低溫微生物在ＵＡＳＢ－生物接觸氧化反應器中的應用研究

梁海恬　王育紅　李玉華　李　研　趙琳娜　高賢彪　沈　紅　王洪陽

摘要:采用微生物學方法,冬季時從污水處理廠曝氣池的活性污泥中分離出具有較高生物活性和代謝有機污染物能力的低溫微生物x1005和x1213菌株,在此基礎上分別進行低溫條件下UASB法處理豬場廢水降解能力的測定。試驗結果表明:x1005和x1213菌株對污水中COD的去除率分別為72.5 %和67.1%;對BOD的去除率分別為56.7%和49.3%;對SS去除率分別為5.1 %和3.2 %。

關鍵詞:低溫微生物;豬場糞污;厭氧污泥床法

中圖分類號:X703.1文獻標識碼:ADOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2009.03.003

Study on Application of Cold-adapted Microorganism in UASB

LIANG Hai-tian1,WANG Yu-hong2,LI Yu-hua1,LI Yan1,ZHAO Lin-na1,GAO Xian-biao1,SHEN Hong3,WANG Hong-yang3

(1.Tianjin Institute of Agriculture Resources and Environment,Tianjin300192,China;2. Tianjin Product Quality Inspection Technology Research Institute, Tianjin 300384, China;3.Environmental Protection Detection Station in Tianjin City Xiqing Area, Tianjin 300380,China)

Abstract:In this paper, cold-adapted microorganism x1005 and x1213 that have higher biological activity and metabolize ability of organic pollutants were isolated from activated sludge in winter by microbiology technique. On the base of it, the metabolize ability of x1005 and x1213 on piggery wastewater by UASB were tested in low temperature sewage. The results showed that the highest COD removal rate of x1005 and x1213 was 72.5% and 67.1%, respectively. The BOD removal rate of x1005和x1213 could reach to 56.7% and 49.3%. The SS removal rate of x1005 and x1213 was 5.1% and 3.2%.

Key words: cold-adapted microorganism;piggery wastewater;up-flow anaerobic sludge bed

近年來,隨著我國經濟的發展,生豬飼養的集約化水平逐年增高,集約化豬場對環境的污染和糞污的資源化是限制豬場發展的重要因素[1]。由于集約化豬場水沖式清糞產生的有機糞水具有高濃度和高固形物含量的特點,目前多采用厭氧法、活性污泥曝氣氧化、氧化塘、生物膜處理等生物工藝對其進行處理。其中,活性污泥曝氣法需要大的設備投資,能耗高,運行耗費用大[2];氧化塘處理法需要較大的占地面積,處理慢,時間長;生物膜法適合處理低濃度可溶性污染物的污水,但是容易發生濾床堵塞[3-5];厭氧法又包括厭氧接觸工藝、下流式厭氧濾器、上流式厭氧污泥床(UASB)和厭氧濾器(AF)等工藝,其設備投資小,耗能低,運行耗費不高,并還可在處理污水的同時,獲得沼氣生物能源[4]。

自從1887年Forster分離出能在0 ℃條件下生長的微生物以來,低溫微生物在環境修復領域中的作用越來越引起人們的關注。我國北方地區冬季低溫期較長,低溫會降低微生物對有機物質的降解效果,對微生物的生長產生明顯的抑制作用[6,7],導致糞污資源化處理效率下降。而低溫微生物的代謝機制使它們能夠在低溫下很好地生長和代謝,有些低溫微生物產生胞外酶,能分解環境中的大分子物質,如蛋白質、碳水化合物或小分子的環境污染物,還可分解人工合成的一些化合物[8]。因此,在寒冷及適溫環境條件下如果采用適當的菌種、起始溫度和保持條件,大規模的牲畜糞便的厭氧耐冷分批消化是可行的。本研究根據集約化豬場的具體情況,研究低溫微生物在UASB-生物接觸氧化反應器中的初步應用。

1材料和方法

1.1材 料

分離菌株的樣品來自天津、哈爾濱等地的污水處理廠、養豬場沼液及河泥等27個樣品。對樣品預處理后進行低溫微生物菌株的分離篩選、純化和保存。

細菌富集培養基(SEA):500 g/L土壤浸汁100 mL,FePO4 10 mg,葡萄糖2.5 g,酵母粉0.5 g,蛋白胨5 g,瓊脂20 g,蒸餾水900 mL;分離發酵培養基:牛肉膏蛋白胨培養基;酵母菌富集培養基:麥芽汁(7波美度)98 mL,瓊脂2 g;分離發酵培養基:加富PDA。

1.2方 法

1.2.1低溫微生物的富集將少量污泥樣品加入100 mL富集液體培養基中,150 r/min 5 ℃搖床培養5 d,吸取10 mL 培養液轉接入新鮮培養基中,連續轉接3次。

1.2.2低溫微生物的分離篩選采用稀釋平板法進行分離,將富集培養液梯度稀釋后,取0.1 mL稀釋液分別涂布于平板培養基上,5 ℃培養72 h;將單菌落平板劃線分離純化,純化的菌株轉接斜面培養后保存。將獲得的低溫菌株,按照1.2.4的方法測定COD的去除率,進一步篩選菌株。

