楊征¹，徐德強(qiáng)²，張亞雷¹，趙建夫¹
（1.同濟(jì)大學(xué)污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200092；2.復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，上海200433）

　　摘　要：分別用海藻酸鈉與聚乙烯醇為載體，對(duì)前期研究中獲得的丁二腈高效降解菌進(jìn)行包埋固定。研究了不同載體包埋固定的菌種對(duì)廢水中丁二腈的降解效果。結(jié)果表明，采用海藻酸鈉包埋固定的菌種在30℃，pH＝6.5，搖床轉(zhuǎn)速為250r／min的條件下，當(dāng)菌的質(zhì)量濃度為1g／L和2g／L時(shí)，丁二腈的降解率均達(dá)80％以上。
　　關(guān)鍵詞：固定化高效菌種；丁二腈；生物降解；海藻酸鈉；聚乙烯醇
　　中圖分類號(hào)：X703
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1009－2455（2002）06－0001－03

A Study on Degradation of Succinonitrile with Immobilized Cells
YANG Zheng¹, XU De-qiang²,ZHANG Ya-lei¹，ZHAO Jian-fu¹
（1.State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse, Tongji University,Shanghai 200092, China;2. School of Life Science, Fudan University, Shanghai 200433, China)

　　Abstracts: Sodium alginate and polyvinyl alcohol were separately used as carriers to entrap and immobilize the high-efficiency degradating bacterium of succinonitrile. Results of degradation of succinonitrile with the bac-terum entrapped and immobilized by different carriers were studied. The results showed that when the bacterium entrapped and immobilized with sodium alginate was used and the concentration of the bacterium was 1 g/L and 2g/L at 30℃ with pH=6.5 and the rotating speed of shaker being 250r/min, the degradation rate of succinonitrile was over 80%.
　　Key words: immobilized high-efficiency bacterium; succinonitrile; biodegradation; sodium alginate; polyvinyl alcohol

