（环境科学专业论文）中草药对光合细菌生长的影响及固定化psb脱氮除磷研究.pdf

益。包埋固定化活性炭和光合细菌，有利于提高了固定化小球的吸附能力，使固 定化小球兼有包埋法和吸附法的优点，提高对氮、磷的处理效果。 ( 4 ) 在包埋固定化过程中，海藻酸钠浓度2 ，光合细菌添加量( 湿重) 0 2 ， 蒙脱土0 4 ，c a c l 2 浓度为4 为最优制各方案。添加纳米蒙脱土提高了对氮、磷 的去除效率，经三次重复使用固定化小球未发现膨胀变形。 添加蒙脱土的固定化光合细菌在3 0 * ( 2 、光照条件下对去除氨氮和磷的效果最 好。 本文研究结果将为提高光合细菌的生长效率，大规模的培养及在脱氮除磷方 面的应用提供依据。 关键词：海洋光合细菌；中草药；固定化；脱氟除磷 i i s t u d y g r o w t h o nl n f i u e n c eo fc h i n e s eh e r b a im e d i o i n e so n o fp s ba n dr e m o v aio fp h o s p h o r u sa n dnit r o g e n b y i m m o b iii z e dm a r i n ep s b a b s t r a c t t h er e s e a r c ho fm a r i n ep h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i a ( p s b ) p r o l i f e r a t i o na n dr e m o v a l o fp h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nb yi m m o b i l i z e dp s ba r es t u d i e d t h er e s u l t so ft h e e x p e r i m e n t si n c l u d e s ： ( 1 ) c l l i n 髓eh e r b a lm e d i c i n e sa l ee x t r a c t e db o t hb yb o i l i n ga n de t h a n o ls o l u t i o n a n da d d e di n t ot h em e d i u mr e s p e c t i v e l y t h ee x t r a c to fl i q u o r i c e ，b a i k a ls k u l l c a p r o o t , f n l c t u st r i c h o s a n t h i sf r o mb o i l i n gh a sab e t t e re f f e c to ng r o w t hp l d m o 蛀o n ， w h i l et h ee x t r a g to fs o u t h e m w o o da n dp i l o s ea s i a b e l lr o o tf r o mc t h a n o ls o l u t i o n m e t h o dh a sab c t t e l - e f f e c t t h ed o s a g eo fc h i n e s eh e r b a lm e d i c i n e sh a sa l s oi n f l u e n c et h eg r o w t ho fp s b 0 5 、1 o 、2 0 a n d4 o ( v o l u m e t r i cr a t i o ) o fe x t r a c t sa b o v ec b i n 龉eh e r b a l m e d i c i n e sa r es e p a r a t e l ya d d e di n t ot h em e d i u m a f t e r1 2 0 hi n c u b a t i o n t h eo d , 0o f m a r i n ep s bi nt h em e d i u mw h i c hi n c l u d e df m c t u st r i c h o s a n t h i s ( 4 o ) a n db a i k a l s k u l l c a pr o o t ( 4 0 ) h a si n c r e a s e d9 9 1 a n d6 8 8 r e s p e c t i v e l yt h a nc o n t r 0 1 t h e o p t i m u ma m o u n to f a s i a b e l lr o o tf o rp s bi s1 0 b u tb i ga m o u n to f a s i a b e l lr o o t ( 4 o ) c a ni n