污水處理 利用復合em菌處理抗生素廢水的方法

                                                                      2018-03-02 10:26:46      點擊:
                                                                      原標題:污水處理技術篇:抗生素廢水復合菌處理方法

                                                                      轉載:北極星環保網  來源:價值中國  作者:常治輝   

                                                                      在抗生素生產過程中所排廢水含有大量的有機物、殘留的抗生素以及中間代謝產物。目前,對于該類廢水處理主要以好氧、厭氧、好氧—厭氧以及水解酸化—好氧等生物處理法為主〔1〕,而且研究多集中在處理工藝上〔2〕,對廢水中污染物具有降解作用的生物因素———高效菌株的研究甚少。

                                                                      復合菌技術作為一種高效處理廢水的技術,由于其利用了微生物的協同代謝作用及共氧化作用(共代謝作用),能夠高效地處理包括涂料廢水、染化廢水、造紙廢水在內的多種高污染、難生化的工業廢水〔3〕。但是,將該技術應用于處理抗生素廢水的報道還較少。筆者應用分離自抗生素廢水中的純種微生物構建復合菌來處理該類廢水,考察各種微生物的用量以及菌種間的配比對廢水處理效果的影響,確定了復合菌中各微生物的最佳配比,為抗生素廢水處理工程提供可行的參數。

                                                                      1 材料與方法

                                                                      1.1 試驗廢水

                                                                      試驗中所用的廢水取自重慶市某抗生素生產企業的污水處理站調節池,廢水的BOD5/COD 基本在0.4 左右,可生化性較好,其COD 3 000~8 000 mg/L,BOD 1 200 ~3 200 mg/L,NH3 -N 150 ~300 mg/L,SS100~500 mg/L,pH 4.0~6.0。

                                                                      1.2 試驗方法

                                                                      1.2.1 菌株的分離純化

                                                                      試驗中所用的菌種均分離自上述污水處理站曝氣池的活性污泥,經實驗室多次分離純化后使用。由于活性污泥中所要分離的目標微生物量較少,所以首先對活性污泥中的目標微生物進行富集培養,待其占有一定的優勢之后再進行分離。微生物的分離純化采用平板劃線分離法〔4〕。

                                                                      光合細菌的富集培養基采用小林達治紅螺科富集培養基〔5〕:NH4Cl 1.00 g,KH2PO4 0.20 g,CH3COONa˙3H2O 3.00 g,NaHCO3 1.00 g,酵母膏0.10 g,NaCl1.00 g,MgCl2˙6H2O 0.20 g,T. M 儲液少量,蒸餾水1 000 mL,pH=7.0。分離培養基采用RCVBN 擴大培養基〔6〕:CH3COONa 3.0 g,(NH4)2SO4 1.0 g,MgSO4 0.2 g,NaCl 1.0 g,KH2PO4 0.3 g,K2HPO4 0.5 g,CaCl2 0.05 g,酵母膏0.1 g,微量元素1.0 mL,瓊脂25 g,蒸餾水1 000 mL。

                                                                      酵母菌的富集和分離培養基均采用蛋白胨酵母粉葡萄糖培養基(YPD 培養基),其中富集培養基的成分為〔7〕:酵母粉5 g,蛋白胨10 g,葡萄糖20 g,蒸餾水1 000 mL,pH=4,0.25%的丙酸鈉與50 U/mL 的青霉素液體;分離培養基的成分為:酵母粉5 g,蛋白胨10 g,葡萄糖20 g,瓊脂20 g,蒸餾水1 000 mL,pH= 4。

                                                                      放線菌的富集和分離培養基均采用高氏一號培養基,其中富集培養基的成分為〔8〕:可溶性淀粉20 g,KNO3 1 g,NaCl 0.5 g,KH2PO4 0.5 g,MgSO4˙7H2O 0.5 g,FeSO4˙7H2O 0.01 g,青霉素2 mg/L,K2Cr2O7 75 mg/L,蒸餾水1 000 mL,pH 7.2~7.4;分離培養基的成分為:可溶性淀粉20 g,KNO3 1 g,NaCl 0.5 g,KH2PO4 0.5 g,MgSO4˙7H2O 0.5 g,FeSO4˙7H2O 0.01 g,瓊脂20 g,蒸餾水1 000 mL,pH 7.2~7.4。

                                                                      1.2.2 菌株的篩選

                                                                      將實驗室分離純化所得的各株光合細菌、酵母菌和放線菌按照3 g/L 的量加入到裝有200 mL 廢水的錐形瓶中,將錐形瓶置于30 ℃、160 r/min 的搖床中處理6 d。每個試驗均做3 組平行試驗。