　　固定化酶技術(shù)和固定化細(xì)胞技術(shù)，是上世紀(jì)60年代后期國(guó)際上迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新興的生物技術(shù)^[1]，它具有細(xì)胞密度高，反應(yīng)速度快，微生物流失少，產(chǎn)物分離容易，反應(yīng)過(guò)程控制較容易等優(yōu)點(diǎn)^[2]。目前，該技術(shù)已從最初的一些發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)轉(zhuǎn)向廢水處理方面的應(yīng)用探索^[3]。
　　丁二腈是一種毒性大，對(duì)人類和動(dòng)植物有著巨大潛在危害的難降解有機(jī)化合物。是二步法腈給生產(chǎn)廢水中的主要污染物之一。針對(duì)上海某石化腈綸廠廢水進(jìn)行的色質(zhì)聯(lián)機(jī)分析表明，此廢水中丁二腈的含量較高^[4]，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.24％，相當(dāng)于質(zhì)量濃度為38.13mg/L的TOC。為了使此廢水中的丁二腈可被更有效的降解，我們選用前期研究中獲得的高效丁二腈降解菌，并以不同載體進(jìn)行包埋固定，進(jìn)行了固定化高效菌種降解丁二腈的研究^[5-6]。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 供試底物與包埋材料
　　丁二腈，海藻酸鈉，聚乙烯醇（PVA）1750±50（聚合度）。
1.2 丁二腈高效降解菌種
　　選用前期研究中分離篩選出的一株丁二腈高效降解菌。它取自腈綸廠塔式生物濾池中的生物膜，經(jīng)富集分離純化后所得。經(jīng)鑒定屬于假單胞菌（Pseudomonassp.），菌種編號(hào)為J－13－1。
1.3 試驗(yàn)用廢水
　　采自上海某石化腈綸廠，其丁二腈的質(zhì)量濃度為30mg／L，pH值為6.5。為了保證供給高效菌充足的營(yíng)養(yǎng)，以及模擬實(shí)際生產(chǎn)中最大的丁二腈濃度，試驗(yàn)用水是用實(shí)際生產(chǎn)廢水配制的，其丁二腈的質(zhì)量濃度分別為30mg／L，3000mg／L和5000mg／L。
1.4 菌體固定化包埋顆粒的制備
　?、賹⒃囼?yàn)菌種經(jīng)液體振蕩培養(yǎng)后，通過(guò)3次離心洗滌，得到濕菌體，然后將濕菌體與4％的海藻酸鈉膠液以1：40（菌體濕重g：膠液體積mL，簡(jiǎn)稱菌膠比）的比例充分混勻，滴入4℃，4％的CaCl2。溶液中，將形成的凝膠顆粒浸在4℃，4％的CaCl₂。溶液中放入冰箱中，于4℃靜置膠連24h，最終得到直徑為3－4mm的固定化顆粒（IMG）^[7]。
　?、谂c上述步驟一致，將得到的濕菌體與10％的聚乙烯醇膠液以1:40的菌膠比充分混合均勻后，滴入飽和的硼酸溶液中，室溫下在飽和硼酸溶液中膠連24h。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大部分凝膠顆粒粘附在一起，在后期的試驗(yàn)中更是出現(xiàn)溶漲、破損變形。
　　③在原有的10％的聚乙烯醇膠液中加入1％的海藻酸鈉膠液，其他步驟均同上^[8]。此法不但可獲得直徑為3－4mm的包埋顆粒，且其機(jī)械強(qiáng)度也較方法②有較大改觀，但在后期的搖床試驗(yàn)中還是有溶漲與破損現(xiàn)象出現(xiàn)。
1.5 降解試驗(yàn)方法
　　在補(bǔ)加有適量丁二腈的30mL某石化腈綸廠廢水（丁二腈的質(zhì)量濃度為3000mg／L）的250mL三角瓶中分別加入海藻酸鈉包埋顆粒、PVA包埋顆粒和改良后的PVA包埋顆粒，使溶液菌體的質(zhì)量濃度為2.0g／L（濕菌重／溶液體積）。而后將上述三角瓶置于搖床上振蕩培養(yǎng)（轉(zhuǎn)速250r／min，pH值為6.5，溫度30℃），并定時(shí)取樣，分析各樣品中的丁二腈含量。
　　再以上海某石化腈綸廠廢水為基礎(chǔ)液，配制丁二腈的質(zhì)量濃度分別為30mg/L（基礎(chǔ)液中了二腈的質(zhì)量濃度），3000mg／L和5000mg／L的試驗(yàn)液（PH＝6.5），在每個(gè)250mL三角瓶中加入30mL上述試驗(yàn)液，并分別稱取海藻酸鈉包埋顆粒，菌的投加量分別為1.0g／L和2.0g／L，投入到上述瓶中，進(jìn)行振蕩培養(yǎng)（轉(zhuǎn)速250r／min，溫度30℃），其間定時(shí)取樣，分析各樣品中的丁二腈含量。
　　最后將上述經(jīng)反應(yīng)24h的海藻酸鈉包埋顆粒取出后，用蒸餾水洗滌幾次，再投入新的上述試驗(yàn)液（丁二腈的質(zhì)量濃度為3000mg/L）中，重復(fù)上述試驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同我體包埋顆粒降解丁二腈的結(jié)果
　　由于PVA包埋顆粒在振蕩培養(yǎng)處理廢水過(guò)程中產(chǎn)生的溶漲及破損變形現(xiàn)象，故就機(jī)械強(qiáng)度而言PVA包埋顆粒是不太適合單獨(dú)作包埋載體的。本文只對(duì)海藻酸鈉包埋顆粒與改良后的PVA包埋顆粒進(jìn)行丁二腈降解研究，其中了二腈的質(zhì)量濃度3000mg／L，菌體的投加量為2.0g／L，轉(zhuǎn)速為250r／min，pH值為6.5，溫度為30T。結(jié)果見(jiàn)圖1。

　　圖1結(jié)果表明，反應(yīng)自開(kāi)始到結(jié)束的24h內(nèi)，用海藻酸鈉包埋的丁二腈降解菌顆粒在20h時(shí)其丁二腈降解率即達(dá)100％，而改良后的PVA包埋顆粒僅達(dá)70％，從而表明前者的降解速率要明顯優(yōu)于后者。其主要原因是海藻酸鈉較聚乙烯醇的傳質(zhì)性能要好。同時(shí)，改良后的聚乙烯醇包埋顆粒在試驗(yàn)的后期也出現(xiàn)了一定的溶漲、破損變形現(xiàn)象，表明海藻酸鈉包埋顆粒的機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)于改良后的聚乙烯醇包埋顆粒。
2.2 海藻酸鈉包埋顆粒對(duì)不同質(zhì)量濃度丁二腈的降解效果
　　在30℃，pH=6.5，轉(zhuǎn)速為250r／min的條件下，海藻酸鈉包埋顆粒對(duì)不同質(zhì)量濃度的丁二腈的降解結(jié)果，見(jiàn)表1。

表1 海藻酸鈉包埋顆粒對(duì)不同質(zhì)量濃度的丁二腈的降解結(jié)果 ρ（丁二腈）/（mg/L^-1) 菌種投加量/（g.L^-1) 不同降解時(shí)間丁二腈去除率/% 5h 10h 15h 20h 24h 3000 1 33.35 53.09 71.33 77.57 82.85 3000 2 56.08 76.92 82.23 100 100 5000 1 23.72 43.23 49.50 72.16 82.76 5000 2 38.35 67.34 86.15 100 100 30 1 30.50 53.59 100 100 100

