光合細菌和活性污泥聯(lián)用凈化有機污水的研究

杜蘇萌，王人悅，趙金安

（1.太原工業(yè)學院環(huán)境與安全工程系，山西太原 030008；2.天津市食品研究所有限公司，天津 301609）

光合細菌和活性污泥聯(lián)用凈化有機污水的研究

杜蘇萌1，王人悅2，趙金安1

（1.太原工業(yè)學院環(huán)境與安全工程系，山西太原 030008；2.天津市食品研究所有限公司，天津 301609）

摘 要：同步研究了3種碳源，5種不同接種量，5種蛋白胨濃度，5中起始pH條件下對光合細菌生長的菌體濃度影響，以及光合細菌凈化有機污水9 d內的COD變化和pH變化情況。3種碳源培養(yǎng)光合細菌時檸檬酸OD值最大，可達0.36，葡萄糖次之，乙酸最差；從菌體密度增加的速度來看5種接種量以10%最適宜；5種蛋白胨濃度中，蛋白胨濃度達到2 g/L時，光合細菌OD值最大接近0. 900；5種起始pH中，起始pH為7.0時，菌體密度達到最大OD值0.850，并保持一段時間的穩(wěn)定；有機污水前4天COD降低很快，第4天到第7天有所減緩，接上活性污泥后降解加快；整個污水處理過程中pH呈現(xiàn)先降低再上升再降低的趨勢。

關鍵詞：光合細菌；OD值；COD值；活性污泥；有機污水

光合細菌是自然界中重要的微生物類群，它們廣泛存在于自然界的湖泊、水田、海洋、江河、土壤及活性污泥中，因為其固氮、固碳、產氫、脫硫，可氧化分解胺類、硫化氫及多種毒物的能力，且營養(yǎng)要求不高、生長繁殖快、生命力強、無毒，富含類胡蘿卜素、蛋白質、維生素，凈化水質等特點，被廣泛應用到生物色素提取、污水處理等領域[1-3]。光合細菌主要包括外硫紅螺菌（Ectothiorhodospiraceae）、綠色硫細菌（greensulfurbaeteria）、紫色非硫細菌（purplenonsulfurbaeteria），著色桿菌（Chromatiaceae）、螺旋桿菌（Helicobaeteraeeae）、多細胞絲狀綠細菌（multieellularfilamentousgreenbaeteria）、含細菌葉綠素的專性好氧菌7大類群[4-5]。光合細菌均為革蘭氏G-菌，形態(tài)多樣，有多細胞和單細胞；有桿狀、螺旋狀、半環(huán)狀、球狀和卵圓形[6-8]，本文研究了光合細菌在3種不同碳源的培養(yǎng)下光合細菌OD值測定，5種不同接種量條件下光合細菌生長OD值測定，5種蛋白胨濃度條件下光合細菌生長OD值測定，5種pH條件下OD值測定，9 d內光合細菌處理有機污水COD變化以及凈化有機污水過程中pH變化，其研究數(shù)據(jù)對光合細菌凈化有機污水提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 光合細菌菌種來源及培養(yǎng)基

光合細菌來源于河南省鶴壁市人元生物技術發(fā)展公司生產的光合細菌液體肥。

活性污泥來源于太原市北郊污水處理廠。

培養(yǎng)基成分如下：液體培養(yǎng)基：MgSO40.2 g，CaSO40.076 g，NH4SO41.25 g，葡萄糖 2.5 g，KH2PO40.6 g，KHPO40.9 g，酵母膏 1 g，蒸餾水 1 000 mL，pH6.8～7.2。

1.2 實驗水樣

實驗用水用人工配水，模擬某淀粉廠實際淀粉廢水成份配制。lL淀粉廢水中含有：蛋白陳1.5 g；可溶性淀粉 10 g；（NH4）2SO40.1 g；NaCl 3.0 g；KH2PO40.06 g；NaHCO30.1 g；CaCl20.06 g；MgSO40.09 g。

用配制好的淀粉廢水與生活污水按照3∶1比例配制實驗用水

1.3 儀器

光學顯微鏡：上海精密科學儀器有限公司；分光光度計：重慶光電儀器總公司；pH測定儀：上海益?zhèn)惌h(huán)境科技有限公司；培養(yǎng)箱：上海博訊實業(yè)有限公司。

