剩余污泥超聲提取液培養(yǎng)生物破乳菌 Alcaligenes sp. SXJ-1

黃翔峰,朱其瑋,申昌明,王 珅,陸麗君,劉 佳(同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,污染控制與資源化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200092)

剩余污泥超聲提取液培養(yǎng)生物破乳菌 Alcaligenes sp. SXJ-1

黃翔峰,朱其瑋,申昌明,王 珅,陸麗君,劉 佳*(同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,污染控制與資源化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200092)

將超聲法預(yù)處理剩余污泥得到的提取液用于培養(yǎng)高效生物破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1,以探索剩余污泥資源化利用的新途徑.使用超聲能量(ES)為443～56647kJ/kg TS的超聲條件處理剩余污泥,獲得的污泥提取液中氨氮、有機(jī)氮、總磷的濃度最高分別為171.94,142.20, 76.29mg/L,提取液中包含K、Ca、Mg、Fe等破乳菌生長(zhǎng)必須的金屬元素.將污泥提取液(ES為885～56647kJ/kg TS)作為培養(yǎng)基用于合成高效破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1,產(chǎn)量較MMSM培養(yǎng)基可提高0.3%～68.3%,其中ES為56647kJ/kg TS時(shí)破乳菌產(chǎn)量最高,為2.03g/L.污泥提取液中的 pH緩沖能力對(duì)菌體產(chǎn)量有重要影響,提取液的有機(jī)氮濃度可能是破乳菌產(chǎn)量提高的關(guān)鍵因素.污泥提取液培養(yǎng)的破乳菌破乳性能穩(wěn)定保持在80.0%左右,菌體細(xì)胞表面疏水性與菌體C/N較MMSM培養(yǎng)基培養(yǎng)菌體無(wú)明顯差異.說(shuō)明以剩余污泥超聲提取液作為培養(yǎng)基可以培養(yǎng)穩(wěn)定高效的破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1.

剩余污泥；資源化；超聲法；生物破乳菌；培養(yǎng)基

活性污泥法是目前使用最為廣泛的污水處理方法,具有處理效率高、處理成本低的優(yōu)點(diǎn).但該法在污水處理的同時(shí)產(chǎn)生大量的剩余污泥,其處理處置給人們帶來(lái)了許多技術(shù)和經(jīng)濟(jì)投入上的問(wèn)題及挑戰(zhàn)[1-2].目前最常用的剩余污泥處置方法是填埋,占用了大量的空間資源[2-3],也浪費(fèi)了污泥中蘊(yùn)藏的大量物質(zhì)能量資源.在污泥最終處置前采用適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)其中的資源進(jìn)行利用,一方面可以資源化利用這些物質(zhì),另一方面也有利于減少最終處置的成本和壓力.近年來(lái),國(guó)內(nèi)外對(duì)剩余污泥的資源化途徑研究主要包括制備建材[4]、吸附劑[5]以及厭氧產(chǎn)氣[6-8]、熱解制油[9]等,利用剩余污泥生產(chǎn)具有高附加值生物制品的研究也有所進(jìn)展,如成功培養(yǎng) PHAs合成菌[10]以及生物殺蟲(chóng)劑生產(chǎn)菌[11]等.

剩余污泥經(jīng)過(guò)破解后才能釋放其中的有機(jī)質(zhì)及各類營(yíng)養(yǎng)元素.超聲法是一種常見(jiàn)的用于破解污泥的預(yù)處理方法,具有操作簡(jiǎn)單、處理效率高等優(yōu)點(diǎn)[12-13].在對(duì)剩余污泥進(jìn)行超聲的過(guò)程中,超聲波引起的“空穴現(xiàn)象”[14]能夠達(dá)到破解污泥的效果.低頻高聲能密度的超聲波能有效打碎污泥絮體并溶解其中的菌體細(xì)胞[15],令其中碳、氮、磷和其他各類營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)入液相,使剩余污泥具備了能夠生產(chǎn)具有高附加值生物制品的潛力.

