具生产实践意义。
目前，对于白腐菌的固定化载体主要有天然有机高分子载体、合成有机高分子载体和天然无机载体。但有机高分子载体存在强度较低，传质性能较差，影响细胞活性，再生困难，易被生物分解等问题。本发明中所选用的吉林长白山硅藻土是一种较为理想的天然无机载体材料，其主要成分为SiO2·nH2O，并且含有少量Fe2O3、CaO、MgO、Al2O3及有机杂质，其具有孔隙率高、比表面积大、比重小、吸附性强、化学稳定性好等各项优异的理化性质，但天然硅藻土矿物由于杂质较多，且吸附性能达不到所需要求，所以需要对其进行提纯并改性。经本专利中提到的方法进行改性后硅藻土不仅具有较强的机械强度，而且吸附能力也大大提升，对菌株和染料具有双重吸附效果，提高了白腐菌对刚果红染料的处理效率。
发明内容
本发明通过对硅藻土进行改性处理，强化其吸附性能，使之成为固定白腐菌的载体，将该固定化白腐菌用于处理刚果红染料废水，本发明提供了一种处理刚果红染料的方法，以实现资源的综合利用和低成本，高效率的染料废水净化。
实现本发明所采用的技术方案是：
一种刚果红染料废水的处理方法，它包括对白腐菌孢子液的制备：从保存菌株编号为CGMCC NO：5.776的白腐菌的斜面上挑取单一菌落，划线法接种到固体培养基上，所述的固体培养基中各组分用量占固体培养基质量用量的百分比分别为：马铃薯葡萄糖琼脂 4.2%;KH2PO4 0.5%;MgSO4·7H20 0.35%，温度30℃，培养120h后，白腐菌孢子菌丝布满固体培养基表面，向固体培养基表面的白腐菌孢子菌丝上加入1mL无菌水,以推棒法刮下孢子粉,经4层擦镜纸滤去菌丝体,得到的乳白色孢子悬浮液，即为白腐菌孢子液，温度4℃冰箱保存备用，其特征是，还包括以下步骤：
(1)硅藻土的改性处理
将质量100～150g硅藻土过200目筛，然后向其中加入摩尔浓度为5～6mol/L的盐酸溶液完全浸泡，在60～80℃恒温下处理70～90min，并不断搅拌;之后抽滤，对硅藻土用蒸馏水进行多次洗涤，直至滤液pH值呈中性为止;将滤后的硅藻土在温度105℃烘干，取出置于干燥器中备用;称取质量120～140g结晶氯化铝，加入浓度为10～15%的氢氧化钠溶液中，使结晶氯化铝与氢氧化钠最终摩尔比为2:1，搅拌使之均匀，静置15～24h，称取干燥器中备用的硅藻土60～80g加入溶液中，搅拌使之混合均匀，过滤之后在温度105℃烘干，取出再置于温度250～600℃马弗炉中烘烤2h，取出得到改性硅藻土;
(2)改性硅藻土对菌株编号为CGMCC NO：5.776的白腐菌的固定化
将步骤(1)得到的质量5～9g改性硅藻土在温度121℃高压蒸汽灭菌20min，然后真空干燥;干燥后的改性硅藻土加入到110～130mL的白腐菌液体限制性培养基中，所述的白腐菌液体限制性培养基中各组分用量分别为：KH2PO4 2.75 g/L;MgSO4·7H2O 0.33 g/L;MnSO4 0.41 mg/L;无水FeSO4 0.1 g/L;NaCl 1.5 mg/L;NH4NO3 2.4 g/L;CaCl2 0.15 g/L;葡萄糖20 g/L;VB1 8.0 mg/L;pH=6.0～7.0;灭菌后再加入12～15mL白腐菌孢子液;于温度30℃，120rpm摇床上培养48h，静置30～60min，滤出颗粒物，反复用生理盐水洗涤三次、脱除未牢固吸附的白腐菌后，得到固定化白腐菌的改性硅藻土;
(3)固定化菌株编号为CGMCC NO：5.776白腐菌的改性硅藻土对刚果红染料废水的处理
