耐冷菌微生物絮凝劑的篩選及對高濁度污水處理能力的研究

霍前坤，顏婉茹，楊美潔，楊 茹，李 丹，孫天林

（哈爾濱理工大學化工學院，黑龍江哈爾濱150080）

我國北方冬季寒冷漫長，長期的低溫環(huán)境使活性污泥沉降性能下降、降解作用和吸附能力變差,使城市污水的處理受到了嚴重影響?，F(xiàn)階段，常采用的方法是對構(gòu)筑物采取保溫或升溫、延長污水停留時間、增加污泥回流量等措施來保證冬季高濁度污水處理出水達標,但運行周期大大增加而且增加了運行的費用。而耐冷微生物較常溫菌和嗜冷菌因更能忍受溫度波動,在低溫下仍可保持很強的活性,更適用于低溫高濁度污水處理。因此，在低溫條件下，分離篩選出具有高濁度污水處理能力的耐冷菌，優(yōu)化降解條件，可為實際生產(chǎn)中低溫微生物的大規(guī)模應(yīng)用提供必要的理論依據(jù)和實驗基礎(chǔ)，具有極重要的實際意義[1，2]。

1 材料及方法

1.1 菌種來源

本實驗所用菌體是從室外環(huán)境中提取的，取室外溫度為17℃的松花江、馬家溝河底污泥，先分離純化后，經(jīng)過長時間的低溫馴化從而獲得耐冷菌種。

1.2 主要儀器

振蕩培養(yǎng)箱（SPX-150B-Z）；立式壓力蒸汽滅菌器（YXQ-LS-75SII）；分光光度計（752N）；顯微鏡（XSP-2CA）。

1.3 培養(yǎng)基

牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基：牛肉膏6.0g，蛋白胨20.0g，NaCl 10.0g，蒸餾水2000mL，pH 值7.0～7.5，121℃下滅菌30min。

富集培養(yǎng)基：蛋白胨1.5g、牛肉膏0.75g、NaCl 0.75g、蒸餾水150g，調(diào)pH 值7.6。滅菌120℃，30min。

1.4 實驗方法

1.4.1 耐冷菌的分離與純化 取污泥100g，加入無菌水振蕩、靜止沉淀后取上清液，在5～10 ℃條件下富集培養(yǎng)后，進行分離純化，得到4 株生長良好的耐冷菌。

1.4.2 絮凝率的測定 采用紫外-可見分光光度計測定濁度，最大吸收波長為550nm，計算方法如下：絮凝率（%）=×100%

式中 A：對照上清液550nm 處的吸光度值；B：樣品上清液550nm 處的吸光度值。

1.4.3 降解工藝條件優(yōu)化的單因素實驗 取一定量的混合菌，進行溫度、pH 值、最佳碳源等方面的單因素實驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 生長曲線的測定

將復篩得到的4 株菌株以相同的接種量接入100 mL 液體牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中進行接種培養(yǎng)。結(jié)束后在5℃下160r·min-1的培養(yǎng)條件下，每隔4h取樣測定濁度強，連續(xù)培養(yǎng)80h 并繪出該細菌的生長曲線。

圖1 生長曲線Fig.1 Growth curve

由圖1 可見，A 菌在培養(yǎng)階段內(nèi)的絮凝率一直在增長且狀態(tài)最好；D 菌絮凝率開始上升很快,末期增長幅度變??；C 菌絮凝率也不斷增加，并隨著時間的增加增長幅度越來越大；B 菌的絮凝率雖然一直在變大，但相比于其他的菌種，效果不明顯。

通過革蘭式染色測定，菌株A 為革蘭式陰性菌，菌株B 為革蘭式陰性菌，菌株C 為革蘭式陰性菌，菌株A 為革蘭式陽性菌。

2.2 最佳工藝條件研究

2.3.1 pH 值對絮凝率的影響 采用NaOH 和HCl調(diào)節(jié)pH 值，測定在不同的初始pH 值條件下，接種產(chǎn)絮菌發(fā)酵之后，測定發(fā)酵液的絮凝率。

圖2 pH 值對生長曲線的影響Fig.2 Effect of pH value on growth curve

由圖2 可見，pH 值對絮凝效果有較大影響，隨著pH 值的增加，絮凝率先增大后減小，在產(chǎn)絮菌中A 菌株在pH 值為6 時，絮凝率達到最大，其余3 種菌在pH 值為7 時達到最大，可見篩選得到的高效耐冷菌適合在中性或中性偏酸性的環(huán)境中生長。

2.3.2 絮凝時間對微生物絮凝率的影響 將篩選出的4 種菌株各0.5mL 接種至50mL 發(fā)酵培養(yǎng)基中,培養(yǎng)8,16,24,32,40,48,56,72h 后,測定絮凝率。

圖3 時間對絮凝率的影響Fig.3 Effect of time on flocculation rate

由圖3 可見，A 菌在培養(yǎng)時間小于60h 前增長趨勢較明顯，60h 后絮凝率則開始下降。B 菌在12h后逐漸出現(xiàn)絮凝效果，36～48h 絮凝率的增長速率最大，隨后B 的絮凝效果增長較慢。C 菌在培養(yǎng)過程中絮凝率增長較平緩，在72h 后絮凝率效果最好。D菌培養(yǎng)效果與B 菌相似，60～72h 絮凝率增長減緩。結(jié)果表明，菌種C 的絮凝效果最佳，且保持持續(xù)增長的勢頭。

2.3.3 碳源濃度對絮凝率的影響 采用葡萄糖和乙酸鈉按1∶1 比例混合作為微生物培養(yǎng)的主要碳源，控制碳源的總濃度為2、4、6、8、10、12、14、16、18g·L-1范圍內(nèi)，將篩選出的4 株菌株接種到培養(yǎng)基中，在7℃，120r·min-1條件下恒溫培養(yǎng)72h，通過測定絮凝率，分析最佳的碳源濃度。

圖4 碳源濃度對絮凝率的影響Fig.4 Effect of carbon source concentration on flocculation rate

由圖4 可見，A、B、C、D 4 種菌的絮凝率隨碳源濃度的變大呈先升高后減小的趨勢。C 菌在碳源濃度為14%時絮凝率達到最大值為0.66，絮凝效果最佳。

3 結(jié)論

研究表明，耐冷高濁度降解菌可在低溫下大大提高廢水中濁度的去除率，而且通過控制絮凝的時間、pH 值選擇合適的碳源可進一步提高濁度的去除率?？梢?，耐冷菌在低溫環(huán)境條件下?lián)碛衅胀ㄎ⑸餆o法替代的活性，這種優(yōu)勢不僅會為高濁度廢水的生物處理提供新的思路，也必將為未來低溫菌的開發(fā)和工程應(yīng)用提供更為廣闊的前景，

［1］韓曉云，姜安璽，何麗蓉.低溫菌及其在環(huán)境工程中的應(yīng)用［J］.東北林業(yè)大學學報，2003，2（31）:33-35

［2］薛廣雷,王龍,等.微生物絮凝劑絮凝機理及絮凝效果影響因素［J］.水科學和工程技術(shù),2010，（1）:36-37.