生物破乳劑是生物表面活性劑的一種,能夠?qū)θ闋钜哼M(jìn)行破乳,實(shí)現(xiàn)油水的分離.與化學(xué)破乳劑相比,生物破乳劑具有高效、低毒性、易生物降解等特點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于原油乳狀液破乳、含油廢水處理、食品加工、生物制藥等領(lǐng)域[16].前期研究中,從油田含油土壤中篩選得到一株破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1,在原油乳狀液和模型乳狀液中具有較好的破乳效果[17-18],但由于其生產(chǎn)成本較高,因此其大規(guī)模應(yīng)用受到了限制.

開(kāi)發(fā)廉價(jià)碳源是降低生物破乳劑成本的途徑之一[19-20],本課題組前期曾研究嘗試使用廢棄油脂等廢棄物替代培養(yǎng)基中的碳源以降低破乳菌生產(chǎn)成本[21].但使用廢棄物取代生物破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1合成培養(yǎng)基的研究仍是空白.本研究以剩余污泥這種廉價(jià)原料超聲后獲得的污泥提取液取代無(wú)機(jī)鹽培養(yǎng)基(MMSM)用于生物破乳菌的培養(yǎng),研究 S-XJ-1在污泥提取液中的生長(zhǎng)情況,以期為生物破乳劑低成本生產(chǎn)和剩余污泥資源化提供一種新的途徑.

1 材料與方法

1.1 剩余污泥

本研究使用的剩余污泥來(lái)源于上海曲陽(yáng)污水廠污泥濃縮池.取得污泥后,將其在 4℃條件下自由沉降 24h進(jìn)行濃縮,得到用于超聲處理的剩余污泥樣品,其性質(zhì)見(jiàn)表1.

1.2 超聲處理及污泥提取液的制備

超聲處理采用 BRANSON ultrasonic, Co, USA Model 250細(xì)胞破碎儀,1/2″探頭,工作頻率20kHz.運(yùn)行模式為超聲5s,停止5s.超聲污泥體積350mL,設(shè)置0℃冰水浴環(huán)境.

表1 剩余污泥樣品性質(zhì)Table 1 Properties of excess sludge

本研究選取不同超聲能量(ES, kJ/kg TS)對(duì)污泥樣品分別進(jìn)行預(yù)處理考察不同超聲能量對(duì)污泥破解的影響.超聲能量的定義見(jiàn)式(1):

式中:P為超聲功率,W;t為作用時(shí)間,s;V為污泥體積,L;TS為污泥總固體濃度,g/L.

超聲結(jié)束后,將所得的污泥混合液在12000r/min離心10min,隨后經(jīng)0.45μm濾膜過(guò)濾,即得到澄清的污泥提取液樣品.

1.3 生物破乳菌的培養(yǎng)

本試驗(yàn)采用的菌種為一株由新疆克拉瑪依油田受石油污染土壤中篩選得到的高效破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1.傳統(tǒng)的培養(yǎng)方式采用的是無(wú)機(jī)鹽培養(yǎng)基(MMSM),其組分為(g/L):NH4NO3, 4.0;K2HPO4,4.0;KH2PO4,6.0;MgSO4·7H2O,0.2; CaCl2·2H2O,1.0×10-3;FeSO4·7H2O,1.0×10-3;EDTA, 1.4×10-3.碳源為4%(V/V)液體石蠟.

本研究中使用污泥提取液替代MMSM培養(yǎng)基進(jìn)行生物破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1的培養(yǎng),培養(yǎng)過(guò)程為:將培養(yǎng)基的 pH值調(diào)至 7.0,以250mL三角燒瓶分裝100mL培養(yǎng)基與4%液體石蠟(V/V),121℃高壓蒸氣滅菌 20min(1×105Pa),冷卻至室溫后,向其中接入10%(V/V)的種子培養(yǎng)液,在恒溫?fù)u床中于35℃,130r/min下培養(yǎng)7d.

