一種有效去除城市污水中有機物的微生物菌劑研究

文章編號：1674-6139（2025）07-0092-05

中圖分類號：X703文獻標志碼：B

Study on an Effective Microbial Agent for Removing Organic Matterfrom Urban Wastewater

Gao Yanli，ShanBaozhen，RenYanna，LiLi，LiJingcun （XinjiangHerun Shangyuan Technology Co.，Ltd.，Urumqi 831408，China）

Abstract：Thelargeamountoforganicmaterinurbansewageleadstoeutrophicationofwaterbodies，whichinturncausesenvironmentalproblemssuchasblackandodorouswaterbodies，ndtheproliferationoflgae.Themicrobialpopuationinmicrobialagentscan producevariousdeadingeestoefcientlydgadeganicaterinastewater.erforemicrobalagenttatcanfectiely removeorganicmaterfromsewageisdevelopedinordertosolvetheproblemofurbansewage.Thestudyscrensandidentifiesstrainsof compositemicrobialagentstoeterinetheirsuitabilityforsynthesizingmicrobialagentstroughuxiliaryverificationandtoimpleent complexfermentationplanforbcterialliquidTesultsidicatetataeutraleviroentisteoptialconditionfoogaicer purification using composite bacterial solution，and 28^qC is the optimal temperature for water purification using composite bacterial solution.Underthesetwoenvironments，chemicaloxygendemand（COD）andtotalorganiccarbon（TOC）inurbanwastewatercanbeeffec tively removed.

Keywords：urbansewage；organicmater；compositemicrobialagents；chemical oxygendemand；total organiccarbon

前言

城市污水排放量正不斷攀升，其中，有機物已成為主要的污染源。如果這些有機物未經(jīng)妥善處理便直接排放到自然環(huán)境中，將會對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康帶來極其嚴重的威脅。盡管傳統(tǒng)的物理和化學處理方法在一定程度上能夠去除部分有機物，但這些方法普遍面臨能耗較高且處理效果不穩(wěn)定等挑戰(zhàn)。因此，尋找一種高效、環(huán)保、經(jīng)濟的方法去除城市污水中的有機物，成為當前研究的熱點[1]

隨著城市污水中有機物去除技術(shù)的研究不斷深入，微生物菌劑的應用成為廣受關(guān)注的研究熱點。微生物菌劑具有處理效果好、操作簡便、成本低廉等優(yōu)點。通過篩選出具有高效降解能力的微生物菌株，并優(yōu)化生長條件，可以實現(xiàn)對城市污水中有機物的快速降解和轉(zhuǎn)化[2]。國內(nèi)外研究團隊通過篩選、培養(yǎng)及優(yōu)化不同種類的微生物菌株，成功研制出多種針對不同污染物類型和濃度的微生物菌劑。這些菌劑不僅能有效降解污水中的有機物，還能提高處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。同時，一些研究還關(guān)注微生物菌劑與其他污水處理技術(shù)的結(jié)合，以提高整個污水處理系統(tǒng)的處理效率和穩(wěn)定性。因此，文章制備了一種用于去除城市污水中有機物的微生物菌劑，并研究了去除效果。

1微生物菌劑復配與方法設計

1.1 污水采樣

在研究中選擇A市作為研究區(qū)域。A市位于中國東部，是一座經(jīng)濟發(fā)達、人口密集的大城市。隨著近年來工業(yè)化的推進，污水處理問題越來越受到矚目，尤其是有機物的去除難題。研究旨在開發(fā)一種適用于當?shù)匚鬯匦缘膹秃衔⑸锞鷦?，以有效去除污水中的有機物。

在水樣采取過程中，遵循了嚴格的采樣規(guī)范。首先，對A市內(nèi)的多個污水處理廠實施實地考察，了解其處理工藝、污水來源及污染物成分，以此選取具有代表性的污水處理廠。

1.2篩選、鑒定復合微生物菌劑菌株

復合微生物菌劑制備的首要環(huán)節(jié)在于精準挑選菌株。具體來說，需要在特定的環(huán)境條件下培養(yǎng)菌株，并從中挑選出具備獨特功能的菌株，以便為后續(xù)的菌劑復合提供堅實的基礎(chǔ)[3]。為了確保所選菌株具有能夠高效去除有機物污染的特性，借助16SrDNA序列分析來精確鑒定菌株。

使用的儀器與設備如下：高壓滅菌鍋：YXQ-LS-100A;

場發(fā)射掃描電鏡：JSM-7900F；

超低溫冰箱：BDF-86V158；

高速冷凍離心機：H2050R-1;超純水機：1820；

電子天平：BS224S；

總有機碳分析儀：TOC-VCPH;

雙數(shù)顯微振蕩培養(yǎng)箱：BS-4G;

恒溫培養(yǎng)箱：SPX-300B-G;

pH計：FE20;

紫外可見分光光度計：UV-1800；

高壓滅菌鍋：YXQ-LS-100。

使用的富集培養(yǎng)基包括LB液體培養(yǎng)基與LB固體培養(yǎng)基等[4-5]，這些特定的培養(yǎng)基均從海博生物技術(shù)有限公司購入，嚴格遵循提供的說明書實施配制。