h i b i tt h eg r o w t ho f p s b w h i l et h ep s b i nl i q u o r i c ea n ds o u t h e m w o o d h a si n c r e a s e d1 0 9 a n d6 9 a n dt h eo p t i m u ma m o u n to f t h e mi so 5 ( 2 ) t h ee f f e c t i v ec h e m i c a lc o n s t i t u e n t si nf m c m st r i c h o s a n t h i sw h i c hh a sb e t t e r p r o m o t i o nt ot h eg r o w t ho fp s bi sa l s os t u d i e d 1 - o c t a d e c e n em a yp l a yt h er o l ea s p l a n th o r m o n e ；l o w e re s t e r 、o r g a n i ca c i d ，s u c ha sm a l i ca c i da n dt a r t r o u i ca c i d ，m a y s u p p l yp s bw i t l ln u t r i m e n to rc a r b o ns o u r c e , a n dp r o m o t et h eg r o w t ho f p s b ( 3 ) i m m o b i l i z e dp s bb yp o w d e ra c t i v ec a r b o nh a sb e t t e rr e m o v a le f f i c i e n c y t h e r e m o v a le f f i c i e n c yo fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u si m m o b i l i z e dp s bb yp o w d e ra c t i v e c a r b o ni s5 1 8 a n d6 6 7 w h i c hi n c r e a s e1 8 1 a n d9 1 r e s p e c t i v e l yt h a nt h e p s bc o n t r 0 1 i nc o n s i d e r a t i o nt h er e m o v a le f f i c i e n c ya n dp r o c e s s i n gc o s t , t h e i i i o p t i m u ma m o u n to fa c t i v ec a r b o nu s e db yp s bi m m o b i l i z a t i o ni s2 5 9f o re v e r y l i t r ew a s t e w a t e r b ya d d i n gp o w d e ra c t i v ec a r b o nd u r i n gt h ep s bi m m o b i l i z a t i o np r o c e s s , i m m o b i l i z e dc e l lh a st h ea d v a n t a g eo fb o t l le m b e da n da d s o r p t i o n a n dh a sb e t t e r a d s o r p t i o nc a p a c i t y t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fp h o s p h o r u sa n dn i t r o g e no ft h e m a r i l l ep s bi se n h a n c e de v i d e n t l y ( 4 ) 2 o fc a l c i u ms o d i u ma l g i n a t e ，o 2 o fp s b ( w e tw e i g h t ) ，0 4 o f m o n t m o r i l l o n i t ea n d4 o f c a c i 2i st h eb e s ts c h e m ef o rp s bi m m o b i l i z e d b ya d d i n g m o n t m o r i l l o n i t ed u r i n gt h ep s bi m m o b i l i z a t i o np r o c e s s ，i m m o b i l i z e dp s bh a st h e b e t t e rr e m o v a le f f i c i e n c yo