1.4 分析方法

1.4.1 污泥破碎程度 污泥超聲后的破解情況通過(guò)DDCOD(degree of disintegration)[15]來(lái)評(píng)價(jià),其定義見(jiàn)式(2):

式中:CODultrasound為超聲處理后上清液樣品的COD,mg/L;CODoriginal為未經(jīng)超聲處理的污泥上清液的 COD,mg/L;CODNaOH為污泥樣品與1mol/L NaOH以1:2體積比混合后,在20℃下使用磁力攪拌器勻速攪拌反應(yīng) 24h后經(jīng)離心過(guò)濾獲得的上清液COD.

1.4.2 污泥提取液成分 污泥提取液中總有機(jī)碳采用總有機(jī)碳測(cè)定儀(TOC-VCP Analyzer, SHIMADZU, JAPAN)測(cè)定.氨氮、凱氏氮通過(guò)蒸餾法測(cè)定(K9840凱氏自動(dòng)定氮儀,濟(jì)南海能儀器有限公司),有機(jī)氮?jiǎng)t通過(guò)凱氏氮減去氨氮獲得.總磷使用鉬銻抗分光光度法測(cè)定(UV-2100,尤尼柯上海儀器有限公司).污泥提取液中金屬元素含量采用電感耦合等離子發(fā)射光譜法測(cè)定(ICP-AES 720ES, Agilent).

1.4.3 生物破乳菌產(chǎn)量 采用干重法表示,將培養(yǎng) 7d后的全培養(yǎng)液于 12000r/min,4℃下離心10min,將離心所得物于-50℃冷凍干燥24h(Scientz-10N,寧波新芝生物科技股份有限公司)后稱重,產(chǎn)量以g/L計(jì).

1.4.4 破乳性能 菌體破乳性能參照 Huang等

[17]的方法:將菌體干粉加蒸餾水配成濃度為10g/L的菌懸液用于破乳實(shí)驗(yàn),采用的模型乳狀液為W/O型,具體配制方法參照文獻(xiàn)[22].破乳實(shí)驗(yàn)采用瓶試法[23].破乳率的具體計(jì)算公式如下:

1.4.5 菌體細(xì)胞表面疏水性 細(xì)胞表面疏水性采用微生物黏著碳烴化合物法(MATH)測(cè)定,測(cè)試方法同Huang等[17].

1.4.6 菌體C/N 菌體C/N采用有機(jī)元素分析儀Vario EL(Vario EL,Elementar Analyser system. GmbH, Hanau, Germany)在CHN模式下測(cè)定生物破乳菌菌體元素組成后計(jì)算所得.

2 結(jié)果與討論

2.1 超聲能量對(duì)污泥破解的影響

如圖1所示,隨著ES的升高,污泥的DDCOD逐漸上升,破解程度呈遞增趨勢(shì).在能量達(dá)到56647kJ/kg TS時(shí)得到最大的破解程度,為54.93%.當(dāng)ES在0～42485kJ/kg TS范圍內(nèi),DDCOD會(huì)隨超聲能量的提高明顯上升,污泥破碎程度與超聲比能呈正相關(guān),但之后使用更高的超聲能量,污泥的破碎程度很難繼續(xù)提高,表明此時(shí)污泥的破碎程度已經(jīng)接近極限.該結(jié)果與Bougrier等[8]和Lehne等[24]獲得的結(jié)果相近.在污泥破解的過(guò)程中,隨著超聲強(qiáng)度的提高,污泥中揮發(fā)性懸浮固體(VSS)占懸浮固體(SS)的百分比也逐漸下降,從未經(jīng)超聲時(shí)的 66.00%至56647kJ/kg TS時(shí)達(dá)到最小值34.47%,其與DDCOD呈現(xiàn)相反的趨勢(shì),且在能量大于42485kJ/kg TS之后放緩下降的速度.污泥 DDCOD上升的比例與VSS/SS下降均體現(xiàn)了污泥固體中有機(jī)物向液相中轉(zhuǎn)化的過(guò)程,當(dāng)污泥破碎程度接近極限時(shí),原污泥固體中有大量的有機(jī)物釋放到液相中.

