堿渣廢水微生物處理研究初探

鄭愛芳

(安慶師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，安徽 安慶 246011)

堿渣廢水微生物處理研究初探

鄭愛芳

(安慶師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，安徽 安慶 246011)

為研究混合菌在厭氧及好氧條件下對(duì)堿渣廢水的處理效果，篩選高效的降解菌株,以進(jìn)一步提高堿渣廢水的生物處理效率，將混合菌加入到含有環(huán)己酮作為唯一碳源的基礎(chǔ)培養(yǎng)基中進(jìn)行活化，活化后的菌種先在厭氧條件下處理污水，出水再進(jìn)行好處理,最后從混合菌劑中篩選CODCr處理效率高的微生物。混合菌在厭氧處理過程中CODCr最高去除率達(dá)到70%，出水后經(jīng)好氧處理去除率可以達(dá)到60%～70%。從混合菌中篩選得到了一株好氧菌，處理效果較穩(wěn)定，去除率為60%～65%，該菌株經(jīng)初步鑒定為Nocardia(諾卡氏菌屬)。

堿渣廢水；生物處理；諾卡氏菌屬

在石油煉制加工過程中，用堿洗工藝脫除裂解氣中的硫化物時(shí)會(huì)產(chǎn)生硫化物濃度和化學(xué)需氧量(COD)均較高的堿渣廢水[1]，其硫化物及酚的排放量高達(dá)煉油廠污染物排放總量的40%～50%，該類堿渣的處理一直是困擾各煉化企業(yè)的難題之一。該類高濃度廢水處理難度較大，通常采用化學(xué)法進(jìn)行處理，存在投資大、運(yùn)行費(fèi)用高、催化劑易中毒失活、操作壓力大、涉及有毒氣體(硫化氫H2S)、安全風(fēng)險(xiǎn)大、易造成二次污染等問題[2，3]。隨著人們環(huán)保意識(shí)的日益提高和重視，堿渣廢水的低成本、無害化處理已成為各煉化企業(yè)當(dāng)務(wù)之急。微生物在處理各種污水中扮演了重要的角色，具有成本低、無二次污染等特點(diǎn)，成為當(dāng)前研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。當(dāng)前國外技術(shù)如韓國SK集團(tuán)開發(fā)的高效生物強(qiáng)化(簡(jiǎn)稱QBR)技術(shù)生化法處理堿渣廢水[4]，效果較好。為開發(fā)出國內(nèi)具有較強(qiáng)處理效果的生物菌劑，筆者用試驗(yàn)研究課題組保存的、經(jīng)初步馴化的、在含烷烴污水處理中效果較好的污水處理菌劑，研究其對(duì)堿渣廢水的處理效果。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

1) 廢水來源。某油田提取環(huán)烷酸工藝的堿渣廢水，廢水性質(zhì)為：pH值7.49，CODCr為11424mg/L。

2) 菌種。課題組保存的污水處理混合菌。

3) 培養(yǎng)基。基礎(chǔ)培養(yǎng)基[5]：磷酸二氫鉀0.5g/L，磷酸氫二鉀 0.5g/L，硫酸鎂0.6g/L，硫酸銨1.0g/L，微量元素10ml，環(huán)己酮1ml，水1000ml(pH值7.0～7.2)。

微量元素液：硫酸鋅 0.2g/L，硫酸亞鐵0.5g/L，氯化鈣3.0g/L，硫酸錳 0.06g/L，水1000ml。

固體培養(yǎng)基：牛肉膏5g/L，蛋白胨10g/L，NaCL 5g/L，瓊脂15～20g/L，pH值6.9～7.1。

1.2 試驗(yàn)方法

1) 菌種富集活化。向4個(gè)500ml的三角瓶?jī)?nèi)分別加入200ml基礎(chǔ)培養(yǎng)基，分別接入一定量的混合菌劑和2ml環(huán)己酮，作為唯一碳源進(jìn)一步活化馴化混合微生物，4個(gè)三角瓶用橡膠塞(因環(huán)己酮易揮發(fā))。將上述接種好的2個(gè)三角瓶置30℃、160r/min搖床培養(yǎng)；另2個(gè)靜置，通入氮?dú)猓?0℃培養(yǎng)，至培養(yǎng)菌液出現(xiàn)混濁，使用加入微量元素的基礎(chǔ)培養(yǎng)基換水，每次100ml，3d換一次，1周后分別加入掛膜載體，靜止培養(yǎng)3d。

2) 污水厭氧處理。用2個(gè)500ml的三角瓶，分別標(biāo)記為A瓶和B瓶，放入上述菌種厭氧培養(yǎng)活化掛膜之后的載體，加入200ml原水或加入微量元素液的基礎(chǔ)培養(yǎng)基適當(dāng)稀釋的廢水，充氮?dú)猓貌Ａ芊猓?0℃恒溫培養(yǎng)箱靜止培養(yǎng)。3d換水一次，每次100ml，并測(cè)出水CODCr，測(cè)定1mon內(nèi)的數(shù)據(jù)，共測(cè)9次。