1.2.3豬糞水低溫處理試驗取一環菌株接于SEA液體培養基100 mL中,150 r/min 8 ℃培養72 h,3 500 r/min離心20 min,用無菌蒸餾水洗滌菌泥2次,離心后菌泥用100 mL無菌蒸餾水定容,以10%(體積比) 接種于裝有滅菌豬糞水的三角瓶中,150 r/min 8 ℃培養,間隔一定時間測定COD、氨態氮、總磷。

1.2.4分析方法COD 測定:堿性高錳酸鉀法;氨態氮測定:納氏分光光度法;總磷測定:鉬藍比色法。

2結果與分析

2.1低溫微生物的篩選及其處理效果

共篩選到32株能在5℃下生長的低溫微生物。對32個菌株進行豬糞水處理應用試驗表明,其中x1005和x1213對COD具有較高的去除效果。

2.1.1x1005和x1213菌株對COD 去除效果由圖1可以看出,菌株x1005和x1213對COD均有較強的去除能力。在0～8 h,x1005菌株對COD的去除效果明顯高于x1213菌株,達到了58.3%,表明此菌株更適于低溫環境。48 h后COD的去除效果達到基本穩定,x1005和x1213的去除率分別為73.3%和65.7%。

2.1.2x1005和x1213菌株對氨態氮的去除效果由圖2可以看出,經過48 h的搖床培養試驗,2個菌株對氨態氮的利用均呈穩定上升趨勢,最后分別達到了76.9%、64.5%。

2.1.3x1005和x1213菌株對全磷的去除效果由圖3可以看出,在0~8 h,2個菌株對總磷去除效果均不明顯,分別為10.2%、7.0%;隨著時間的延長, x1213菌株對總磷去除效果顯著提高,48 h時達到了53.9%,而x1005菌株對總磷的去除率只有14.0%。

2.2低溫微生物在UASB-生物接觸氧化反應器中的應用

在低溫微生物菌株篩選試驗中,我們篩選到了2株低溫微生物菌株,分別是x1005和x1213,在48 h內對COD的去除率分別為73.3%和65.7%。但篩選試驗是在實驗室的三角瓶中完成的,現在需要把這兩個菌株投入到UASB-生物接觸氧化反應器的接觸氧化池中,進行低溫微生物實際的應用效果研究,發酵液3 500 r/min離心20 min,用無菌蒸餾水洗滌菌泥2次,離心后菌泥用等量無菌蒸餾水定容,投加量為5‰,對照為不投加低溫微生物的處理,運行溫度為10 ℃,主要測定指標為COD、BOD和SS。

2.2.1x1005和x1213菌株對COD的去除效果從表1可知,低溫微生物x1005組和x1213組對UASB中豬糞水的COD的平均去除率均高于對照組,說明菌株x1005和x1213對UASB中污水的COD具有一定的降解效果。

2.2.2x1005和x1213菌株對BOD 的去除效果從表2可知,低溫微生物x1005組對UASB中豬糞水的BOD的平均去除率高于對照組,而x1213組與對照組無明顯差別,說明菌株x1005對污水中的BOD具有一定的去除效果。

2.2.3x1005和x1213菌株對SS的去除效果從表3可知,低溫微生物x1005組和x1213組對UASB中豬糞水的SS的平均去除率與對照組無明顯差別,說明菌株x1005和x1213對污水中的SS降解效果不明顯。

3討 論

本試驗篩選的低溫微生物x1005組和x1213組在實驗室中對豬糞水中的COD、BOD和SS均有明顯的去除效果,而在UASB-生物接觸氧化反應器中去除效果則不明顯,可能是由于在UASB-生物接觸氧化反應器中微生物區系組成復雜,影響厭氧消化的因素較多,如溫度、pH值、微生物量、營養狀況、混合接觸狀況等。試驗進水中可生物降解COD和可酸化COD比例的變化也可能對低溫微生物的降解效果產生一定的影響。

綜上所述,自然界中低溫微生物對污染物的降解與轉化,對物質循環起著重要的作用,由于低溫微生物在低溫條件下具有相對高的生長速率,因而在低溫環境下對污染生物修復具有廣泛的應用前景。

參考文獻:

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[2] 楊伯起,俞偉波.常規廢水生物處理方法優缺點比較及生物處理技術的新進展[J].環境保護,1998(10):43-47.

[3] 萬維綱,韓相奎.廢水的生物膜處理法[J].環境保護,1996 (1):11-13.

[4] 程樹培.環境生物技術[M].南京:南京大學出版社,1994:363-372.

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[6] 姜安璽,孟雪征,曹相生,等. 耐冷菌的分離及在低溫污水處理中的應用研究[J].哈爾濱工業大學學報,2002,34 (4): 563-569.

[7] 孟雪征,曹相生,姜安璽.利用耐冷菌處理低溫污水處理中的研究[J].山東建筑工程學院學報,2001,16 (2) : 39-44.

[8] 唐兵,李廣武. 低溫生物學[M]. 長沙:湖南科學技術出版社,1998.