1.4 方法

1.4.1 COD（化學需氧量）的測定

采用重鉻酸鉀法，即1 L水樣中還原性物質消耗氧化劑的量，用mg/L表示，在強酸性溶液中，準確加入過量的重鉻酸鉀標準溶液，銀鹽作催化劑，加熱回流，將水樣中還原性物質（主要是有機物）氧化，過量的重鉻酸鉀以試亞鐵靈作指示劑，用硫酸亞鐵銨標準溶液回滴，根據(jù)所消耗的硫酸亞鐵銨的量計算水樣化學需氧量。反應方程式為：

式中：V0為表示空白實驗消耗的硫酸亞鐵標準溶液體積，mL；V1為測定水樣消耗的硫酸亞鐵標準溶液體積，mL；C為硫酸亞鐵溶液濃度，（mol/L）；V為水樣體積，mL。

本研究測定了光合細菌凈化有機污水9 d內的COD值，其中第8天已經接上活性污泥。

1.4.2 OD值測定

光合細菌生長過程中，吸光度與菌體濃度成正比，用分光光度計于580 nm下測不同條件下光合細菌OD值，了解光合細菌生長情況，（每次測定做3個平行，取其平均值）本研究分別測定了以乙酸、檸檬酸、葡萄糖分別為碳源測定光合細菌在8d內的OD值；10%、15%、20%、25%、30%5個接種量梯度下光合細菌生長 OD 值；蛋白胨濃度分別為 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g/L濃度下光合細菌8 d內生長OD值測定；pH分別為6.0、6.5、7.0、7.5、8.0 幾個條件下光合細菌生長 OD 值。

1.4.3 pH測定

采用實驗室pH測定儀。

本研究測定了光合細菌凈化污水過程中9 d內的pH。

2 結果與分析

不同碳源條件下光合細菌生長OD值測定結果見圖1。

圖1 不同碳源條件下光合細菌生長OD值測定Fig.1 OD measuring of photosynthetic bacteria under different carbon sourse

從圖1可以看出3種碳源中檸檬酸為碳源時光合細菌生長最快，濃度最高OD值可達0.36，葡萄糖次之，最高OD值可達0.24，乙酸最差，最高OD值為0.01。

不同接種量條件下光合細菌生長的OD值測定結果見圖2。

圖2 不同接種量條件下光合細菌生長的OD值測定Fig.2 Effect of inoculum on the OD of photosynthetic bacteria

從圖2可以看出接種量越大光合細菌生長OD值越大，當接種量達到30%時最高OD值可達0.950。

不同蛋白胨濃度條件下光合細菌生長OD值測定結果見圖3。

圖3 不同蛋白胨濃度條件下光合細菌生長OD值測定Fig.3 Effect of peptone concentration on the OD of photosynthetic bacteria

從圖3可以看出蛋白胨濃度對光合細菌生長影響很大，適當提高蛋白胨濃度可以提高OD值，當?shù)鞍纂藵舛冗_到2 g/L時，光合細菌最大OD值接近0.900，當?shù)鞍纂藵舛冗_到1.5 g/L時，光合細菌最大OD值達0.850。

不同pH條件下光合細菌生長OD值測定結果見圖4。

圖4 不同pH條件下光合細菌生長OD值測定Fig.4 Effect of original pH on the OD of photosynthetic bacteria

從圖4可以看出pH為7.0和7.5時光合細菌生長OD值可以達到最大值0.850，之后在pH為7.5時，OD值下降迅速，而pH為7.0時OD值下降緩慢。

光合細菌凈化污水過程中COD變化圖見圖5。

圖5 光合細菌凈化污水過程中COD變化圖Fig.5 COD determination of purification using ptotosynthetic bacteria

從圖5可以看出光合細菌凈化污水過程中COD不斷下降，從最初300 mg/L降到100 mg/L，從曲線斜率看前4天COD下降明顯快于第4天到第7天的COD，第7天接上活性污泥后COD降低明顯加快。