fp h o s p h o r u sa n dn i t r o g e n a f t e ru s e d3t i m e s ， i m m o b i l i z e db e d sh a v en o te x p a n s i o na n dt r a n s m u t a t i o n t h em a r i n ep s bi m m o b i l i z e db yc a l c i u ms o d i u ma l g i n a t ea n dm o n t m o r i l l o n i t e s h o w s g r e a t e r r e m o v a le f f i c i e n c y o f n a n d p i n t h e c o n d i t i o n o f 3 0 。ca n d l i g h t t h er e s u l t sa r ev a l u a b l et op r o l i f e r a t i o no fp s b i ti sa l s os u p p o r tt h e o r e t i cb a s i s f o ra p p l i c a t i o ni nr e m o v a lo f n i t r o g e na n dp h o s p h o r u s k e y w o r d s ：m a r i n ep h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i a ；c h i n e s eh e r b a lm e d i c i n e s ； i m m o b i l i z e d ；r e m o v a lo fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 逵垫遗查墓他置要挂型直盟丝：奎拦丑窒! 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：烈、稿签字日期：如锣年月7 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全都或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后 适用本授权书) 学位论文作者签名； 签字日期：) 卿年，月日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 导9 币签字： 握炒 占一一 签字日期：歹羽年月2 日 电话； 邮编 中草药对光合细菌生长的影响及同定化p s b 脱氯除磷研究 1 前言 1 1 氮、磷污染现状及危害 近年来，我国水资源正遭受各种有害物质的污染，其中氮、磷的过量排放引 起的水体富营养化问题目益严重。由于陆源污染物排海严重，近岸海域部分贝类 受到污染，大面积赤潮多发，上世纪7 0 年代在中国仅发现9 次赤潮，8 0 年代7 5 次， 但到了9 d 年代赤潮猛增至i j 2 6 2 次，2 0 0 1 - 2 0 0 4 年的四年中已发生赤潮3 7 1 次，总面 积超过6 6 万平方公里，其中仅2 0 0 3 年一年就发生赤潮i 1 9 次，2 0 0 4 年一年发生赤 潮面积2 6 6 3 0 平方公里，有毒赤潮生物引发的赤潮2 0 余次。近年来，我国赤潮灾 害表现出以下特点：发生次数增多，持续时间延长，大面积赤潮增加、区域集中， 有毒有害藻种类增加。 此外全国8 0 以上的湖泊受到污染，许多湖泊已达不n i i i 类水水质标准，鱼 虾基本绝迹，代之以适应污染的各类底栖微小生物类群，湖泊水体颜色、气味均 有不同程度的恶化，部分湖泊甚至成为纳污水体0 1 。五大淡水湖泊中，巢湖、滇 池、太湖的氮磷污染，富营养化严重，巢湖的7 3 3 的水域处于富营养化状态， 0 3 的水域处于极度富营养化状态，t n 含量4 6 2m g l ，t p 含量0 4 1 7 m g l ，分 别比国家地面水三类标准超出了十几倍n - 十倍。 氮、磷是植物生长所需要的营养物质，但水体中的氮磷过量会导致藻类等浮 游生物的大量繁殖，使水中溶解氧锐减，鱼类大量死亡，水质严重恶化，进而使 淡水水体发生“水华”，海洋发生“赤潮”，这就是富营养化( e u t r o p h i c a t i o n ) 。 藻类的过度代谢，使水质污浊发臭，水体透明度降低，感观性状恶化，同时阻碍 水体复氧过程，导致水体中溶解氧不足；许多藻类还释放或分泌有毒有害物质， 如赤潮时某些甲藻产生了石房蛤毒素，威胁人类及动物的健康；藻类及其他生物 死亡后，其分解腐烂过程中会消耗大量的溶解氧，造成鱼类及其他生物大量死亡 并散发出恶臭。 当水体中磷的含量高于0 5 m g l 时，会加速水体的富营养化；当水体中磷的 含量低于0 5 m g l 时，则能控制藻类的生长；当水体中磷的含量低于0 0 5 m g l 时，藻类几乎停止生长“。