枯草芽孢桿菌對(duì)不同富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈水作用

摘要：以ＣＯＤ去除率高低衡量枯草芽孢桿菌凈水能力，研究了不同投菌量、處理方式、水樣ｐＨ值、處理溫度、水樣富營(yíng)養(yǎng)化程度對(duì)枯草芽孢桿菌凈水能力的影響。結(jié)果表明，該菌株能迅速降解不同水樣中有機(jī)物，在不同處理?xiàng)l件下水樣的ＣＯＤ都有明顯的下降。最佳處理?xiàng)l件為投菌量１０％、振蕩培養(yǎng)、ｐＨ值７．０、溫度３７℃及COD較低的水樣。在最佳處理?xiàng)l件下，枯草芽孢桿菌對(duì)于初始ＣＯＤ濃度較低的水樣處理效果更好，而ＣＯＤ含量越高則需要較長(zhǎng)時(shí)間才能將水樣中有機(jī)物質(zhì)降解。

關(guān)鍵詞：枯草芽孢桿菌；富營(yíng)養(yǎng)化水體；凈水作用

中圖分類號(hào)：Ｘ５２４文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：0439－８114（２０11）10－1972-03

Purification Ability of Bacillus subtilis on Eutrophic Water

ＷＡＮＧ Ｗｅｎ－jｕｎ

（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｓｏｕｔｈ－Ｃｅｎｔｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆｏｒ Ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ，Ｗｕｈａｎ ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ which was evaluated by the level of COD removal rate ｏｎ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｅｕｔｒｏｐｈｉｃ ｗａｔｅｒ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｏｃｕｌｕｍ， ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ， ｐＨ ｖａｌｕｅ， ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｅｕｔｒｏｐｈｉｃ ｌｅｖｅｌ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ Ｂ． ｓｕｂｔｉｌｉｓ ｃｏｕｌｄ ｄｅｃｏｍｐｏｓｅ ｔｈｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒｓ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｓｅｗａｇｅｓ ｒａｐｉｄｌｙ，the level of COD decreased obviously in different treatments． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ １０％ ｏｆ ｉｎｏｃｕｌｕｍ， ｓｈａｋｉｎｇ ｃｕｌｔｕｒｅ， ｐＨ ７．０， ３７ ℃， ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ＣＯＤ ｌｅｖｅｌ． Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｂ． Ｓｕｂｔｉｌｉｓ ｗａｓ ｂｅｔｔｅｒ on ｅｕｔｒｏｐｈｉｃ ｗａｔｅｒ ｗｉｔｈ ｌｏｗｅｒ ｉｎｉｔｉａｌ ＣＯＤ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｒ ＣＯＤ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ； ｅｕｔｒｏｐｈｉｃ ｗａｔｅｒ； ｗａｔｅｒ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ effect

隨著人類社會(huì)生產(chǎn)力的大幅提高和人口壓力的不斷增大，全球范圍內(nèi)的內(nèi)陸水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，我國(guó)２／３以上的湖泊和水庫都處于富營(yíng)養(yǎng)化的水平，使得富營(yíng)養(yǎng)化成為我國(guó)湖泊目前和今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)的重大水環(huán)境問題之一［１］。富營(yíng)養(yǎng)化水體中化學(xué)需氧量（ＣＯＤ）、生物耗氧量（ＢＯＤ）、氨氮、硝酸鹽與亞硝酸鹽、硫化物等指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)，水質(zhì)惡化。如果能有效避免產(chǎn)生富營(yíng)養(yǎng)化的有機(jī)物質(zhì)及其分解產(chǎn)物的過量積累，就能獲得良好的水質(zhì)條件。基于此，選育和培養(yǎng)高效安全的微生物菌劑，通過微生物直投法凈水新技術(shù)可能改善和恢復(fù)養(yǎng)殖水體的生態(tài)環(huán)境，達(dá)到凈水的目的［２－５］。研究者保存的枯草芽孢桿菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ）Ｗ１０３菌株能迅速分解水體中的有機(jī)物，促進(jìn)硫化物和亞硝酸鹽的氧化，并且具有快速的生長(zhǎng)繁殖能力和適應(yīng)環(huán)境的能力。研究Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ Ｗ１０３對(duì)幾種富營(yíng)養(yǎng)水樣中有機(jī)物質(zhì)的降解能力，將為富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化提供實(shí)踐參考。

１材料與方法

１．１材料

１．１．１菌種與水樣枯草芽孢桿菌Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ Ｗ１０３ ４℃冰箱斜面保存于實(shí)驗(yàn)室。水樣Ⅰ采自湖北武漢黃家湖，水樣Ⅱ采自湖北武漢南湖。

