根據表1中不同因素和水平制備9組固定化顆粒,以5 mL海藻酸鈉包埋制備的固定化顆粒為一單位量,投加到裝有100 mL脫色培養基的250 mL三角燒瓶中,染料濃度為50 mg/L,置于30℃生化培養箱中靜置脫色30 h后,測定吸光度并計算脫色率,結果如表1所示。
經過正交試驗分析可知,海藻酸鈉包埋法制備固定化顆粒的最優條件為海藻酸鈉濃度3%,CaCl2濃度2%,菌體量與包埋劑量之比2:1。
2.2 pH對活性黑5脫色的影響
配制染料濃度為50 mg/L的脫色培養基,調節脫色培養基pH分別為5、6、7、8、9、10,分別投加一單位量經最優條件制備的固定化顆粒,并設置投加自由菌體的對照組,于30℃靜置脫色30 h,pH對脫色率的影響如圖1所示。

從圖1中可知,固定化菌體和自由菌體對活性黑5脫色的最適pH范圍有很大差異。固定化菌體在中性和堿性條件下使染料具有較高脫色率,且隨著pH增大脫色率也隨之增大,但逐漸趨于穩定狀態,可達到90%左右;自由菌體則在酸性偏中性的條件下具有較高的脫色能力,且最適的pH范圍較小。從固定化顆粒的外觀分析,隨著pH增大,固定化顆粒的溶脹現象也隨之增大,使小球的機械強度降低,增大傳質系數,從而導致小球破裂甚至解體,溶出一定量的有機物質和菌體,使脫色菌S8與染料更好的接觸,增大脫色率,當pH大于9時,這種固定化顆粒破裂并溶出菌體的現象較為明顯,使脫色液呈現一定濁度。同時,當pH為5和6時,經脫色后的固定化小球呈深藍色,說明小球在酸性條件下具有一定的吸附作用。因此,固定化菌體比自由菌體具有更寬的最適pH范圍,且更適于染料及印染廢水的偏堿性。
2.3溫度對活性黑5脫色的影響
配制染料濃度為50 mg/L的脫色培養基6組,調節其pH至8.2~8.4范圍內,分別投加一單位量經最優條件制備的固定化顆粒,并設置投加自由菌體的對照組(pH為6.5左右),于15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃生化培養箱中靜置脫色30 h,溫度對脫色率的影響如圖2所示。

從圖2中可知,固定化菌體和自由菌體受溫度影響的趨勢比較相似,在35℃以下,菌體對活性黑5的脫色率均隨著溫度的上升而增大,但溫度達到40℃時,脫色率都明顯下降。固定化菌體在低溫和高溫條件下的脫色能力均高于自由菌體10%左右,這是由于海藻酸鈣將菌體包埋固定后為菌株創造了一個相對緩和的微環境,菌體在這個微環境中受到的外界影響相對較小,對高溫和低溫具有一定的耐受能力。盡管固定化顆粒在35℃時對染料的脫色率達到92.6%,但從其外觀分析,小球在35℃條件下已開始出現溶脹現象,反應液濁度增大且產生大量粘稠物質。因此,固定化顆粒對染料脫色的溫度范圍應控制在30℃以下,高溫易使其機械強度降低而產生溶脹現象,其抗低溫能力則較強。
2.4染料初始濃度對活性黑5脫色的影響
配制染料濃度為25 mg/L、50 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、300 mg/L的脫色培養基5組,調節pH至8.2~8.4范圍內,分別投加一單位量經最優條件制備的固定化顆粒,并設置投加自由菌體的對照組,于30℃靜置脫色48 h,染料濃度對脫色率的影響如圖3和圖4所示。

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