                                                                      1.2.3 菌種用量單因素試驗

                                                                      分別選用3、5、7、9、11 g/L 5 個質量濃度梯度來考察菌種的用量對廢水處理效果的影響。將相應量的菌種加入到裝有200 mL 廢水的錐形瓶中,將錐形瓶置于30 ℃、160 r/min 的搖床中處理6 d。每個試驗均做3 組平行試驗。

                                                                      1.2.4 菌種復配試驗

                                                                      分別考察單菌種、兩菌種復合、三菌種復合對廢水的處理效果,以確定菌種間是否具有協同作用。其中,菌種總量選用3 g/L,復配菌種均按1∶1 的比例混合。將相應量的單菌種/復合菌種加入到裝有200 mL廢水的錐形瓶中,將錐形瓶置于30 ℃、160 r/min 的搖床中處理6 d。每個試驗均做3 組平行試驗。

                                                                      1.2.5 復合菌種配比正交試驗

                                                                      根據菌種單因素試驗結果,確定正交試驗的因素和水平。將相應量的復合菌種加入到裝有200 mL廢水的錐形瓶中,將錐形瓶置于30 ℃、160 r/min 的搖床中處理6 d。每組試驗均做3 組平行試驗。


                                                                      1.3 測試儀器與方法

                                                                      廢水在4 000 r/min 的離心機中離心5 min,取上清液測定其中的COD。COD 的測定采用快速消解分光光度法(HJ/T 399—2007),分光光度計采用Hach公司生產的DR2800 便攜式分光光度計。正交試驗結果采用SPSS 軟件進行分析。

                                                                      2 結果與分析

                                                                      2.1 菌種分離純化結果

                                                                      2.1.1 光合細菌分離純化結果

                                                                      光合細菌以光和熱為能源,以有機物及其分解產物為基質,合成氨基酸、核酸、糖類等多種能促使其他生物生長發育的有用物質,成為其他有用微生物增殖所必須的養分。光合細菌不像好氧的活性污泥菌膠團細菌那樣受污水中氧濃度的限制,可以利用光能進行高效的能量代謝,即使微弱的光照下也能進行,也不像嚴格厭氧的甲烷細菌等對氧存在著高度敏感性,其可以在有氧條件下分解有機物,通過氧化磷酸取得能量。同時,光合細菌能夠在高濃度的低級脂肪酸下進行繁殖。正是基于上述原因,光合細菌能夠被廣泛應用于高濃度有機污水的處理中〔9〕。

                                                                      筆者試驗最終分離純化得到3 株光合細菌,經過初步的鑒定,3 株菌都屬于光合細菌中的紅假單胞菌。

                                                                      2.1.2 酵母菌分離純化結果

                                                                      酵母菌為異養型、好氧、兼性厭氧菌,是重要的營養功能性菌,可對光合細菌合成的氨基酸及糖類、廢水中的有機物進行合理的轉化和高效率吸收,為其他生物提供高質量的營養物質和生理活性物質〔10〕。

                                                                      試驗最終分離純化得到3 株酵母菌,經過初步的鑒定,3 株菌都屬于酵母菌中的產朊假絲酵母菌。

                                                                      2.1.3 放線菌分離純化結果

                                                                      放線菌具有較強的分解復雜含氮和不含氮有機物的能力,能夠利用光合細菌合成的氨基酸等物質產生抗菌物質,抑制病原菌,并提前利用有害霉菌和有害細菌增殖中所需要的物質,抑制有害霉菌和有害細菌增殖,為其他有用微生物創造良好的環境。在污水的處理中,與光合細菌共存混合處理后,放線菌所發揮的凈菌作用比放線菌單獨存在時成倍增加〔11〕。

                                                                      試驗最終分離純化得到3 株放線菌,經過初步的鑒定,3 株菌都屬于放線菌中的諾卡氏菌。

                                                                      2.2 菌株篩選結果

                                                                      圖 1、圖 2、圖 3 分別顯示的是3 株光合細菌、3 株酵母菌和3 株放線菌處理抗生素廢水的結果。從圖 1~圖 3 可以看出,3 株光合細菌中,光合細菌2#的處理效果最好,COD 去除率達到27.24%;3 株酵母菌中,酵母菌1# 的處理效果最好,達到22.69%;3 株放線菌種中,放線菌3# 的處理效果最好,達到16.31%。故最終確定光合細菌2#、酵母菌1# 和放線菌3# 作為后續試驗的菌種。