葡萄糖發(fā)酵培養(yǎng)基制備：稱取葡萄糖 10.0g? 瓊 脂粉 5.0g 、酵母提取物 _0.2g 、硫酸鎂 0.2g 氯化鉀 _0.2g 磷酸二氫銨 1.0g ，與 1000mL 蒸餾水混合，加 （20 15mL0.04% 溴甲酚紫溶液， 121^°C 滅菌 15min^[6] 0

V-P培養(yǎng)基制備：稱取葡萄糖 5.0g. 胰蛋白膚 5.0g 磷酸鉀 5.0g ，溶于 1 000mL 蒸餾水， 121^qC 滅 菌 15min 。

淀粉酶活性培養(yǎng)基制備：稱取胰蛋白肺 10.0g. 玉米淀粉 2.0g 氯化鈉 10.0g. 酵母提取物 5.0g， 瓊脂粉 15.0g ，加水至1 000mL，121% 滅菌 15min^[7] ，冷卻至 55% 后倒板。

菌株初篩：從高校采集 5.0g 土壤樣品，加入90mL 人工污水中， 、120轉(zhuǎn)/ 振蕩培養(yǎng)3天。之后進行菌株富集和純化，通過劃線培養(yǎng)、傳代和場發(fā)射掃描電鏡確認菌體形態(tài)一致，最終保存于含LB液體培養(yǎng)基和甘油的滅菌凍存管中。

凈化污水能力驗證：挑選初篩菌株接種于含100mL 人工污水的錐形瓶中[8]，設置對照組。 30% 1120轉(zhuǎn)/min培養(yǎng)3天后，過濾污水，測定有機物污染指標，比較接種菌株與對照組的差異。

基因組DNA測序：從純化菌株中提取DNA，擴增后使用ABI3730－XL測序儀測序。在獲得測序數(shù)據(jù)后，利用NCBIBlast程序比對獲得其物種信息。

取相同菌株中相似度更高的菌株作為后續(xù)試驗中應用的菌株。將革蘭氏染色、SEM以及生理生化鑒定作為輔助驗證，并實施菌株生長曲線的測定，最后通過查閱資料對所選的菌株實施分析，確定其是否適于合成菌劑。

1.3復合微生物菌劑復配

基于先前精心篩選的微生物菌株資源，設計菌液發(fā)酵方案，并實施菌液發(fā)酵方案的復配

首先確定菌株發(fā)酵方式，設計混合培養(yǎng)方案，具體如下：將生長底物定為LB固體培養(yǎng)基，接著將三種菌株以相同的比例混合，形成種子液A，其對應的發(fā)酵液稱之為菌液A。同樣，以放線菌培養(yǎng)基為底物，混合了三種菌株，以相同的比例制成了種子液B，發(fā)酵液則命名為菌液B。最后，以硝化細菌培養(yǎng)基為底物，同樣以相同的比例混合了三種菌株，制成了種子液C，發(fā)酵液稱之為菌液C。

為了探究A、B、C三種菌液在相互組合的情況下對城市污水有機物的凈化效果，設計不同的菌液復配方案，具體如下：

方案D：菌液A：1.5份;菌液B：1.0份;菌液C：0.5份；

方案E：菌液A：1.0份；菌液B：1.5份;菌液C：0.5份；

方案F：菌液A：1.5份；菌液B：0.5份；菌液C：

1.0份；

方案G：菌液A：1.0份;菌液B：1.0份；菌液C：1.0份。

1.4研究方法與指標測定

探究四種復配菌劑在不同溫度、pH條件下對于城市污水的降解特性。測定項目包括COD、TOC、氨氮、 BOD₅ 、動植物油。

COD測定流程：選擇清潔且無雜質(zhì)的 250mL 錐形瓶，取 200mL 的待測水樣。加入 的硝酸鉀和硫酸銅，用以抑制水樣中可能存在的還原性物質(zhì)。加入 _2g 硫酸銨，用以稀釋水樣，確保COD值落在檢測儀器的量程范圍內(nèi)。加入 _3g 硫酸鉻作為催化劑。使用錐形瓶的橡膠塞緊密密封，并充分搖勻，使所有試劑與水樣充分反應。將錐形瓶放入預熱的消解儀中，根據(jù)水樣的特性，將消解設定為 ^2h 。消解完成后，使用紫外可見分光光度計測定的吸光度值。利用預先建立的COD標準曲線。

TOC測定流程：使用TOC總有機碳檢測儀測定。在測定中添加磷酸實施酸化，確保無機碳完全分解，并使用載氣吹除產(chǎn)生的 CO₂

氨氮測定流程：水樣采集于聚乙烯瓶，加硫酸酸化至 pHlt;2 ，于 2^°C～5^°C 存放且防止空氣污染。對較清潔的水樣采用絮凝沉淀法預處理。測定時，取5mL 蒸餾水于消解管 A，5mL 待測水樣于消解管B，分別向兩管準確加入3滴氨氮試劑一、3滴氨氮試劑二，搖勻，靜置顯色 10min 后，選擇水質(zhì)分析中的氨氮納氏（ 0～5mg/L， ，先將試管A空白調(diào)零，再將試管B進行樣品讀數(shù)得到檢測數(shù)值，過程中要注意操作規(guī)范、溫度范圍、滴加順序和滴數(shù)，且氨氮試劑二有刺激性需謹慎使用。