将步骤(2)得到的3～5g固定化白腐菌的改性硅藻土，加入到50mL刚果红染料废水中，上述刚果红染料废水的制备过程如下：称取20～40mg刚果红，溶于上述步骤(3)所述的1L白腐菌液体限制性培养基中，得到刚果红染料废水;于温度28℃，在气浴恒温摇床上以120rpm处理120h，每隔24h测定染料废水的色度，120h后，弃掉处理后的染料废水，保留固定化菌，再加入50mL配制的相同浓度的染料废水，处理条件同上，每隔24h测定染料废水的色度，以120h为一循环，如此重复5次，实现对刚果红染料废水的处理。
所述白腐菌来源于中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌株编号为CGMCC NO：5.776;
本发明有益效果：
1.本发明为硅藻土在染料废水处理领域中提供了一种新方法，实现了硅藻土这一丰富矿产资源的进一步应用，具有可持续发展的价值。
2.本发明利用酸液和氯化铝先后对硅藻土进行改性，其方法具有简单，快速，毒性小，吸附性强等特点,不仅可作为菌株的载体，而且对于染料也具有一定的吸附效果，一定程度上提高了对刚果红染料废水的处理效率。
3.本发明选用吉林长白山硅藻土这一天然材料作为载体，价格低廉，对环境无污染。
4.本发明所使用的固定化白腐菌的改性硅藻土在处理后期可回收，经简单再生后可作为载体继续使用，节约成本。
5.染料废水色度的去除率始终维持在75.1%～93.2%。
具体实施方式
本发明的一种处理刚果红染料的方法是按现有技术制备白腐菌孢子液：白腐菌孢子液的制备是：从保存菌株编号为CGMCC NO：5.776的白腐菌的斜面上挑取单一菌落，划线法接种到固体培养基上，所述的固体培养基中各组分用量占固体培养基质量用量的百分比分别为：马铃薯葡萄糖琼脂 4.2%;KH2PO4 0.5%;MgSO4·7H20 0.35%，温度30℃，培养120h后，白腐菌孢子菌丝布满固体培养基表面，向固体培养基表面的白腐菌孢子菌丝上加入1mL无菌水,以推棒法刮下孢子粉,经4层擦镜纸滤去菌丝体,得到的乳白色孢子悬浮液，即为白腐菌孢子液，温度4℃冰箱保存备用，制备的白腐菌孢子液用于实施例1～3的步骤(2)。
实施例1：实施例1的一种处理刚果红染料的方法，包括以下步骤：
(1)硅藻土的改性处理：
将质量100g经提纯后的硅藻土过200目筛，然后向其中加入摩尔浓度为5mol/L的盐酸溶液完全浸泡，在60℃恒温下处理70min，并不断搅拌;之后抽滤，对硅藻土用蒸馏水进行多次洗涤，直至滤液pH值呈中性为止;将滤后的硅藻土在温度105℃烘干，取出置于干燥器中备用;称取质量120g结晶氯化铝，加入浓度为10%的氢氧化钠溶液中，使结晶氯化铝与氢氧化钠最终摩尔比为2:1，搅拌使之均匀，静置15h，称取干燥器中备用的质量60g硅藻土加入溶液中，搅拌使之混合均匀，过滤之后在温度105℃烘干，取出再置于温度250℃马弗炉中烘烤2h，取出得到改性硅藻土;
(2)改性硅藻土对菌株编号为CGMCC NO：5.776的白腐菌的固定化：
取质量5g改性硅藻土，在温度121℃高压蒸汽灭菌20min，然后真空干燥;干燥后的改性硅藻土加入到110mL的白腐菌液体限制性培养基中，所述的白腐菌液体限制性培养基中各组分用量分别为：KH2PO4 2.75 g/L;MgSO4·7H2O 0.33 g/L;MnSO4 0.41 mg/L;无水FeSO4 0.1 g/L;NaCl 1.5 mg/L;NH4NO3 2.4 g/L;CaCl2 0.15 g/L;葡萄糖20 g/L;VB1 8.0 mg/L;pH=6.0～7.0;灭菌后再加入12mL白腐菌孢子液;于温度30℃，120rpm摇床上培养48h，静置30min，滤出颗粒物，反复用生理盐水洗涤三次、脱除未牢固吸附的白腐菌后，得到固定化白腐菌的改性硅藻土;
