堿渣廢水微生物處理研究初探

鄭愛芳

(安慶師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，安徽 安慶 246011)

堿渣廢水微生物處理研究初探

鄭愛芳

(安慶師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，安徽 安慶 246011)

為研究混合菌在厭氧及好氧條件下對堿渣廢水的處理效果，篩選高效的降解菌株,以進一步提高堿渣廢水的生物處理效率，將混合菌加入到含有環(huán)己酮作為唯一碳源的基礎(chǔ)培養(yǎng)基中進行活化，活化后的菌種先在厭氧條件下處理污水，出水再進行好處理,最后從混合菌劑中篩選CODCr處理效率高的微生物。混合菌在厭氧處理過程中CODCr最高去除率達到70%，出水后經(jīng)好氧處理去除率可以達到60%～70%。從混合菌中篩選得到了一株好氧菌，處理效果較穩(wěn)定，去除率為60%～65%，該菌株經(jīng)初步鑒定為Nocardia(諾卡氏菌屬)。

堿渣廢水；生物處理；諾卡氏菌屬

在石油煉制加工過程中，用堿洗工藝脫除裂解氣中的硫化物時會產(chǎn)生硫化物濃度和化學(xué)需氧量(COD)均較高的堿渣廢水[1]，其硫化物及酚的排放量高達煉油廠污染物排放總量的40%～50%，該類堿渣的處理一直是困擾各煉化企業(yè)的難題之一。該類高濃度廢水處理難度較大，通常采用化學(xué)法進行處理，存在投資大、運行費用高、催化劑易中毒失活、操作壓力大、涉及有毒氣體(硫化氫H2S)、安全風(fēng)險大、易造成二次污染等問題[2，3]。隨著人們環(huán)保意識的日益提高和重視，堿渣廢水的低成本、無害化處理已成為各煉化企業(yè)當務(wù)之急。微生物在處理各種污水中扮演了重要的角色，具有成本低、無二次污染等特點，成為當前研究和開發(fā)的熱點。當前國外技術(shù)如韓國SK集團開發(fā)的高效生物強化(簡稱QBR)技術(shù)生化法處理堿渣廢水[4]，效果較好。為開發(fā)出國內(nèi)具有較強處理效果的生物菌劑，筆者用試驗研究課題組保存的、經(jīng)初步馴化的、在含烷烴污水處理中效果較好的污水處理菌劑，研究其對堿渣廢水的處理效果。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

1) 廢水來源。某油田提取環(huán)烷酸工藝的堿渣廢水，廢水性質(zhì)為：pH值7.49，CODCr為11424mg/L。

2) 菌種。課題組保存的污水處理混合菌。

3) 培養(yǎng)基。基礎(chǔ)培養(yǎng)基[5]：磷酸二氫鉀0.5g/L，磷酸氫二鉀 0.5g/L，硫酸鎂0.6g/L，硫酸銨1.0g/L，微量元素10ml，環(huán)己酮1ml，水1000ml(pH值7.0～7.2)。

微量元素液：硫酸鋅 0.2g/L，硫酸亞鐵0.5g/L，氯化鈣3.0g/L，硫酸錳 0.06g/L，水1000ml。

固體培養(yǎng)基：牛肉膏5g/L，蛋白胨10g/L，NaCL 5g/L，瓊脂15～20g/L，pH值6.9～7.1。

1.2 試驗方法

1) 菌種富集活化。向4個500ml的三角瓶內(nèi)分別加入200ml基礎(chǔ)培養(yǎng)基，分別接入一定量的混合菌劑和2ml環(huán)己酮，作為唯一碳源進一步活化馴化混合微生物，4個三角瓶用橡膠塞(因環(huán)己酮易揮發(fā))。將上述接種好的2個三角瓶置30℃、160r/min搖床培養(yǎng)；另2個靜置，通入氮氣，30℃培養(yǎng)，至培養(yǎng)菌液出現(xiàn)混濁，使用加入微量元素的基礎(chǔ)培養(yǎng)基換水，每次100ml，3d換一次，1周后分別加入掛膜載體，靜止培養(yǎng)3d。

2) 污水厭氧處理。用2個500ml的三角瓶，分別標記為A瓶和B瓶，放入上述菌種厭氧培養(yǎng)活化掛膜之后的載體，加入200ml原水或加入微量元素液的基礎(chǔ)培養(yǎng)基適當稀釋的廢水，充氮氣，用玻璃塞密封，30℃恒溫培養(yǎng)箱靜止培養(yǎng)。3d換水一次，每次100ml，并測出水CODCr，測定1mon內(nèi)的數(shù)據(jù)，共測9次。