污水凈化過程中pH變化曲線見圖6。

圖6 污水凈化過程中pH變化曲線圖Fig.6 Diversification of pH during purification of sewage

從圖6可以看出pH由7.0降到6.5，之后不斷上升到8.0，第7天后從8.0下降到7.5。

3 討論

3.1 不同條件對光合細菌生長的影響

乙酸、葡萄糖和檸檬酸都可以作為光合細菌生長的碳源，從圖1可以看出當檸檬酸作為碳源時本研究選取的光合細菌生長最好，菌體密度最大，最大OD值達到0.36，其次是葡萄糖，乙酸作為碳源時光合細菌生長最差，最大OD值才為0.01，在凈化污水過程中，最好不要選用乙酸作為光合細菌碳源，因為光合細菌生長受到影響時，處理污水效果也會很差。蛋白胨作為光合細菌生長的氮源，其濃度對菌體密度有影響，從圖3可以看出，當?shù)鞍纂藵舛冗_到2 g/L時，光合細菌最大OD值接近0.900，當?shù)鞍纂藵舛冗_到1.5 g/L時，光合細菌最大OD值達0.850，所以在用光合細菌凈化有機污水時蛋白胨濃度選用2 g/L和1.5 g/L都比較合適。光合細菌最初的接種量對其菌體密度也有影響，從圖2可以看出接種量越大，細菌生長加快，菌體密度越高，當接種量達到30%時最高OD值可達0.950，接種量越小，菌體濃度越低，但第四天后，從曲線斜率看，只有起初接種量為10%的光合細菌菌體濃度增長加快，而其它接種量的光合細菌生長減緩，這可能是后期光合細菌出現(xiàn)營養(yǎng)競爭的原因，所以在凈化污水過程中要保持光合細菌長時間的快速增長，10%的接種量也是一個合適的選擇。起始pH對光合細菌生長也有很大影響，從圖4可以看出，在起始pH為7.0和7.5時，光合細菌到了第5天菌體濃度達到最大，OD值為0.850，之后起始pH為7.5的菌體濃度迅速下降，而起始pH為7.0的菌體濃度基本保持不變，所以本研究選用的光合細菌在凈化污水過程中起始pH選為7.0。

3.2 光合細菌凈化污水過程中COD和pH變化

光合細菌和活性污泥都是生物法處理有機污水中常用的微生物，光合細菌可以在黑暗好氧和光照厭氧下進行代謝，相比其它生物法具有獨特優(yōu)勢，活性污泥處理有機廢水效率有限，往往經單一生物法處理后達不到國家排放標準，但是經二者聯(lián)用凈化有機污水，效率大大提高[9-10]。從圖5可以看出光合細菌凈化污水過程中前4天COD降低很快，而第4天到第7天COD降低減緩，這可能是隨著營養(yǎng)物質的不斷消耗，營養(yǎng)物質成了光合細菌生長的限制因素，這和光合細菌的生長曲線基本一致，到了第7天，接上活性污泥，COD下降加快，這可能是污水經過光合細菌處理一段時間后，污水營養(yǎng)成分更適合活性污泥生長，第7天后COD的下降加快是因為活性污泥凈化的原因。光合細菌凈化污水過程中pH也呈現(xiàn)曲折變化，從圖6可以看出前兩天pH從7.0下降到6.5，第2天到第7天pH不斷上升到8.0，之后又下降到7.5，這可能是前2天，隨著大分子物質的不斷降解產生了更多的低分子有機酸導致pH下降，之后光合細菌不斷消耗污水中的低分子有機酸使得pH升高，到了第7天接上活性污泥后，污水中殘留的一部分大分子物質被活性污泥降解導致pH降低。

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Studies on the Purification of Organic Sewage Using Photosynthetic Bacteria and Activated Sludge

DU Su-meng1，WANG Ren-yue2，ZHAO Jin-an1
（1.Taiyuan Institute of Technology，Environment and Safety Engineering Department，Taiyuan 030008，Shanxi，China；2.Tianjin Food Rosearch Institute Co.，Ltd.，Tianjin 301609，China）

Abstract：BInfluence including three carbon source，five different inoculum，five concentration of peptone and five original pH on the concentration of photosynthetic bacteria were studied.The change of COD（Chemical Oxygen Demand）and pH during purification of organic sewage using photosynthetic bacteria were also researched.When photosynthetic bacteria were cultured，citric acid made the OD （optical density） be the most of three carbon source，which was 0.36， glucose took the second place，acetic acid was worst.From the increasing speed of OD，10%inoculum was the optimum.Of the five concentration of peptone， 2 g/L made the value of OD be the most， being close to 0.900.When the original pH is 7.0，OD was the most being 0.85， and retained stable for a short time.During the purification of organic sewage，the COD of the first 4 days reduced rapidly，yet slowed down from fourth day to seventh day，speeded up after the inoculum of activated sludge.The pH first decreased then increased during the whole purification of organic sewage.Fig 2，Tab 2，Ref 22.

Key words：photosynthetic bacteria；value of OD；value of COD；activated sludge；organic sewage

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2013.15.022

太原工業(yè)學院青年基金（2012LQ07）

杜蘇萌（1982—），女（漢），助教，碩士，研究方向：環(huán)境微生物學。

2013-06-09