3) 污水厭氧處理后好氧處理。同樣用2個(gè)500ml的三角瓶，分別標(biāo)記為C瓶和D瓶，放入好氧活化培養(yǎng)掛膜之后的載體，加入?yún)捬跆幚碇蟮某鏊?0ml。將換水后的三角瓶置30℃、160r/min搖床好氧處理，溶氧量約為3.5～4.0mg/L，3d換水一次，每次100ml并測(cè)出水CODCr。測(cè)定1mon內(nèi)的數(shù)據(jù)，共測(cè)9次。

4) 分析方法。采用重鉻酸鹽法測(cè)定處理后污水的化學(xué)耗氧量CODCr[6]。

5) 菌種純化與鑒定。將混合菌劑中微生物分離純化，研究各菌株的污水處理效果，對(duì)處理效果較好的菌株，參照相關(guān)鑒定手冊(cè)進(jìn)行初步鑒定[7～9]，如革蘭氏染色、生理生化試驗(yàn)等常規(guī)方法。

2 結(jié)果與討論

2.1 A瓶混合菌厭氧生物處理

A瓶混合菌厭氧生物處理結(jié)果如圖1所示，厭氧條件下，用混合菌劑處理稀釋了1倍的廢水，A瓶中的細(xì)菌逐漸適應(yīng)培養(yǎng)條件，菌群數(shù)量增加，隨著混合菌的馴化和廢水處理時(shí)間的增長(zhǎng)，處理效率接近50%，連續(xù)3次取樣后接近70%。15d后(即第5次取樣)增加了廢水處理的濃度，直接處理原水，CODCr的處理效率急劇降低至15%，處理效率不高，可能是由于理化條件的改變導(dǎo)致菌群發(fā)生變化，部分微生物生長(zhǎng)受到抑制。雖然處理效率有短暫的升高，后期處理率仍出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，筆者分析可能是因?yàn)閽炷ぶ械奈⑸镌陂L(zhǎng)期接觸高濃度的難分解的廢水之后，菌劑出現(xiàn)了衰退現(xiàn)象。另外，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，部分菌從膜上脫落；營(yíng)養(yǎng)等條件的不足可能造成微生物自溶等現(xiàn)象，增加了CODCr值，最后導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果中CODCr去除率降低。

2.2 B瓶混合菌厭氧生物處理

圖2所示為B瓶厭氧處理結(jié)果，作為厭氧處理的平行樣品，B瓶在處理廢水過程中具有與A瓶相似的特點(diǎn)，提高污水濃度后，菌劑的降解效率降低，進(jìn)一步表明微生物在降解難降解有機(jī)物時(shí)需在一定的底物濃度范圍內(nèi)，超過最高范圍對(duì)微生物有致命作用，高濃度的廢水需要經(jīng)過一定的稀釋等預(yù)處理才能達(dá)到微生物承受的范圍，才能有效的去除廢水中的有毒有機(jī)物。

圖1 A瓶混合菌厭氧生物處理結(jié)果 圖2 B瓶混合菌厭氧生物處理結(jié)果

2.3 C瓶混合菌好氧生物處理

圖3所示為混合菌劑在好氧條件下厭氧處理之后的出水結(jié)果。開始進(jìn)水的CODCr較低，降解效率在55%左右，并且保持了相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)?；罨患木鷦?duì)高濃度污水的處理初期效率都不高，適應(yīng)過程18d(即第6次取樣)后，菌劑適應(yīng)了高濃度廢水，處理效率提高至40%左右，分析可能是因?yàn)樵诤醚鯒l件下，三角瓶置于搖床中，部分微生物從載體上脫落，取樣時(shí)未經(jīng)離心，造成CODCr值增加，導(dǎo)致測(cè)得的處理效率降低；另外有分析認(rèn)為高濃度廢水中的有機(jī)物不是微生物的最適底物，且濃度較大對(duì)微生物有抑制作用[10]，微生物在不良環(huán)境中產(chǎn)生退化，所以處理效果降低。

2.4 D瓶混合菌好氧生物處理

圖4為好氧處理的平行樣品，結(jié)果與C瓶結(jié)果相類似，低濃度的廢水處理效率在50%以上，高濃度的廢水處理效率也較差。說明微生物在處理污水的過程中，需要調(diào)整適宜其生長(zhǎng)的環(huán)境，微生物處理環(huán)境中難分解的有機(jī)物和有毒物質(zhì)時(shí)，多數(shù)是共代謝的過程[1,2，11～13]，可能需要添加適當(dāng)?shù)臓I(yíng)養(yǎng)物以利于其生長(zhǎng)。

