序批式生物膜反應器處理養豬廢水降解細菌特性

萬金保++鄔容偉+邱起地++萬莉

摘要：從某豬場廢水處理系統序批式生物膜反應器（sequencing batch biofilm reactor，簡稱SBBR）中分離純化得到菌株A和菌株B，經形態學鑒定菌株A為乳白色、革蘭氏陽性長桿菌；菌株B為灰白色、革蘭氏陽性短桿菌。菌株A最佳生長條件為溫度30～50 ℃、鹽度1%～2%、pH值6～8；菌株B最佳生長條件為溫度20～40 ℃、鹽度1%～2%、pH值6～8。在不同因素組合下，將菌株A、B分別接種于供試廢水中，對廢水化學需氧量（chemical oxygen demand，簡稱COD）去除率最高分別為64.11%、54.74%；NH3-N最佳降解率分別為54.57%、55.54%。

關鍵詞：養豬廢水；序批式生物膜反應器（SBBR）；生物降解；形態特征；降解特性

中圖分類號： X703文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）12-0480-04

收稿日期：2015-10-28

基金項目：國家科技支撐計劃（編號：2007BAB23C02）；江西省教育廳科技落地計劃（編號：GJJ12433）；南昌市對外科技合作與成果轉化推廣計劃（編號：2013HZCG001）；南昌大學鄱陽湖環境與資源利用教育部重點實驗室開放基金（編號：13005875）。

作者簡介：萬金保（1952—），男，江西南昌人，教授，博士生導師，主要從事水污染控制及資源化技術研究。Tel：（0791）88305941；E-mail：jbwan@ncu.edu.cn。

養豬廢水中含有大量有機污染物、氨氮、總磷、病蟲卵、重金屬以及產生的惡臭氣體等[1-10]。縱觀人類廢水處理技術的發展史，微生物處理廢水有獨特的優勢，它通過自身的新陳代謝來吸收、分解和轉化污染物，從而達到治理污染物的目的[11-15]。本研究采用江西省某豬場實際工藝升流式固體厭氧反應器（USR）與序批式生物膜反應器（sequencing batch biofilm reactor，簡稱SBBR）處理豬場廢水[16-19]，以實際養豬廢水的序批式生物膜反應器中生物膜和污泥為分離源[20-23]，采用Luria-Bertani（簡稱LB）培養基，通過培養、分離和純化等，以其中的化學需氧量（chemical oxygen demand，簡稱COD）和氨態氮（NH3-N）含量為檢測指標，旨在探討從 SBBR 中分離所得菌株的廢水處理特性以及生理特性。

1材料與方法

1.1LB液體培養基

在950 mL去離子水中加入10 g胰化蛋白胨、5 g酵母提取物、10 g NaCl，搖動容器直至溶質溶解，調pH值為7.4，用去離子水定容至1 L，在0.103 45 MPa高壓下蒸汽滅菌 20 min。

1.2菌株

從某豬場廢水處理系統SBBR中取少量含生物膜的污水充分搖勻打碎，然后接種于LB液體培養基，在37 ℃下，振蕩培養1 d，重復操作2～3次，作為備用菌液。用倍比稀釋法選出長勢良好、形態不同的菌落，進行劃線分離，將分離得到的菌株A和菌株B的純菌進行斜面保存[24-26]。

1.3分析方法

菌株的形態學鑒定：參照《常見細菌系統鑒定手冊》[27]。

菌株的生長曲線測定：將菌株以1%接種量分別接種于裝有20 mL LB液體培養基的12支試管中，接種后首先取1支試管保存于4 ℃冰箱作為對照，之后將其余試管置于 37 ℃、180 r/min水浴恒溫振蕩器培養，每隔1～2 h取樣，于雙光束紫外-可見分光光度計下測定菌體生長吸光度D600 nm，即可繪制菌株的生長曲線[28]；溫度、鹽度、pH值對菌株生長的影響：將純菌液以1%接種量接種到裝有高溫滅菌過的LB液體培養基的錐形瓶中，通過調節培養基的搖床溫度、鹽度，pH值，180 r/min水浴恒溫振蕩，培養24 h，測定培養液中菌體生長量（D600 nm）[30-33]。溫度梯度設置為4、10、20、30、40、50、60 ℃；鹽度為0.5%、1%、2%、3%、4%、5%、10%；pH值為4、5、6、7、8、9、10；COD定量測定：重鉻酸鉀法；NH3-N的定量測定：納氏試劑分光光度法。