(3)固定化菌株编号为CGMCC NO：5.776的白腐菌的改性硅藻土对刚果红染料废水的处理：
取质量3g固定化菌株编号为CGMCC NO：5.776的白腐菌的改性硅藻土加入到含有50mL刚果红染料废水的锥形瓶中，同时取相同质量不负载白腐菌的改性硅藻土作为对比;上述刚果红染料废水的制备过程如下：称取质量20mg刚果红，溶于1L白腐菌液体限制性培养基中，即得到刚果红染料废水;于温度28℃，在气浴恒温摇床上以120rpm摇床处理120 h，每隔24 h测定染料废水的色度，120h后，弃掉处理后的染料废水，保留固定化菌，再向此锥形瓶中加入50mL新配制的20mg/L刚果红染料废水，处理条件同上，每隔24h测定染料废水的色度，以120h 为一循环，如此重复5次，即用同1批固定化白腐菌的改性硅藻土连续处理6批次染料废水，色度去除效果如表1所示：
表1 固定化白腐菌的改性硅藻土和改性硅藻土本身对20mg/L刚果红染料废水的处理效果
从表1中可以看出，质量3g固定化白腐菌的改性硅藻土对20mg/L刚果红染料废水的脱色效果要明显强于改性硅藻土本身的脱色效果。
实施例2：实施例2的一种处理刚果红染料的方法，包括以下步骤：
(1)硅藻土的改性处理：
将质量120g经改性后的硅藻土过200目筛，然后向其中加入摩尔浓度为5.5mol/L的盐酸溶液完全浸泡，在70℃恒温下处理80min，并不断搅拌;之后抽滤，对硅藻土用蒸馏水进行多次洗涤，直至滤液pH值呈中性为止。将滤后的硅藻土在温度105℃烘干，称取质量130g结晶氯化铝，加入浓度为12%的氢氧化钠溶液中，使结晶氯化铝与氢氧化钠最终摩尔比为2:1，搅拌使之均匀，静20h，称取干燥器中备用的硅藻土质量70g加入溶液中，搅拌使之混合均匀，过滤之后在温度105℃烘干;再置于温度450℃马弗炉中烘烤2h，得到改性后的硅藻土;
(2)改性硅藻土对菌株编号为CGMCC NO：5.776的白腐菌的固定化：
取质量7g改性硅藻土，在温度121℃高压蒸汽灭菌20min，然后真空干燥;干燥后的改性硅藻土加入到120mL的白腐菌液体限制性培养基中，所述的白腐菌液体限制性培养基中各组分用量分别为：KH2PO4 2.75 g/L;MgSO4·7H2O 0.33 g/L;MnSO4 0.41 mg/L;无水FeSO4 0.1 g/L;NaCl 1.5 mg/L;NH4NO3 2.4 g/L;CaCl2 0.15 g/L;葡萄糖20 g/L;VB1 8.0 mg/L;pH=6.0～7.0;灭菌后再加入13mL白腐菌孢子液;于温度30℃，120rpm摇床上培养48 h，静置50min，滤出颗粒物，反复用生理盐水洗涤三次、脱除未牢固吸附的白腐菌后，得到固定化白腐菌的改性硅藻土;
(3)固定化菌株编号为CGMCC NO：5.776的白腐菌的改性硅藻土对刚果红染料废水的处理：
取质量4g固定化菌株编号为CGMCC NO：5.776的白腐菌的改性硅藻土加入到含有50mL刚果红染料废水的锥形瓶中，同时取相同质量没有负载白腐菌的改性硅藻土作为对比;上述刚果红染料废水的制备过程如下：称取质量30mg刚果红，溶于1L白腐菌液体限制性培养基中，即得到刚果红染料废水;于温度28℃，在气浴恒温摇床上以120rpm摇床处理120h，每隔24h测定染料废水 的色度，120h后，弃掉处理后的染料废水，保留固定化菌，再向此锥形瓶中加入50mL新配制的30mg/L刚果红染料废水，处理条件同上，每隔24h测定染料废水的色度，以120h为一循环，如此重复5次，即用同1批固定化白腐菌的改性硅藻土连续处理6批次染料废水，色度去除效果如表2所示：