圖3 C瓶混合菌好氧生物處理結(jié)果 圖4 D瓶混合菌好氧生物處理結(jié)果

圖5 E瓶混合菌好氧生物處理結(jié)果

2.5 分離結(jié)果及E瓶好氧純菌生物處理

好氧處理能把有機(jī)物徹底氧化成水和二氧化碳，從處理結(jié)果認(rèn)為好氧處理的效果比較恒定，且效果較高，所以該試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案是從好氧菌劑中分離好氧菌株。經(jīng)過對(duì)混合菌劑的分離純化，從好氧處理瓶中的混合菌劑分離得到了11種不同菌株，其中一株處理效果較好。鑒于高濃度有機(jī)廢水對(duì)微生物的影響，開始時(shí)將污水原液稀釋成低濃度的廢水，起始濃度為1100mg/L，18d后濃度增加1倍為2200mg/L，標(biāo)記為E瓶，其好氧處理效果如圖5所示。

從圖5中可以看出，該菌株處理效果比較穩(wěn)定，大約在50%～70%，同濃度的廢水，微生物適應(yīng)一段時(shí)間之后，COD去除率略微提高，但增加污水濃度時(shí)，去除率稍微下降，適應(yīng)期后稍微提高。另外高濃度的堿渣廢水中含有多種有機(jī)物，成分較復(fù)雜，很難靠一種微生物處理達(dá)到凈化目的，現(xiàn)復(fù)合系統(tǒng)比起單一系統(tǒng)更能有效地降解污水[14]。對(duì)處理效果較好的菌株需要進(jìn)一步的馴化，或?qū)ふ腋嗟木哂休^強(qiáng)降解效果的菌株，提取基因，通過基因工程等技術(shù)構(gòu)建多功能降解菌[15]，將多種菌株中具有降解功能的基因整合到一種菌體中，形成超級(jí)菌，使難處理污水達(dá)到凈化、排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.6 細(xì)菌鑒定

該菌株菌落呈圓形，直徑0.4～1.0mm，黃色，表面光滑濕潤(rùn)；利用顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)其有氣生菌絲，基內(nèi)菌絲多數(shù)有分枝，28h后斷裂成短桿狀。生理生化特性測(cè)定參照微生物分類學(xué)等工具書[7～9]中提供的方法，該菌株為革蘭氏陽性、好氧、抗酸染色陰性、接觸酶陽性，符合諾卡氏菌屬特征，鑒定為Nocardia(諾卡氏菌屬)。

3 結(jié)論

1)研究顯示實(shí)驗(yàn)室保存的混合微生物對(duì)高濃度的廢水有一定的耐受力，處理效果較好。厭氧條件下CODCr去除率最高達(dá)到70%，好氧處理CODCr去除率達(dá)到60%。

2)微生物對(duì)高濃度的堿渣廢水處理效果不好。厭氧處理時(shí)廢水的初始濃度<6000mg/L時(shí)，CODCr處理效果較好；廢水CODCr超過10000mg/L，處理效率急劇降低至12%左右，這可能是由于高濃度的廢水對(duì)微生物生長(zhǎng)有抑制作用，好氧處理也有類似現(xiàn)象。因此，在用微生物處理污水時(shí)，如果濃度過高，需要對(duì)污水進(jìn)行稀釋。

3)堿渣污水中所含的有機(jī)物大多對(duì)微生物生長(zhǎng)有抑制作用，可適當(dāng)提供一些適宜微生物生長(zhǎng)的底物，保證菌體數(shù)量，增強(qiáng)微生物對(duì)高濃度底物的耐受性，利用共代謝作用增強(qiáng)微生物的處理效果；將菌劑固定化，避免脫落。

4)從混合微生物菌劑馴化篩選到的一株諾卡氏菌，其堿渣廢水的CODCr去除率達(dá)到了65%左右，效果較穩(wěn)定。

在以后的工作中，將開發(fā)優(yōu)勢(shì)菌株，對(duì)廢水處理的條件進(jìn)行優(yōu)化，研究該諾卡氏菌的生長(zhǎng)特性及處理污水的影響因素，對(duì)菌株進(jìn)行遺傳改造，投入到堿渣廢水處理中，以期提高污水CODCr去除率，達(dá)到排放目標(biāo)，保護(hù)環(huán)境。

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[編輯] 辛長(zhǎng)靜

2016-07-19

安徽省教育廳課題(KJ2013B122)。

鄭愛芳(1980-)，女，碩士，副教授，現(xiàn)主要從事環(huán)境微生物的教學(xué)與研究工作；E-mail：aifangzheng@126.com。

TQ085+<413 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A class="emphasis_bold">413 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]1673-1409(2016)31-0020-04413 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

1673-1409(2016)31-0020-04

A [文章編號(hào)]1673-1409(2016)31-0020-04

[引著格式]鄭愛芳.堿渣廢水微生物處理研究初探[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2016,13(31)：20～23.