圖1 不同超聲條件對(duì)污泥破解效果的影響Fig.1 Influence of ESon the disintegration degree of excess sludge

2.2 超聲能量對(duì)污泥提取液氮、磷元素釋放的影響

氮源、磷源的種類和含量是培養(yǎng)基中影響生物破乳菌合成的重要因素.由圖 2可見(jiàn),氨氮和有機(jī)氮的濃度隨超聲能量的提高而增大,分別從16.24, 0.33mg/L增長(zhǎng)至171.94,142.20mg/L.總磷在未超聲的污泥清液中濃度就較高,達(dá)到了 76.29mg/L,超聲后在低能量條件下就以較快的速率釋放,最高濃度可達(dá)256.30mg/L.在Es達(dá)到42485kJ/kg TS后,污泥提取液中氨氮、有機(jī)氮及總磷的增長(zhǎng)速度均會(huì)放緩,與污泥的破碎情況一致.

圖2 不同超聲條件對(duì)污泥提取液中氮磷元素釋放影響Fig.2 Influence of ESon the release of nitrogen and phosphorus in excess sludge

超聲波對(duì)污泥中元素的釋放作用可以分為兩部分:超聲波水力剪切力引起的細(xì)胞EPS的釋放,以及因超聲波產(chǎn)生的羥基自由基導(dǎo)致細(xì)胞破壞帶來(lái)的胞內(nèi)物質(zhì)的釋放[25].氮元素的釋放主要來(lái)源于超聲波對(duì)污泥中細(xì)胞的破碎作用[8].污泥中的有機(jī)氮主要為蛋白質(zhì)和氨基酸[8],在超聲能量較低時(shí)(小于 1000kJ/kg TS),污泥破碎率低,因而釋放的有機(jī)氮濃度也較低,隨著能量的提高,溶胞作用發(fā)生后,釋放量也得到了較大的提高.剩余污泥中磷元素的釋放也與超聲波對(duì)細(xì)胞的破碎作用有重要關(guān)系.剩余污泥中的磷元素主要來(lái)源于聚磷菌貯藏在細(xì)胞內(nèi)的聚磷酸鹽,當(dāng)細(xì)胞被破碎后,聚磷酸鹽會(huì)從細(xì)胞質(zhì)中擴(kuò)散出來(lái)[26],進(jìn)入液相.超聲處理前剩余污泥上清液中的磷元素濃度就較高,可能是污泥在采樣后一直處于厭氧狀態(tài),發(fā)生了釋磷現(xiàn)象.

2.3 超聲能量對(duì)污泥提取液金屬元素釋放的影響

培養(yǎng)基中的微量金屬元素對(duì)破乳菌的合成也起到非常重要的作用,K、Ca、Mg、Fe均為MMSM培養(yǎng)基中所含Alcaligenes sp. S-XJ-1生長(zhǎng)必須的金屬元素.而超聲處理后的污泥提取液中也還包含一定種類的金屬元素.由圖4可見(jiàn),污泥提取液中富含K、Ca、Mg元素,Fe元素含量較少.在能量為0～7081kJ/kg TS時(shí),K和Mg含量隨超聲能量有一定的升高,當(dāng)超聲能量大于7081kJ/kg TS后,其上升幅度減小,而超聲能量對(duì)污泥提取液中Ca、Fe的濃度影響不大.除了這4種微量元素外,污泥提取液中還含有Al、Li、As等元素,但濃度較低,其中 Li、As濃度均低于0.10mg/L.而如Cr、Cd、Mn、Pb等其他有毒重金屬元素,則未在污泥提取液中檢出.

圖3 不同超聲條件對(duì)污泥提取液微量金屬元素釋放的影響Fig.3 Influence of ESon the release of metalic elements in excess sludge

由上述結(jié)果可知,污泥提取液包含了生物破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1生長(zhǎng)所需的各類元素,且有毒重金屬元素含量較低,具有作為破乳菌培養(yǎng)基的可行性.但與MMSM培養(yǎng)基相比,其中元素的種類、含量大小差異較大.本研究中,為了保證菌體的正常生長(zhǎng),在污泥提取液中投加 4%的液體石蠟作為碳源,以避碳源種類和數(shù)量對(duì)菌體合成產(chǎn)生的影響[27].在此基礎(chǔ)上考察污泥提取液取代MMSM培養(yǎng)基中其他元素及生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1的可行性.