3) 污水厭氧處理后好氧處理。同樣用2個500ml的三角瓶，分別標記為C瓶和D瓶，放入好氧活化培養(yǎng)掛膜之后的載體，加入?yún)捬跆幚碇蟮某鏊?0ml。將換水后的三角瓶置30℃、160r/min搖床好氧處理，溶氧量約為3.5～4.0mg/L，3d換水一次，每次100ml并測出水CODCr。測定1mon內(nèi)的數(shù)據(jù)，共測9次。

4) 分析方法。采用重鉻酸鹽法測定處理后污水的化學(xué)耗氧量CODCr[6]。

5) 菌種純化與鑒定。將混合菌劑中微生物分離純化，研究各菌株的污水處理效果，對處理效果較好的菌株，參照相關(guān)鑒定手冊進行初步鑒定[7～9]，如革蘭氏染色、生理生化試驗等常規(guī)方法。

2 結(jié)果與討論

2.1 A瓶混合菌厭氧生物處理

A瓶混合菌厭氧生物處理結(jié)果如圖1所示，厭氧條件下，用混合菌劑處理稀釋了1倍的廢水，A瓶中的細菌逐漸適應(yīng)培養(yǎng)條件，菌群數(shù)量增加，隨著混合菌的馴化和廢水處理時間的增長，處理效率接近50%，連續(xù)3次取樣后接近70%。15d后(即第5次取樣)增加了廢水處理的濃度，直接處理原水，CODCr的處理效率急劇降低至15%，處理效率不高，可能是由于理化條件的改變導(dǎo)致菌群發(fā)生變化，部分微生物生長受到抑制。雖然處理效率有短暫的升高，后期處理率仍出現(xiàn)下降的趨勢，筆者分析可能是因為掛膜中的微生物在長期接觸高濃度的難分解的廢水之后，菌劑出現(xiàn)了衰退現(xiàn)象。另外，隨著時間的增長，部分菌從膜上脫落；營養(yǎng)等條件的不足可能造成微生物自溶等現(xiàn)象，增加了CODCr值，最后導(dǎo)致測量結(jié)果中CODCr去除率降低。

2.2 B瓶混合菌厭氧生物處理

圖2所示為B瓶厭氧處理結(jié)果，作為厭氧處理的平行樣品，B瓶在處理廢水過程中具有與A瓶相似的特點，提高污水濃度后，菌劑的降解效率降低，進一步表明微生物在降解難降解有機物時需在一定的底物濃度范圍內(nèi)，超過最高范圍對微生物有致命作用，高濃度的廢水需要經(jīng)過一定的稀釋等預(yù)處理才能達到微生物承受的范圍，才能有效的去除廢水中的有毒有機物。

圖1 A瓶混合菌厭氧生物處理結(jié)果 圖2 B瓶混合菌厭氧生物處理結(jié)果

2.3 C瓶混合菌好氧生物處理

圖3所示為混合菌劑在好氧條件下厭氧處理之后的出水結(jié)果。開始進水的CODCr較低，降解效率在55%左右，并且保持了相對穩(wěn)定的狀態(tài)。活化富集的菌劑對高濃度污水的處理初期效率都不高，適應(yīng)過程18d(即第6次取樣)后，菌劑適應(yīng)了高濃度廢水，處理效率提高至40%左右，分析可能是因為在好氧條件下，三角瓶置于搖床中，部分微生物從載體上脫落，取樣時未經(jīng)離心，造成CODCr值增加，導(dǎo)致測得的處理效率降低；另外有分析認為高濃度廢水中的有機物不是微生物的最適底物，且濃度較大對微生物有抑制作用[10]，微生物在不良環(huán)境中產(chǎn)生退化，所以處理效果降低。

2.4 D瓶混合菌好氧生物處理

圖4為好氧處理的平行樣品，結(jié)果與C瓶結(jié)果相類似，低濃度的廢水處理效率在50%以上，高濃度的廢水處理效率也較差。說明微生物在處理污水的過程中，需要調(diào)整適宜其生長的環(huán)境，微生物處理環(huán)境中難分解的有機物和有毒物質(zhì)時，多數(shù)是共代謝的過程[1,2，11～13]，可能需要添加適當?shù)臓I養(yǎng)物以利于其生長。