                                                                      圖 1 各株光合細菌處理廢水的效果

                                                                      圖 2 各株酵母菌處理廢水的效果

                                                                      圖 3 各株放線菌處理廢水的效果


                                                                      在廢水中加入分離所得的純種微生物之后,COD 的去除率較對照組有了明顯的升高,說明這幾種微生物對抗生素廢水有一定的降解能力。在所有的試驗組中,廢水COD 的去除率都有先升高、再降低、最后再升高的過程。造成這種結果有以下兩種可能的原因〔4〕:(1)微生物首先利用廢水中小分子、可溶性的有機物用于代謝活動,將大分子的有機物吸附在細胞的表面。隨后這些大分子的有機物在胞外酶的作用下分解成小分子有機物供微生物的代謝所用。(2)雖然試驗中所用的9 株微生物都分離自抗生素廢水中,但由于分離后的微生物生長在純的培養基中,加到抗生素廢水中之后會有一個適應的過程,一些能夠適應該廢水的微生物開始降解廢水中的有機物,而適應不了的微生物經過幾天后會死亡、分解。

                                                                      2.3 菌種用量單因素試驗結果

                                                                      菌種用量對處理效果的影響試驗結果表明,光合細菌、酵母菌、放線菌的投加量分別為9、7、3 g/L時,在各自的試驗組中對COD 的去除效果最好,COD 的去除率分別可以達到61%、47%、36%。其中,光合細菌和酵母菌的試驗中,微生物用量都有一個拐點。在這個拐點之前,廢水的處理效果隨著微生物用量的增加而提高,因為這時微生物生長代謝所需的營養物質充足,微生物之間的競爭相對較少,所有的微生物基本都能獲得足夠的營養物質,所以增加微生物投加量會提高廢水的處理效果;相反,在拐點之后,隨著微生物投加量的增加,廢水的處理效果反而下降,因為這時微生物量已經達到了廢水所能供養的微生物的上限,隨著微生物投加量的增加,微生物之間的競爭作用越來越明顯,使得大量的微生物由于缺乏營養物質而死亡、分解,致使對廢水的處理效果下降。所以,在拐點附近選取光合細菌和酵母菌的用量比較合適。

                                                                      在放線菌的試驗中,隨著放線菌投加量的增加,廢水的處理效果降低。對于這一現象,筆者認為有以下兩種可能的原因:(1)放線菌對該類廢水沒有去除能力,加入的放線菌基本都死亡、分解,從而使得加入的放線菌量越大處理效果越差;(2)該類廢水中只有一小部分的營養物質可供放線菌生長,由于該類物質的含量較少,只能供養很少一部分的放線菌,因而隨著放線菌用量的增加,微生物之間的競爭加劇,使得大量微生物由于缺乏營養物質而死亡、分解,造成對廢水處理效果的下降。

                                                                      2.4 菌種復配試驗結果

                                                                      菌種復配試驗結果見表 2。由表 2 可見,不同菌種復配之后對廢水的處理效果要好于單菌種,其中3 種菌復配的處理效果最好,可以達到53.81%,說明這3 種菌之間有協同作用。放線菌對該抗生素廢水具有一定的去除效果,所以上述單因素試驗中放線菌用量的試驗結果可能是由第二種原因引起的。因此,使用復合菌種處理該抗生素廢水是可行的。


                                                                      2.5 復合菌種配比正交試驗結果

                                                                      復合菌種配比正交試驗結果見表 3。由表 3 可知,通過比較R 得到影響次序為:A>B>C。所以,在該抗生素廢水處理的過程中,光合細菌所起的作用最大,其次是酵母菌,放線菌所起的作用略小。通過正交試驗確定復合菌種最佳配比方案A3B1C1,確定光合細菌、酵母菌和放線菌的用量分別為10、6、2 g/L。


                                                                      3 結論

                                                                      (1)筆者課題組自行分離的光合細菌2#、酵母菌1# 和放線菌3# 對所采集的抗生素廢水具有較好的去除效果。所有的菌株在處理廢水的過程中,去理效率均有一個先升高、后降低、最后再升高的過程。

                                                                      (2)單種菌處理廢水時,光合細菌和酵母菌都有一個最佳的投加量,而放線菌隨著菌種投加量的增加,處理效率降低。

                                                                      (3)使用光合細菌、酵母菌和放線菌組成的復合菌處理該抗生素廢水是可行的。

                                                                      (4)在復合菌處理抗生素廢水的過程中,光合細菌所起的作用最大,酵母菌次之,放線菌所起的作用最小。綜合考慮廢水的處理效果和微生物培養的工作量和成本,筆者試驗確定光合細菌、酵母菌和放線菌的最佳投加量分別為10、6、2 g/L,此時的COD 去除率可以達到60.48%。




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