2.4 不同污泥提取液對(duì)生物破乳菌產(chǎn)量的影響

將 9種超聲強(qiáng)度獲得的污泥提取液作為培養(yǎng)基培養(yǎng)高效生物破乳菌 Alcaligenes sp. SXJ-1,試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示.破乳菌的產(chǎn)量與污泥提取液的超聲能量呈正相關(guān).可以發(fā)現(xiàn),超聲能量為443kJ/kg TS對(duì)應(yīng)的污泥提取液培養(yǎng)菌體所得的產(chǎn)量為 1.164g/L,略低于 MMSM 培養(yǎng)基(1.207g/L).當(dāng)超聲能量大于885kJ/kg TS后,污泥提取液培養(yǎng)菌體產(chǎn)量大于 MMSM培養(yǎng)基,使用超聲能量為885～56647kJ/kg TS的污泥提取液培養(yǎng)生物破乳菌,產(chǎn)量可提高 0.3%～68.3%.在比能為 56647kJ/kg TS時(shí)生物破乳菌最高產(chǎn)量為2.03g/L.說(shuō)明污泥提取液中營(yíng)養(yǎng)元素濃度越高,獲得的菌體產(chǎn)量也越大.

圖4 不同污泥提取液對(duì)培養(yǎng)生物破乳菌產(chǎn)量的影響Fig.4 Influence of sludge extract on biomass of the demulsifying strain

如圖4所示,經(jīng)7d培養(yǎng)后,污泥提取液的pH值相比培養(yǎng)初始值 pH=7.0有不同程度的下降,443kJ/kg TS對(duì)應(yīng)的污泥提取液pH下降最多,為5.78,在此pH值下菌體的合成會(huì)受到嚴(yán)重的抑制[28]..隨著超聲能量的提升,培養(yǎng)基初始pH緩沖能力越好,污泥提取液pH下降值逐漸減小,培養(yǎng)所得菌體的產(chǎn)量也越大.培養(yǎng)基的pH緩沖能力對(duì)破乳菌的合成效果有重要影響[27].由前期研究成果[27]可知,S-XJ-1是一株在中性和堿性環(huán)境下生長(zhǎng)良好的菌,但在酸性環(huán)境下產(chǎn)量會(huì)明顯下降,培養(yǎng)基初始pH=6.0時(shí)獲得的菌體產(chǎn)量?jī)H為初始pH=7.0時(shí)的一半.在培養(yǎng)過(guò)程中,菌體對(duì)碳水化合物的代謝會(huì)引起培養(yǎng)基 pH的下降[2],從而對(duì)破乳菌的合成產(chǎn)生抑制.類似的,一株產(chǎn)表面活性劑菌B.subtilis MTCC 2423在pH=6.5與pH=7.0的條件下生長(zhǎng),生物量會(huì)相差近一倍,表面活性劑產(chǎn)量相差30%[29].而Peseudomonasaeruginosa MR01在pH值分別為5.0、6.0、7.0、8.0、9.0的條件下生長(zhǎng),菌體產(chǎn)量差別顯著,分別為 0.05,0.20,1.65,1.67,1.72mg/L[30].當(dāng)比能大于42485kJ/kg TS后,污泥提取液的pH值能保持在 6.60以上,與 MMSM 培養(yǎng)基(pH= 6.68)差異很小,說(shuō)明污泥提取液已經(jīng)具有足夠的pH緩沖能力.