BOD₅ 測定流程：首先要根據(jù)采樣點水質(zhì)情況制定采樣方案并采集水樣，放入容器做好標識記錄。水樣分析采用分光光度法。分析過程中要正確使用儀器、準確記錄數(shù)據(jù)，確保實驗環(huán)境清潔和操作規(guī)范。分析完成后，按照科學方法和原則處理計算數(shù)據(jù)，得出 BOD₅ 的含量。

動植物油測定流程：取樣后立即酸化，然后對酸化樣品進行萃取，萃取后對萃取液進行脫水處理，若萃取液超出測量范圍則進行稀釋，接著將稀釋后的萃取液進行硅酸鎂吸附，最后將處理好的樣品倒入比色皿進行測定。

2 測定結(jié)果分析

2.1不同pH值下污水有機物的去除效果

不同pH值下的COD、TOC去除效果如圖1所示。在pH值為3和4的強酸條件下，復合菌液的有機物去除污水效果較差。這可能是因為過低的pH值抑制了復合菌液中微生物的活性，導致它們無法正常實施有機物分解。pH值升高到5和6時，復合菌液的有機物去除污水效果開始逐漸提升，這表明復合菌液中的微生物在較為溫和的酸性環(huán)境中逐漸恢復了活性，但此時去除污水的效果仍然不夠理想。當pH值達到中性7時，復合菌液的有機物去除效果達到最佳。因此，中性環(huán)境是復合菌液實施有機物凈化的最佳條件。隨著pH值繼續(xù)升高至堿性范圍（8、9、10），復合菌液的有機物去除效果開始逐漸下降。這是因為過高的pH值同樣對復合菌液中的微生物產(chǎn)生了不利影響，導致它們的活性降低，影響了復合菌液的凈化效果。對比幾種方案，發(fā)現(xiàn)方案F、方案G的有機物去除污水效果最好，其中方案F整體COD降低效果最好，方案G整體TOC降低效果最好。

2.2不同溫度下污水有機物的去除效果

不同溫度下污水有機物的去除效果見圖2。

在較低的溫度下，新陳代謝速度減緩，復合菌液的凈化污水效果相對較差。當溫度升高到 20% 時，復合菌液的凈化污水效果開始顯著提升。這表明此時微生物的活性逐漸增強，能夠更好地發(fā)揮分解有機物的作用，可以視為復合菌液有效凈水的一個轉(zhuǎn)折點。當溫度進一步升高至 28°C 時，復合菌液的凈化污水效果達到最佳。在這個溫度下，微生物的活性最強，新陳代謝速度最快，最有效地分解污水中的有機物。然而，當溫度繼續(xù)升高至 35°C 時，復合菌液的凈化污水效果開始出現(xiàn)下降趨勢。這是由于過高的溫度導致微生物的活性降低，影響了復合菌液的凈水效果。對比幾種方案可以發(fā)現(xiàn)，方案E、方案F、方案G的整體COD降低效果均較好，方案D、方案F、方案G整體TOC降低效果最好。

2.3其他污染指標測定結(jié)果

根據(jù)1.4部分的測定方法，得到氨氮、 BOD₅ 、動植物油測定結(jié)果見表1。

如表1所示，氨氮方面，方案D濃度最低為1.8mg/L ，去除氨氮表現(xiàn)最佳，方案E為 2.2mg/L 處于可接受范圍，方案F和G分別為 1.6mg/L 和2.0mg/L;BOD₅ 方面，方案 F 的值最低為 22mg/L ，去除有機物效果較好，方案E最高為 28mg/L ，，處理有機物效率相對較低；動植物油方面，方案F濃度最低為 3.8mg/L ，去除動植物油表現(xiàn)最優(yōu)，方案E最高為 4.5mg/L ，處理動植物油類污染物效果較差。綜合來看，方案 F 在氨氮、 BOD₅ 和動植物油三個指標上均表現(xiàn)出最佳的處理效果，所以方案F是四個方案中的最優(yōu)選擇。

3 結(jié)束語

在城市化進程的推進下，城市污水治理問題日益凸顯，尤其是污水中有機物的去除已成為亟待解決的難題。此研究針對該問題，深入探索了微生物菌劑在去除城市污水中有機物方面的應用潛力，并取得了一系列積極成果。通過篩選、發(fā)酵和復配微生物菌株，成功制備了高效且環(huán)保的微生物菌劑，為城市污水處理提供了新的解決策略。這種微生物菌劑展現(xiàn)出了出色的有機物降解能力，能夠有效地去除污水中的有機污染物，使用微生物菌劑顯著提高了污水處理的效率，減少了處理時間。同時，微生物菌劑源于自然且易于養(yǎng)護，應用成本低。在應對復雜水質(zhì)時，方便操作，且具有廣泛的適應性和降解能力，為城市污水處理提供了經(jīng)濟可行的方案。

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