而过量的氮除了会引起水质富营养化外，还会带来其 中草药对光合细菌生故的影响及嗣定化p s b 脱氯除磷研究 它危害： ( 1 ) 氨氮进入水体后，因硝化作用而直接耗去水体中大量的溶解氧，加剧水 体的缺氧状况； ( 2 ) 游离氨影响鱼腮中氧的传递，从而成为鱼类的有害物质，对大部分鱼类 而言，水体中游离氨的致死量为l m g l ； ( 3 ) 氨氮被氧化为硝酸盐后进入人体会进一步形成亚硝酸盐和亚硝胺等，从 而导致血红蛋白变性及致变、致畸、致癌。 污水中的氮分为有机氮和无机氮两类，前者是含氮化合物，如蛋白质、多肽、 氨基酸和尿素等，后者则指氨氮、亚硝酸态氮。污水中的氨氮主要来源于食品加 工、化肥、饲料生产等行业，皮革、孵化、动物排泄物等废水中也含有大量有机 氮，在积存过程中也会转换为氨氮。磷主要来自粪便、洗涤剂和磷肥，其形态有 正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷，其中正磷酸盐和聚磷酸盐占多数。我国废水和污 水排放量逐年递增，1 9 9 9 年城市生活污水排放量达到2 0 4 1 0 8 t a ，超过工业废 水的排放量( 1 9 7 1 0 8 t a ) ，同时含磷洗涤用品中3 0 的磷排入地表水中，工业 废水和城市生活污水是我国水体中氮磷含量超标的重要因素。所以提高氮、磷的 去除效率，降低氮、磷含量成为解决富营养化问题的一个重要途径。 1 2 研究的意义 光合细菌( p s b ) 法是新兴的污水生物处理法，是近三十年来环境科学的一项 新进展。由于光合细菌具有随生长条件的变化而改变代谢的特征，能以不同的有 机酸和醇类等有机化合物作为光合作用的供氢体和碳源，并具有较强的分解和去 除有机物以及氮、磷等营养物的生理特性。因此在自然光照和微好氧条件下，光 合细菌即能对高浓度有机废水进行高效处理。光合细菌法具有占地少、工艺简单、 可直接处理高浓度有机废水等优点，光合细菌细胞富含蛋白质和b 族维生素，作 为饲料和饵料具有巨大的利用价值，不造成二次污染“h 。 光合细菌在水处理、水产养殖、饲料工业等方面的应用日益广泛，但仍存在 巨大的应用潜力。我国目前有水库养殖面积3 千万亩，池塘养鱼面积5 千万亩， 加上养殖虾、甲鱼、螃蟹等经济品种，全国水产面积上亿亩。若以每亩养殖面积 用光合细菌产品l o 公斤计，全国年需求量在1 0 0 万吨以上。同时仅1 9 9 4 年全国 2 中草药对光合细葡生长的影响及固定化p s b 脱氮除磷研究 的饲料产量为4 5 0 0 万吨，若以专家推荐的最小添加剂比例百分之一计算，则全 国每年需光合菌产品4 5 万吨。因此在短时间、低成本条件下获得高浓度的光合 细菌菌液具有很大的经济价值。 同时由于光合细菌的沉降性能差，不易与水分离，因此在用于废水处理时， 出水中常含有大量的菌体，给水体带来色度，影响出水的水质；另一方面光合细 菌菌体随出水的流失，造成细菌总量下降，难以保持水处理时的菌量优势，降低 了对废水的处理效果。 为提高光合细菌脱氮除磷效果，本论文首先探讨了五种中草药对光合细菌增 殖的影响，筛选出具有增殖作用较强的卜2 种中草药，用于光合细菌的增殖培养， 以获得较高浓度光合细菌培养方法。其次筛选光合细菌固定化纳米材料，改进固 定化条件，提高光合细菌对废水中氮磷的处理能力，通过上述两方面研究产生的 综合效应提高脱氮除磷的效率。 1 3 研究的内容 为提高光合细菌对城市污水氮、磷的去除效率，本文主要研究了以下两方面 的内容： ( 1 ) 利用中草药对光合细菌进行增殖培养，期望提高光合细菌对城市污水 氮、磷的去除效率：关于影响光合细菌生长的研究大多集中于盐度、光照、温度 及p h 值等因素，而中草药用于光合细菌增殖培养的研究较少。本论文比较了水 煮法和醇提法两种提取方式制备的中草药浸提液对光合细菌生长的影响，确定青 蒿、甘草、黄芩等中草药最佳提取方式及最佳添加量，筛选出最有效的中草药， 尝试用添加中草药的方法来促进光合细菌的生长。同时还分析了栝楼促进光合细 菌生长的化学成分。 ( 2 ) 利用纳米材料改进光合细菌的固定化条件，提高光合细菌对城市污水 氮、磷的去除效率：光合细菌的沉降性能差，与水分离困难，容易影响出水水质 和水处理的效果，本文在光合细菌固定化过程中添加纳米蒙脱土及纳米孔径的活 性炭，提高固定化小球的机械强度和通透性，使小球能重复利用，提高对城市污 水中氮、磷的处理效率。 3 中草药对光合细菌生长的影响及同定化p s b 脱氰除磷研究 2 光合细菌的特点及在水处理中应用 2 1 光合细菌的特点 光合细菌( p h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i a ，简称p s b ) 是一大类可进行光合作用 的原核生物的总称，广泛分布在海洋、湖泊、水田，污泥等各个角落，它能以光 为能源，充分利用多种有机物进行自身的生长繁殖，同时它的生长不受氧气浓度 的限制，具有随生长条件的不同而改变代谢类型的特征，在厌氧光照或好氧黑暗 条件下，利用有机物、硫化物、氨氮等作为供氢体和碳源，进行不放氧的光合作 用。