分析污泥提取液能夠提高生物破乳菌產(chǎn)量的原因,可能是由于污泥經(jīng)超聲處理后釋放的營(yíng)養(yǎng)元素更易被菌體利用,且污泥提取液中存在的氨基酸等物質(zhì)對(duì)生物破乳菌的生長(zhǎng)起到了促進(jìn)作用.Maria等[3]在使用經(jīng)過(guò)高溫水解所得的污泥提取液培養(yǎng)生物殺蟲(chóng)劑產(chǎn)生菌 Bacillus thuringiensis菌的研究中發(fā)現(xiàn),預(yù)處理后污泥中易被菌體利用的碳源、氮源和其他生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)元素的含量均會(huì)有所上升,從而促使菌體產(chǎn)量提高.研究發(fā)現(xiàn),污泥提取液中氨氮與有機(jī)氮的濃度與菌體產(chǎn)量有良好的線性關(guān)系(R2=0.995與R2=0.983).污泥提取液中存在的作為氮源的物質(zhì)可能是提高菌體產(chǎn)量的關(guān)鍵,需進(jìn)一步研究.

2.5 不同污泥提取液對(duì)生物破乳菌破乳性能的影響

將污泥提取液培養(yǎng)得到的生物破乳菌進(jìn)行破乳試驗(yàn),考察污泥提取液對(duì)合成的破乳菌破乳性能的影響,試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示.各污泥提取液培養(yǎng)破乳菌在 1000mg/L投加量下,對(duì)于模型乳狀液24h的破乳率在78.3%～84.4%之間,其中脫油率在78.7%～90.2%,脫水率75.2%～83.0%.破乳性能最好的為超聲能量為42485kJ/kg TS對(duì)應(yīng)的污泥提取液培養(yǎng)的菌體,與 MMSM培養(yǎng)基培養(yǎng)的菌體對(duì)模型乳狀液的 24h破乳率(92.5%)相差不大.說(shuō)明污泥提取液合成的生物破乳菌破乳性能能夠達(dá)到預(yù)期的要求.

生物破乳菌的破乳性能與菌體細(xì)胞表面疏水性以及菌體表面物質(zhì)元素組成有密切相關(guān).前期研究結(jié)果表明[31],菌體表面的疏水性與菌體的破乳能力呈正相關(guān),而菌體表面蛋白含量的升高會(huì)導(dǎo)致菌體表面疏水性的增強(qiáng).由圖6可知,不同污泥提取液培養(yǎng)菌體的疏水性差異并不顯著,在81.09%～90.94%之間,與MMSM培養(yǎng)基培養(yǎng)的菌體(88.49%)相近.測(cè)定不同污泥提取液培養(yǎng)的破乳菌菌體的C/N后發(fā)現(xiàn),9種污泥提取液培養(yǎng)所得菌體的C/N在5～6之間,與MMSM培養(yǎng)基培養(yǎng)所得菌體(C/N=5.00)差異也不大.這表明,使用污泥提取液為培養(yǎng)基培養(yǎng)的生物破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1菌體表面性質(zhì)與元素組成與 MMSM培養(yǎng)基培養(yǎng)的菌體相近,故其在破乳性能上也沒(méi)有明顯差異.

圖5 不同污泥提取液培養(yǎng)生物破乳菌的破乳性能Fig.5 Influence of sludge extract on the demulsfication performance of the demulsifying strain

圖6 不同污泥提取液培養(yǎng)破乳菌的疏水性與C/NFig.6 Influence of sludge extract on the CSH and C/N of the demulsifying strain

3 結(jié)論

3.1 超聲能量為 443～56647kJ/kg TS獲得的污泥提取液中氨氮、有機(jī)氮、總磷的濃度最高分別為171.94,142.20,76.29mg/L.

3.2 污泥提取液(ES為 885～56647kJ/kg TS)合成高效破乳菌 Alcaligenes sp. S-XJ-1,產(chǎn)量較MMSM培養(yǎng)基可提高 0.3%～68.3%,其中 ES為56647kJ/kg TS時(shí)破乳菌產(chǎn)量最高,為2.03g/L,同時(shí)菌體的破乳性能保持穩(wěn)定.

3.3 污泥提取液中的氮、磷、金屬元素及 pH緩沖能力能夠替代MMSM培養(yǎng)基滿足S-XJ-1生長(zhǎng)的需求,污泥提取液的有機(jī)氮濃度可能是破乳菌產(chǎn)量提高的關(guān)鍵因素.

[1] Zhang P Y, Zhang G M, Wang W. Ultrasonic treatment of biological sludge: Floc disintegration, cell lysis and inactivation [J]. Bioresource Technology, 2007,98(1):207-210.

