甲醛降解复合菌群的构建、固定化及其处理甲醛废水的效能

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2025-0261

摘要/Abstract

摘要：

为高效去除废水中的甲醛，从活性污泥中分离出7株具有甲醛降解能力的菌株。依据菌株对甲醛的降解率筛选出4种甲醛降解能力较强的菌株，对其进行复配，并通过单因素试验考察了复合菌群的生物活性和对甲醛的降解特性，最后将复合菌群固定化并通过正交试验优化了固定化条件，探究了固定化复合菌群对甲醛的降解性能。结果表明：4种甲醛降解菌株的11种组合中对甲醛降解效果最好的是Q3（JZ1&JZ7），Q3复合菌群由细菌Achromobacter sp. JZ1和真菌Geotrichum sp. JZ7组成，当二者菌液体积比为3∶1时，甲醛降解率最高，可达到98.01%。固定化试验结果表明，固定化菌群的最佳制备条件为聚乙烯醇20 g/L、海藻酸钠60 g/L、氯化钙30 g/L、包菌量20%（体积分数）。在温度25~40 ℃，pH 5~8，NaCl质量浓度不大于40 g/L的条件下，固定化复合菌群对甲醛具有较好的降解效果，降解率均在80%以上。在最佳降解条件下循环使用20次，固定化复合菌群对200 mg/L甲醛仍保持90%以上的降解率，为该固定化复合菌群的实际应用提供数据支持。

关键词: 甲醛废水, 人工合成菌群, 生物降解, 固定化

Abstract:

For the efficient removal of formaldehyde from wastewater,seven strains with formaldehyde-degrading ability were isolated from activated sludge. Based on the degradation rate,four strains with superior performance were selected for reconstitution. The bioactivity and formaldehyde degradation characteristics of the composite microbial flora were investigated via single-factor tests. Finally, the immobilization conditions of the flora were optimized by the orthogonal tests, and the degradation performance was evaluated. The results indicated that among the 11 combinations of the four strains, Q3 (JZ1&JZ7) exhibited the best formaldehyde degradation with a rate of up to 98.01%. The Q3 consortium consisted of the bacterium Achromobacter sp. JZ1 and fungus Geotrichum sp. JZ7. When the volume ratio of the two strains was 3∶1, the formaldehyde degradation rate reached its highest value as 98.01%. Immobilization test revealed that the optimal immobilization conditions were as follows: Polyvinyl alcohol of 20 g/L, sodium alginate of 60 g/L, calcium chloride of 30 g/L, and encapsulated cell volume of 20%. Under conditions of temperature 25-40 ℃, pH 5-8, and NaCl mass concentration not exceeding 40 g/L, the immobilized beads consistently exhibited a formaldehyde degradation rate above 80%. Under optimal degradation conditions, the immobilized beads maintained a degradation rate of over 90% even after 20 cycles of degrading 200 mg/L formaldehyde,providing crucial data for the practical application.

Key words: formaldehyde wastewater, composite flora, biodegradation, immobilization

中图分类号:

X52
X703

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https://www.iwt.cn/CN/Y2026/V46/I3/119

图/表 8

图1 不同菌株（a）及复合菌群（b）降解甲醛的效果标有完全不同字母的组间存在显著差异（P<0.05）；标有相同字母或包含共同字母的组间无显著差异（P≥0.05）。数据为3次重复的平均值±标准差，显著性分析采用Tukey多重比较法。

Fig.1 Formaldehyde-degrading ability of different bacteria strains （a） and composite microbial flora （b）

图2 菌株JZ1的菌落形态（a），SEM（b）和进化树（c）以及菌株JZ7的菌落形态（d），SEM（e）和进化树（f）

Fig.2 Colony morphology（a），SEM（b） and evolutionary tree（c） of strain JZ1，colony morphology（d），SEM（e） and evolutionary tree（f） of strain JZ7

图3 不同接种比例复合菌群降解甲醛的效果标有完全不同字母的组间存在显著差异（P<0.05）；标有相同字母或包含共同字母的组间无显著差异（P≥0.05）。数据为3次重复的平均值±标准差，显著性分析采用Tukey多重比较法。

Fig.3 Formaldehyde-degrading ability of composite microbial flora with different inoculation ratios

图4 温度（a）、pH（b）、NaCl质量浓度（c）和离子种类（d）对复合菌群降解甲醛效果的影响

Fig.4 Effects of temperature（a），pH（b），NaCl mass concentration（c） and ionic species（d） on formaldehyde degradation efficiency by the composite microbial flora

表1 正交试验方案及结果

Table 1 Orthogonal experimental design and results

序列	A/（mg·L^-1）	B/（mg·L^-1）	C/（mg·L^-1）	D/%	甲醛降解率/%
1	10	60	10	10	85.69
2	10	80	30	15	77.92
3	10	100	50	20	87.26
4	20	60	30	20	98.29
5	20	80	50	10	74.93
6	20	100	10	15	87.29
7	30	60	50	15	85.20
8	30	80	10	20	92.20
9	30	100	30	10	80.23
K ₁ _j	2.508	2.691	2.649	2.409
K ₂ _j	2.604	2.448	2.565	2.505
K ₃ _j	2.574	2.547	2.475	2.775
k ₁ _j	0.836	0.897	0.883	0.803
k ₂ _j	0.868	0.816	0.855	0.835
k ₃ _j	0.858	0.849	0.825	0.925
R_j	0.032	0.081	0.058	0.122
最优方案	A ₂ B ₁ C ₁ D ₃

表2 正交试验不同组数的固定化颗粒对比

Table 2 Comparison of immobilized particles among different groups of orthogonal experiments

组数	1	2	3	4	5	6	7	8	9
破碎程度	严重	较重	轻	轻	轻	轻	轻	轻	轻
成球形状	差	差	好	较好	较好	好	较好	好	好
培养基浑浊程度	浑浊	浑浊	澄清	澄清	澄清	澄清	澄清	澄清	澄清

图5 固定化颗粒的形态（a），非最佳条件下固定化颗粒SEM图（b），最佳条件下固定化颗粒SEM图（c）

Fig.5 Morphology of immobilized beads（a），SEM image of immobilized beads under non-optimal conditions（b），SEM image of immobilized beads under optimal conditions（c）

图6 温度（a）、pH（b）和NaCl质量浓度（c）对固定化颗粒降解的影响及固定化颗粒的稳定性评价（d）标有完全不同字母的组间存在显著差异（P<0.05）；标有相同字母或包含共同字母的组间无显著差异（P≥0.05）。数据为3次重复的平均值±标准差，显著性分析采用Tukey多重比较法。

Fig.6 Effects of temperature（a），pH（b） and NaCl mass concentration（c） on the degradation of immobilized beads，stability evaluation of immobilized beads（d）

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