通過設計培養溫度、pH值、培養時間、碳氮比的4因素3[JP3]水平正交試驗，研究菌株去除廢水中COD、NH3-N的最佳條件。

1.4菌株的生物學特性

菌株A與菌株B的形態特征如表1所示，油鏡觀察結果及菌落形態如圖1至圖4所示[29]。

2.1溫度對菌株的生長影響

溫度主要影響微生物體內的酶活性，高溫會破壞酶蛋白

質活性，而低溫則會降低酶的活性。由圖5可見，菌株A最佳生長溫度介于30～50 ℃，且在20～50 ℃之間菌株A都能較好地生長；菌株B的最佳生長溫度介于20～40 ℃，且在 20～40 ℃之間都能較好地生長。菌株A、B的生長溫度范圍較廣，對溫度變化的適應性也較強。

2.2鹽度對菌株的生長影響

廢水中鹽度會影響微生物生長環境的滲透壓。在高鹽度下，微生物會失水，從而降低活性；低鹽度下，微生物會吸水，導致細胞膨脹甚至破裂。由圖6可見，菌株A最佳生長鹽度介于1%～2%，且在0.5%～2%之間都能較好地生長，而當鹽度大于3%后基本不生長，生長鹽度范圍相對較窄，對于鹽度變化適應性較弱；菌株B的最佳生長鹽度為1%～2%，且在0.5%～4%的鹽度之間都能較好地生長，生長鹽度范圍相對較廣，對于鹽度變化適應性相對較強。

2.3pH值對菌株的生長影響

pH值主要是影響微生物的酶活性，微生物體內酶都有各自適應的pH值范圍。由圖7可見，菌株A最適生長pH值為6～8之間，且在pH值為5～10之間都能較好地生長，對于pH值變化適應性強；菌株B的最佳生長pH值介于 6～8之間，且菌株B在pH值為5～10之間同樣都能較好地生長，其生長pH值范圍也較寬，對于pH值變化適應性強。

2.4菌株的廢水處理特性試驗

將純菌液以5%接種量接種到供試廢水中，分別以pH值、碳氮比、培養時間和培養溫度為因素，各因素設3個水平，設計4因素3水平正交試驗，進行菌株培養條件優化，以篩選出菌株降解養豬廢水中有機污染物的最佳條件。

2.4.1菌株A的廢水處理特性

2.4.1.1菌株A對供試廢水COD的去除結果

由表2、圖8可見，各因素對菌株A去除廢水中COD的影響由大到小依次是pH值>碳氮比>培養時間>培養溫度；去除最佳條件為培養溫度35 ℃、pH值75、培養時間72 h，碳氮比=4 ∶[KG-*3]1。

2.4.1.2菌株A對供試廢水NH3-N的去除結果

由表3、圖9可見，各因素對菌株A去除廢水中NH3-N的影響由大到小依次是培養時間>培養溫度>碳氮比>pH值；各因素對菌株A去除供試廢水中NH3-N的結果都有明顯的影響。菌株A對供試廢水中NH3-N的去除最佳條件為培養溫度 25 ℃、pH值6.5、培養時間72 h和碳氮比為1 ∶[KG-*3]1。

2.4.2菌株B的廢水處理特性

2.4.2.1菌株B對供試廢水中COD的去除結果

由表4、圖10可見，對菌株B去除供試廢水COD的結果各因素影響大小依次是培養時間>碳氮比>pH值>培養溫度；菌株B對供試廢水COD去除的最佳條件為培養溫度30 ℃、pH值75、培養時間48 h、碳氮比=2 ∶[KG-*3]1。

2.4.2.2菌株B去除供試廢水中NH3-N的去除結果

由表5、圖11可見，菌株B去除供試廢水中NH3-N的結果各因素的影響大小為碳氮比>培養時間>pH值>培養溫度；菌株B去除供試廢水中NH3-N的最佳條件為培養溫度25 ℃、pH值7.0、培養時間 72 h、碳氮比=1 ∶[KG-*3]1。

3結論

從江西省某養豬場廢水處理系統SBBR中分離純化得到菌株A和菌株B，經倍比稀釋法、平板劃線法以及形態學鑒定表[CM（25]明，菌株A為乳白色、革蘭氏陽性長桿菌；菌株B為灰白[CM）]

色、革蘭氏陽性短桿菌。菌株A的最佳生長條件為溫度30～50 ℃、鹽度1%～2%、pH值為6～8；菌株B的最佳生長條件為溫度20～40 ℃、鹽度1%～2%、pH值為6～8。經試驗可得，菌株A對供試廢水中COD的最佳去除條件為培養溫度35 ℃、pH值7.5、培養時間72 h、碳氮比=4 ∶[KG-*3]1；菌株B對供試廢水中COD的最佳去除條件為培養溫度30 ℃、pH值7.5、培養時間 48 h、碳氮比=2 ∶[KG-*3]1。菌株A對NH3-N最佳去除條件為溫度25 ℃、pH值6.5、培養時間72 h和碳氮比為 1 ∶[KG-*3]1；菌株B對NH3-N最佳去除條件為培養溫度25 ℃、pH值為7、培養時間為72 h、碳氮比為1 ∶[KG-*3]1。

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