[2] Liu Y S, Kong S F, Li Y Q, et al. Novel technology for sewage sludge utilization: Preparation of amino acids chelated trace elements (AACTE) fertilizer [J]. Journal of Hazardous Material, 2009,171(1-3):1159-1167.

[3] Maria D L T M, Tyagi R D, Valero J R. Wastewater treatment sludge as a raw material for the production of bacillus thuringiensis based biopesticides [J]. Water Research, 2001, 35(16):3807-3816.

[4] 汪 靚,朱南文,張善發(fā),等.污泥建材利用現(xiàn)狀及前景探討 [J].給水排水, 2005,31(3):40-44.

[5] 張雙圣,劉漢湖,張雙全,等.污泥吸附劑的制備及其對(duì)含 Pb2+模擬廢水的吸附特性研究 [J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2011,31(7):1403-1412.

[6] Kim D H, Jeong E, Oh S E, et al. Combined (alkaline+ultrasonic) pretreatment effect on sewage sludge disintegration [J]. Water Research, 2010,44(10):3093-3100.

[7] Bougrier C, Albasi C, Delgenes J P, et al. Effect of ultrasonic, thermal and ozone pre-treatments on waste activated sludge solubilisation and anaerobic biodegradability [J]. Chemical Engineering and Processing, 2006,45(8):711-718.

[8] Bougrier C, Carrere H, Delgenes J P. Solubilisation of waste-activated sludge by ultrasonic treatment [J]. Chemical Engineering Journal, 2005,106(2):163-169.

[9] 喻健良,邢英杰.污水處理廠污泥的低溫催化熱解制油研究 [J].中國(guó)給水排水, 2007,23(11):21-23.

[10] Bengtsson S, Werker A, Christensson M, et al. Production of polyhydroxyalkanoates by activated sludge treating a paper mill wastewater [J]. Bioresource Technology, 2005,99(3):509-516.

[11] 陳 婷,劉燕舞,王英惠,等.南京城市污泥發(fā)酵蘇云金桿菌培養(yǎng)基成分優(yōu)化 [J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào), 2012,6(1):332-336.

[12] Pham T T H, Brar S K, Tyagi R D, et al. Ultrasonication of wastewater sludge-Consequences on biodegradability and flowability [J]. Journal of Hazardous Materials, 2009,163(23): 891-898.

[13] Tiehm A, Nickel K, Ellhorn M, et al. Ultrasonic waste activated sludge disintegration for improving anaerobic stabiliation [J]. Water Research, 2001,35(8):2003-2009.

[14] Onyeche T L, Schlafer O, Bormann H, et al. Ultrasnoic cell disruption of stabilised sludge with subsequent anaerobic digestion [J]. Ultrasonics, 2002,40(1-8):31-35.

[15] Pilli S, Bhunia P, Song Y, et al. Ultrasonic pretreatment of sludge: A review [J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2011,18(1):1-18.

[16] Liu J, Huang X F, Lu L J, et al. Comparison between waste frying oil and paraffin as carbon source in the production of biodemusifier by Dietzai sp. S-JS-1 [J]. Bioresource Techonology, 2009,100(24):6481-6487.

[17] Huang X F, Liu J, Lu L J, et al. Evaluation of screening methods for demusifying bacteria and characterization of lipepeptide bio-demulsifier produced by Alcaligenes sp. [J]. Bioresource Technology, 2009,100:1358-1365.

[18] Wen Y, Cheng H, Lu L J, et al. Analysis of biological demulsification process of water-in-oil emulsion by Alcaligenes sp. S-XJ-1 [J]. Bioresource Technology, 2010,101(21):8315-8322.

[19] Mukherjee S, Das P, Sen R. Towards commercial production of microbial surfactants [J]. Trends in Biotechnology, 2006,24(11): 509-515.

[20] Feliardo P, Neiva C M J, Raposo I, et al. Production of biodiesel from waste frying oils [J]. Waste Management, 2006,26(5):487-515.