圖3 C瓶混合菌好氧生物處理結(jié)果 圖4 D瓶混合菌好氧生物處理結(jié)果

圖5 E瓶混合菌好氧生物處理結(jié)果

2.5 分離結(jié)果及E瓶好氧純菌生物處理

好氧處理能把有機物徹底氧化成水和二氧化碳，從處理結(jié)果認為好氧處理的效果比較恒定，且效果較高，所以該試驗設(shè)計方案是從好氧菌劑中分離好氧菌株。經(jīng)過對混合菌劑的分離純化，從好氧處理瓶中的混合菌劑分離得到了11種不同菌株，其中一株處理效果較好。鑒于高濃度有機廢水對微生物的影響，開始時將污水原液稀釋成低濃度的廢水，起始濃度為1100mg/L，18d后濃度增加1倍為2200mg/L，標記為E瓶，其好氧處理效果如圖5所示。

從圖5中可以看出，該菌株處理效果比較穩(wěn)定，大約在50%～70%，同濃度的廢水，微生物適應(yīng)一段時間之后，COD去除率略微提高，但增加污水濃度時，去除率稍微下降，適應(yīng)期后稍微提高。另外高濃度的堿渣廢水中含有多種有機物，成分較復(fù)雜，很難靠一種微生物處理達到凈化目的，現(xiàn)復(fù)合系統(tǒng)比起單一系統(tǒng)更能有效地降解污水[14]。對處理效果較好的菌株需要進一步的馴化，或?qū)ふ腋嗟木哂休^強降解效果的菌株，提取基因，通過基因工程等技術(shù)構(gòu)建多功能降解菌[15]，將多種菌株中具有降解功能的基因整合到一種菌體中，形成超級菌，使難處理污水達到凈化、排放標準。

2.6 細菌鑒定

該菌株菌落呈圓形，直徑0.4～1.0mm，黃色，表面光滑濕潤；利用顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)其有氣生菌絲，基內(nèi)菌絲多數(shù)有分枝，28h后斷裂成短桿狀。生理生化特性測定參照微生物分類學(xué)等工具書[7～9]中提供的方法，該菌株為革蘭氏陽性、好氧、抗酸染色陰性、接觸酶陽性，符合諾卡氏菌屬特征，鑒定為Nocardia(諾卡氏菌屬)。

3 結(jié)論

1)研究顯示實驗室保存的混合微生物對高濃度的廢水有一定的耐受力，處理效果較好。厭氧條件下CODCr去除率最高達到70%，好氧處理CODCr去除率達到60%。

2)微生物對高濃度的堿渣廢水處理效果不好。厭氧處理時廢水的初始濃度<6000mg/L時，CODCr處理效果較好；廢水CODCr超過10000mg/L，處理效率急劇降低至12%左右，這可能是由于高濃度的廢水對微生物生長有抑制作用，好氧處理也有類似現(xiàn)象。因此，在用微生物處理污水時，如果濃度過高，需要對污水進行稀釋。

3)堿渣污水中所含的有機物大多對微生物生長有抑制作用，可適當提供一些適宜微生物生長的底物，保證菌體數(shù)量，增強微生物對高濃度底物的耐受性，利用共代謝作用增強微生物的處理效果；將菌劑固定化，避免脫落。

4)從混合微生物菌劑馴化篩選到的一株諾卡氏菌，其堿渣廢水的CODCr去除率達到了65%左右，效果較穩(wěn)定。

在以后的工作中，將開發(fā)優(yōu)勢菌株，對廢水處理的條件進行優(yōu)化，研究該諾卡氏菌的生長特性及處理污水的影響因素，對菌株進行遺傳改造，投入到堿渣廢水處理中，以期提高污水CODCr去除率，達到排放目標，保護環(huán)境。

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[編輯] 辛長靜

2016-07-19

安徽省教育廳課題(KJ2013B122)。

鄭愛芳(1980-)，女，碩士，副教授，現(xiàn)主要從事環(huán)境微生物的教學(xué)與研究工作；E-mail：aifangzheng@126.com。

TQ085+<413 [文獻標志碼]A class="emphasis_bold">413 [文獻標志碼]A [文章編號]1673-1409(2016)31-0020-04413 [文獻標志碼]A

1673-1409(2016)31-0020-04

A [文章編號]1673-1409(2016)31-0020-04

[引著格式]鄭愛芳.堿渣廢水微生物處理研究初探[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版)，2016,13(31)：20～23.