　　從表1中可以看出海藻酸鈉包埋菌種處理丁二腈廢水有很好的效果，盡管菌的投加量與丁二腈的質(zhì)量濃度各不相同，但經(jīng)過(guò)24h，丁二腈的降解率均在80％以上，尤其是當(dāng)菌的投加量為2g／L時(shí)，在20h后丁二腈降解率均為100％。
2.3 海藻酸鈉包埋顆粒重復(fù)使用的效果
　　為檢驗(yàn)包埋顆粒的可重復(fù)使用的特性，在經(jīng)過(guò)24h的反應(yīng)后將包埋顆粒取出并重新進(jìn)行了二腈降解試驗(yàn)，試驗(yàn)水樣中丁二腈的質(zhì)量濃度為3000mg／L，pH值為6.5，溫度30℃，轉(zhuǎn)速為250r／min。結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 海藻酸鈉包埋顆粒降解丁二腈的重復(fù)使用研究結(jié)果 菌種投加量/（g.L-1) 不同降解時(shí)間丁二腈去除率/% 　 15h 24h 1 66.34 73.09 2 75.76 100

　　 由表2可以看出了二腈的降解率和前述試驗(yàn)的情況基本一致，從而也表明海藻酸鈉包埋顆粒有很好的重復(fù)利用的性能。經(jīng)過(guò)48h的搖瓶試驗(yàn)后，將包埋顆粒從瓶中取出，經(jīng)檢驗(yàn)后其機(jī)械強(qiáng)度未發(fā)生變化。

3 結(jié)論

　　 ①用聚乙烯醇進(jìn)行包埋必須經(jīng)過(guò)改良，否則其機(jī)械強(qiáng)度不能滿足使用的要求，本研究將改良后的聚乙烯醇包埋顆粒與海藻酸鈉包埋顆粒進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明，無(wú)論從機(jī)械強(qiáng)度還是從反應(yīng)速度的角度考慮，海藻酸鈉包埋顆粒都優(yōu)于改良后的聚乙
烯醇包埋顆粒。
　　 ②丁二腈的質(zhì)量濃度分別為30mg／L，3000mg／L，5000mg/L時(shí)，分別用菌投加量為1g／L和2g／L，經(jīng)過(guò)24h的振蕩培養(yǎng)，其丁二腈降解率在80％以上，其中當(dāng)菌投加量為2g／L時(shí)，經(jīng)過(guò)20h，丁二腈降解率均為100％。
　　 ③采用海藻酸鈉包地顆粒對(duì)丁二腈進(jìn)行降解的重復(fù)使用的研究結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)24h的重復(fù)實(shí)驗(yàn)，丁二腈的降解率和前一周朗的結(jié)果基本一致。這一結(jié)果說(shuō)明，用海藻酸鈉進(jìn)行包埋，其生物降解的效果是穩(wěn)定的，其重復(fù)利用性能較佳。
　　 ④研究結(jié)果也表明前期篩選出的丁二腈高效降解菌J－13－1確實(shí)是一株對(duì)丁二腈有較強(qiáng)降解作用的菌株，可以進(jìn)一步進(jìn)行研究與利用。

參考文獻(xiàn)：

　　[1]周定，王建龍，侯文華.等.固定化細(xì)胞在廢水處理中的應(yīng)用及前景［J］環(huán)境科學(xué)，1993，14（5）：51--59
　　[2]黃霞，俞毓馨，王蕾 固定化細(xì)胞技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用［J] 環(huán)境科學(xué)，1993，14（1）：41--48
　　[3]孫艷，譚立揚(yáng). 用于生物降解剛酚毒物的固定化細(xì)胞性能改進(jìn)的研究[J].環(huán)境科學(xué)研究.1998，11（1）：59－62.
　　[4]張亞雷.難降解有機(jī)廢水（腈綸廢水）處理工藝及其降解性能研究[D].上海；同濟(jì)大學(xué)，1999
　　[5]O′Reilly，K T.Degradation of pentachlorophenol by polyureth and immobilized flavobaterium cells[J]. Appl Environ Microbiol, 1991,55(9):2113-2113.
　　[16]Anselmo，A M.Degradation of phenol by immobilized cells of flocciferum[J]. Biotechnol Lett, 1985,7(12):889-889
　　[7]翟曉萌，李道棠 海藻酸鈉固定化包埋微生物處理有機(jī)微污染源水[J] 環(huán)境科學(xué)，2000，21（6）：80－84
　 ［8］全向春，韓力平，王建龍，等.固定化皮氏伯克霍而德氏菌降解喹琳的研究[J] 環(huán)境科學(xué)，2000，21（3）；74－76.

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　　作者簡(jiǎn)介：楊征（1978－），男，江西萬(wàn)載人，碩士研究生，電話（021）65981110。