[21] 劉 佳,黃翔峰,陸麗君,等. Alcaligenes sp. XJ-T-1利用廢棄油脂生產(chǎn)破乳劑研究 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2009,30(6):217-222.

[22] Nadarajah N, Singh A, Ward O P. De-emulsification of petroleum oil emulsion by a mixed bacterial culture [J]. Process Biochemistry, 2002,37(10):1135-1141.

[23] Akit J. Investigation of potential biosurfactant production among phytopathogenic corynebacteria and related soil microbes [J]. Current Microbiology, 1981,6(3):145-150.

[24] Lehne G, Muller A, Schwedes J. Mechanical disintegration of sewage sludge [J]. Water Science and Technology, 2001,43(1): 19-26.

[25] 孟范平,謝 爽,程鳳蓮.剩余污泥氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽提取方法研究 [J].環(huán)境工程學(xué)報(bào), 2011,5(1):219-224.

[26] Kuroda A, Takiguchi N, Gotanda T, et al. A simple method to release polyphosphate from activated sludge for phosphorus reuse and recycling [J]. Biotechnology and Bioengineering, 2002,78(3): 333-338.

[27] Liu J, Huang X F, Lu L J, et al. Optimization of biodemulsifier production from Alcaligenes sp. S-XJ-1and its application in breaking crude oil emulsion [J]. Journal of Hazardous Materials, 2010,183(1-3):466-473.

[28] 黃翔峰,尚家佳,陸麗君,等.pH對(duì)破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1破乳性能的影響 [J]. 微生物學(xué)通報(bào), 2010,37(11):1575-1580.

[29] Makkar R S, Cameotra S S. Effect of various nutritional supplements on biosurfactant production by a strain of Bacillus subtilis at 45℃ [J]. Journal of Surfactants and Detergents, 2002, 5(1):11-17.

[30] Lotfabad T B, Shourian M, Roostaazad R. An efficient biosurfactant-producing bacterium Pseudomonas aeruginosa MR01, isolated from oil excavation aeras in sourth of iran [J]. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2009,69(2):183-193.

[31] Liu J, Lu L J, Huang X F, et al. Relationship between surface physicochemical properties and its demusifying ability of an alkaliphilic strain of Alcaligenes sp. S-XJ-1 [J]. Process Biochemistry, 2011,46(7):1456-1461.

Cultivation of demulsifying bacteria Alcaligenes sp. S-XJ-1 using ultrasonic pretreated excess sludge.

HUANG

Xiang-feng, ZHU Qi-wei, SHEN Chang-ming, WANG Kun, LU Li-jun, LIU Jia*(State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse, College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China). China Environmental Science, 2014,34(2)：424～430

In order to find a new way of excess sludge utilization, sludge extract was used in the biosynthesis of demusifier by Alcaligenes sp. S-XJ-1. It was practical to cultivate highly efficient demulsifying strains in sludge extract. Sludge extract was obtained by the untrasound condition of 443～56647kJ/kg TS. In sludge culture medium, maximun concentration of ammonia nitrogen, organic nitrogen and phosphorus were 171.94,142.20 and 76.29mg/L. Sludge extract contained metallic elements such as K, Ca, Mg, Fe that were essential to the synthesis of S-XJ-1. After 7days cultivation, the biomass of S-XJ-1in sludge extract was 0.3%～68.3% higher than that in MMSM. Highest yield (2.03g/L) was obtained when specific energy was 56647KJ/kg TS. pH buffering capacity and concentration of organic nitrogen might have a great impact on the yield. The bio-demusifier produced with sludge extract had a quite stable demusifying ration of 80%, of which the CSH and C/N did not show much difference to that with MMSM.

excess sludge；utilization；ultrasounication；demulsifying strains；culture medium

X703

：A

：1000-6923(2014)02-0424-07

黃翔峰(1974-),男,福建古田人,教授,博士.主要從事生物破乳劑以及剩余污泥資源化相關(guān)研究.發(fā)表論文100余篇.

2013-06-14

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51108333);國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2012BAC11B00)

* 責(zé)任作者, 講師, liujia@#edu.cn