表2 固定化白腐菌的改性硅藻土和改性硅藻土本身对30mg/L刚果红染料废水的处理效果
从表2中可以看出，质量4g固定化白腐菌对30mg/L刚果红染料废水的脱色效果要明显强于改性硅藻土本身的脱色效果。
实施例3：实施例3的一种处理刚果红染料的方法，包括以下步骤：
(1)硅藻土的改性处理：
将质量150g经改性后的硅藻土过200目筛，然后向其中加入摩尔浓度为6mol/L的盐酸溶液完全浸泡，在80℃恒温下处理90min，并不断搅拌;之后抽滤，对硅藻土用蒸馏水进行多次洗涤，直至滤液pH值呈中性为止;将滤后的硅藻土在温度105℃烘干，称取质量140g结晶氯化铝，加入浓度为15%的氢氧化钠溶液中，使结晶氯化铝与氢氧化钠最终摩尔比为2:1，搅拌使之均匀，静置24h，称取干燥器中备用的硅藻土质量80g加入溶液中，搅拌使之混合均匀，过滤之后在温度105℃烘干;再置于温度600℃马弗炉中烘烤2h，得到改性后的硅藻土;
(2)改性硅藻土对菌株编号为CGMCC NO：5.776的白腐菌的固定化：
取质量9g改性硅藻土，在温度121℃高压蒸汽灭菌20min，然后真空干燥;干燥后的改性硅藻土加入到130mL的白腐菌液体限制性培养基中，所述的白腐菌液体限制性培养基中各组分用量分别为：KH2PO4 2.75 g/L;MgSO4·7H2O 0.33 g/L;MnSO4 0.41 mg/L;无水FeSO4 0.1 g/L;NaCl 1.5 mg/L;NH4NO3 2.4 g/L;CaCl2 0.15 g/L;葡萄糖20 g/L;VB1 8.0 mg/L;pH=6.0～7.0;灭菌后再加入15mL白腐菌孢子液;于温度30℃，120rpm摇床上培养48h，静置60min，滤出颗粒物，反复用生理盐水洗涤三次、脱除未牢固吸附的白腐菌后，得到固定化白腐菌的改性硅藻土;
(3)固定化菌株编号为CGMCC NO：5.776的白腐菌的改性硅藻土对刚果红染料废水的处理：
取质量5g固定化菌株编号为CGMCC NO：5.776的白腐菌的改性硅藻土加入到含有50mL刚果红染料废水的锥形瓶中，同时取相同质量没有负载白腐菌的改性硅藻土作为对比;上述刚果红染料废水的制备过程如下：称取质量40mg刚果红，溶于1L白腐菌液体限制性培养基中，即得到刚果红染料废水;于温度28℃，在气浴恒温摇床上以120rpm摇床处理120h，每隔24h测定染料废水的色度，120h后，弃掉处理后的染料废水，保留固定化菌，再向此锥形瓶中加入50mL新配制的40mg/L刚果红染料废水，处理条件同上，每隔24h测定染料废水的色度，以120h为一循环，如此重复5次，即用同1批固定化白腐菌的改性硅藻土连续处理6批次染料废水，色度去除效果如表2所示：
表2 固定化白腐菌的改性硅藻土和改性硅藻土本身对40mg/L刚果红染料废水的处理效果
从表3中可以看出，质量5g固定化白腐菌的改性硅藻土对40mg/L刚果红染料废水的脱色效果要明显强于改性硅藻土本身的脱色效果。
所述实施例1～3的硅藻土为吉林长白山硅藻土，购自吉林长白硅藻土有限责任公司，等级：化工级;品级：助熔煅烧品;产品牌号为ZC101;
所述的白腐菌购自于中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌株编号为CGMCC NO：5.776。