１．１．２培養(yǎng)基活化培養(yǎng)基［６］：葡萄糖 ３０ ｇ、酵母粉５ ｇ、磷酸氫二鈉１ ｇ、磷酸氫二鉀３ ｇ、硫酸鎂２ ｇ、去離子水１ ０００ ｍＬ。斜面培養(yǎng)基：葡萄糖３０ ｇ、酵母粉５ ｇ、磷酸氫二鈉１ ｇ、磷酸氫二鉀３ ｇ、硫酸鎂２ ｇ、瓊脂２０ ｇ、去離子水１ ０００ ｍＬ。肉湯培養(yǎng)基［７］：牛肉膏５ ｇ、蛋白胨１０ ｇ、ＮａＣｌ ５ ｇ、水１ ０００ ｍＬ。

１．２方法

１．２．１培養(yǎng)方法將斜面保存菌種接種到新鮮斜面培養(yǎng)基上，在３７℃的條件下培養(yǎng)４８ ｈ，待長(zhǎng)出菌落后接種于肉湯培養(yǎng)基上，３７℃、２００ ｒ／ｍｉｎ振蕩培養(yǎng)２４ ｈ的菌液作為處理水樣的備用菌液。

１．２．２凈水試驗(yàn)方法

１）投菌量的影響試驗(yàn)。考慮到實(shí)際的污水凈化情況，試驗(yàn)采用２０℃靜置處理，分別投入５％、１０％和１５％的Ｂ． ｓｕｂｔｉｌｉｓ Ｗ１０３菌液，處理時(shí)間１２０ ｈ，期間每隔２４ ｈ取樣測(cè)定ＣＯＤ。

２）處理方式的影響試驗(yàn)。在培養(yǎng)溫度２０℃、投菌量為１０％下采用靜置和搖床振蕩（２００ ｒ／ｍｉｎ）兩種處理方式，處理時(shí)間１２０ ｈ，期間每隔２４ ｈ取樣測(cè)定ＣＯＤ。

３）水樣ｐＨ值的影響試驗(yàn)。在培養(yǎng)溫度２０℃、投菌量為１０％下采用靜置處理方式，調(diào)節(jié)水樣初始ｐＨ值為５．５、７．０、８．５，處理時(shí)間１２０ ｈ，期間每隔２４ ｈ取樣測(cè)定ＣＯＤ。

４）處理溫度的影響試驗(yàn)。在投菌量為１０％下采用靜置處理方式，在溫度為２０、３０和３７℃，處理時(shí)間１２０ ｈ，期間每隔２４ ｈ取樣測(cè)定ＣＯＤ。

５）水樣富營(yíng)養(yǎng)化程度的影響試驗(yàn)。投菌量為１０％，采用靜置處理方式，分別處理不同富營(yíng)養(yǎng)化程度的水樣，在此試驗(yàn)中南湖水樣和黃家湖水樣分別濃縮６倍后作為處理水樣（共４個(gè)水樣），處理時(shí)間７２ ｈ后取樣測(cè)定ＣＯＤ。

６）最佳處理?xiàng)l件的處理試驗(yàn)。在投菌量為１０％、處理溫度３７℃、搖床轉(zhuǎn)速２００ ｒ／ｍｉｎ下處理水樣Ｉ、ＩＩ，處理時(shí)間７２ ｈ后取樣測(cè)定ＣＯＤ。

１．２．３分析方法

１）水樣處理方法。方法Ⅰ：取樣１００ ｍＬ，稀釋６０倍后測(cè)定初始ＣＯＤ，處理后培養(yǎng)液離心，取上清液直接測(cè)定ＣＯＤ；方法Ⅱ：取樣１００ ｍＬ，稀釋６０倍后取樣測(cè)定初始ＣＯＤ，其他步驟同上。

２）ＣＯＤ測(cè)定方法。枯草芽孢桿菌對(duì)不同污水的凈水能力以水樣的ＣＯＤ去除能力進(jìn)行考察，ＣＯＤ測(cè)定方法為酸性高錳酸鉀法，參見國(guó)家環(huán)境保護(hù)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ＨＪ／Ｔ３９９－２００７［８］。

２結(jié)果與分析

２．１投菌量對(duì)枯草芽孢桿菌凈水能力的影響

ＣＯＤ是一定條件下用一定的強(qiáng)氧化劑處理水樣時(shí)所消耗的氧化劑的量，以Ｏ２ ｍｇ／Ｌ計(jì)。不同接種量對(duì)枯草芽孢桿菌凈水能力的影響如圖１所示。從圖１可以看出，Ｂ． ｓｕｂｔｉｌｉｓ Ｗ１０３菌株對(duì)于初始ＣＯＤ較高的南湖污水降解效率更好，能迅速降低水樣的ＣＯＤ值，投菌量為１０％時(shí)得到了十分滿意的效果，在４８ ｈ內(nèi)使兩個(gè)水樣ＣＯＤ值降低到較低的水平，水樣Ｉ和水樣ＩＩ ＣＯＤ去除率分別達(dá)到６０．９％和７０．０％，故確定最佳的投菌量為１０％。

２．２處理方式對(duì)枯草芽孢桿菌凈水能力的影響

不同處理方式對(duì)枯草芽孢桿菌凈水能力的影響如圖２所示。可見不同的處理方式對(duì)枯草芽孢桿菌的凈水能力有明顯的影響，在處理４８ ｈ后，振蕩處理更有利于高ＣＯＤ水樣的ＣＯＤ除去，可能是由于振蕩培養(yǎng)時(shí)體系中溶氧濃度較高，有利于枯草芽孢桿菌的生長(zhǎng)活動(dòng)，從而有利于其凈水能力的提高。然而振蕩處理對(duì)于枯草芽孢桿菌處理低ＣＯＤ水樣的凈水能力影響較小，可能是由于低ＣＯＤ水樣的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)較少，對(duì)枯草芽孢桿菌生長(zhǎng)利用率不明顯的原因。

２．３水樣ｐＨ值對(duì)枯草芽孢桿菌凈水能力的影響

由于富營(yíng)養(yǎng)化水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)復(fù)雜，導(dǎo)致水樣呈現(xiàn)不同的ｐＨ值，有必要研究ｐＨ值對(duì)枯草芽孢桿菌凈水能力的影響。結(jié)果（表１）表明，水樣ｐＨ值對(duì)枯草芽孢桿菌的凈水能力有明顯的影響，在中性環(huán)境下更有利于水體的凈化，這與該菌株的最適生長(zhǎng)ｐＨ值為中性有關(guān)。堿性條件不利于其凈水作用，可能與堿性條件下枯草芽孢桿菌生長(zhǎng)不利有關(guān)。

２．４處理溫度對(duì)枯草芽孢桿菌凈水能力的影響

溫度對(duì)于微生物的生存和酶活力有著重要的影響，在不同季節(jié)處理富營(yíng)養(yǎng)化水體由于水體溫度不同會(huì)表現(xiàn)出不同的結(jié)果，為此研究了處理溫度對(duì)枯草芽孢桿菌凈水能力的影響，結(jié)果如圖３。由圖３可見，隨著溫度的提高，枯草芽孢桿菌凈水能力增強(qiáng)，由于枯草芽孢桿菌最適培養(yǎng)溫度為３７℃，溫度的提高有利于枯草芽孢桿菌相關(guān)酶活力的提高，更有利于其利用水體中的有機(jī)物質(zhì)。

２．５水樣富營(yíng)養(yǎng)化程度對(duì)枯草芽孢桿菌凈水能力的影響

水樣富營(yíng)養(yǎng)化程度對(duì)枯草芽孢桿菌凈水能力的影響（圖４）表明，高濃度的水樣處理后有較高的ＣＯＤ值，濃縮后水樣ＣＯＤ的去除率（濃縮后水樣Ⅰ、Ⅱ的去除率分別為４５．８％和６３．９％）較之水樣Ⅰ和Ⅱ的去除率（水樣Ⅰ和Ⅱ的去除率分別為８２．５％和７６．９％）要低得多。可見富營(yíng)養(yǎng)化程度高的水樣不利于枯草芽孢桿菌的凈水作用，可能與濃縮后水樣中不利于枯草芽孢桿菌生存的物質(zhì)過多有關(guān)，尤其是水樣Ⅰ濃縮后枯草芽孢桿菌的凈化能力大為下降，可能該水樣中有較多的不利因子。

２．６最佳處理?xiàng)l件對(duì)枯草芽孢桿菌凈水能力的影響

綜上所述，兩個(gè)水樣的最佳處理?xiàng)l件應(yīng)為投菌量１０％、ｐＨ值７．０、３７℃振蕩培養(yǎng)，在此最佳處理?xiàng)l件下對(duì)相應(yīng)水樣進(jìn)行處理７２ ｈ，考察了枯草芽孢桿菌對(duì)ＣＯＤ降解率的影響，結(jié)果如表２。可見在最佳處理?xiàng)l件下，枯草芽孢桿菌對(duì)于初始ＣＯＤ濃度較低的水樣處理效果更好，而ＣＯＤ越高越難于處理，從而需要較長(zhǎng)時(shí)間才能將水樣中有機(jī)物質(zhì)降解完全。

３結(jié)論與討論

有機(jī)物質(zhì)在水中的積累超過一定的限度時(shí)，會(huì)使養(yǎng)殖水體呈富營(yíng)養(yǎng)型，水質(zhì)條件惡化，對(duì)魚、蝦生長(zhǎng)帶來不良的影響。試驗(yàn)證明枯草芽孢桿菌能夠迅速降低水體的ＣＯＤ值，使水體得到有效凈化。最佳處理?xiàng)l件為投菌量１０％、振蕩培養(yǎng)、ｐＨ值７．０、溫度３７℃及低ＣＯＤ。在最佳處理?xiàng)l件下，枯草芽孢桿菌對(duì)于初始ＣＯＤ濃度較低的水樣處理效果更好，而ＣＯＤ越高則需要較長(zhǎng)時(shí)間才能將水樣中有機(jī)物質(zhì)降解。

參考文獻(xiàn)：

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［８］ ＨＪ／Ｔ３９９－２００７，ＣＯＤ快速消解分光光度法［Ｓ］．

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文