此外光合细菌富含蛋白质和b 族维生素，具有巨大的利用价值。 光合细菌( p s b ) 主要包括以下四个科：红螺菌科( r h o d o s p i r i l l a c e a e ) 、着 色菌科( c h r o m a t i a c e a e ) 、绿硫菌科( c h l o r o b i a c e a e ) 和绿色丝状菌科 ( c h l o r o f l e x a c e a e ) ，目前用于废水处理的光合细菌主要属于红螺菌科，而在生 产中有意义的红螺菌科包括红螺菌属、红假单胞菌属和红微。 2 2 光合细菌在水处理中的应用 目前常用于废水处理的光合细菌主要是属于红螺菌科，其细胞内具有能进行 光合作用的载色体，这些载色体是由细胞膜分化而成的直径约6 0 0 - 1 0 0 0 a 的球状 或胞状体，其颗粒中密集的包含着细菌叶绿素和类胡萝p 素，可进行光合磷酸化 反应和光氧化还原反应。 在好氧黑暗条件下，光合细菌内缺少这种载色体，此时它通过三羧酸循环来 进行有机酸代谢；在厌氧光照条件下，细菌内又很快形成载色体，迅速转换代谢 途径，并把有机酸异化和同化的氧化还原反应和光氧化还原反应紧密结合起来， 这种随生长条件变化而灵活地改变代谢方式的特性，使得光合细菌既不像好氧菌 那样受溶解氧的限制，它自身可利用光能进行高效的基质代谢；又不像厌氧甲烷 细菌对0 ：那样敏感，即使生境中0 ：增加，其降解活性不受影响，可通过氧化磷 酸化取得能量o ”1 。 因此光合细菌不仅能在厌氧光照条件下以低级脂肪酸、多种二羧酸、醇类、 芳香族化合物等低级有机物作为光合作用的电子供体，进行光能异养生长，而且 4 中草药对光合细菌生长的影响及固定化p s b 脱氮除磷研究 能在好氧黑暗的条件下，以有机物作为呼吸基质进行好氧异养生长。正是由于具 各随生长条件而改变代谢的特征，p s b 可处理高负荷的有机废水，且在自然光和 微好氧条件下就能对废水进行有效处理。 光合细菌污水处理法，它有以下特点o ： ( 1 ) 有机物负荷高，可以处理浓度很高的有机废水；其中黄翔峰谈到光合细 菌对b o d 。为6 2 8 1 2m g l t 的糖蜜酒精发酵废水b o b 。去除率达到9 6 ，对c o d 为2 2 4 0 0 m g | 1 的酒糟废水c o d 去除率为9 4 。 ( 2 ) 脱氮除磷效果好，耐盐能力强。 ( 3 ) 受季节影响小，在l o 一4 0 内均可处理，且容易管理。 ( 4 ) 所需的场地小( 仅为活性污泥法的i 4 i 5 ) ，费用低，可操作性强。 ( 5 ) 菌体可通过食物链进行物质能量的良性循环，不造成二次污染，还可以综 合应用于水产、农业、畜牧、食品工业等领域，国内外毒性实验及生产实践证明， 光合细菌本身无毒无害，不会在处理水域对人、畜造成毒副作用。 2 2 1 在废水处理中的应用 7 0 年代日本小林正泰等提出了用光合细菌处理有机废水的工艺，并成功地 对粪尿和食品、淀粉、皮革、豆制品加工的废水进行处理。近年来，国内外学者 相继开展了这方面的研究，对食品n t 废水、化学化工废水、养殖废水的处理均 取得了较好的效果。 ( 1 ) 对柠檬酸废水的处理： 2 0 世纪8 0 年代，上海交通大学与南通发酵厂合作，在小林正泰的帮助下， 进行了大量的试验研究，1 9 9 2 年6 月建成了日处理1 5 0 t 2 0 0 t 柠檬酸废水p s b 法处理系统。1 9 9 5 年，管希夷1 等对该工艺进行了改革，将处理量提高到3 0 0 t 4 0 0 t d ，出水c o d 的去除率也提高至9 7 5 。 1 9 9 3 年，饶汉东“2 1 等采用柠檬酸废水一培养饲料酵母一可溶化槽一p s b 槽 一活性污泥的工艺流程来处理柠檬酸废水，c o d 和b o d 去除率均在9 8 以上， c o d 负荷达到6 k g ( m 3 d ) - i o ( 2 ) 对豆制品及乳制品废水的处理； 豆制品a n t 过程的废水主要包括：豆浆点卤后产生的黄泔水；工厂设备清洗 中草药对光合细菌生长的影响及嘲定化p s b 脱氮除磷研究 废水。它是一种高浓度的有机废水，如果直接排放必然对环境造成污染。 程树培“3 1 等将细胞融合技术用于豆制品废水。光合细菌与酿酒酵母的融合细 胞f o a 和f z l 连续发酵废水，融合子在耐酸耐热、絮凝性、降解效率、菌体得率等 方面综合了双亲的优势。其絮凝性能明显地优于双亲，表明将原生质体融合技术 引入废水资源化处理的应用领域具有良好前景。 李景生“”等采用炭渣填料固定p s b 混合菌膜技术，对乳品厂废水处理进行试 验研究，整个工艺流程中p s b 段处理效果明显，出水各项指标均达到排放标准， 其中c o d 、b o d 。和s 2 的去除率分别为9 7 ，9 8 ，8 6 。 郑爱榕“”等研究发现p s b 可将黄泔水中的氮、磷有机物降解为无机氮( 主要是 n h 。+ - n ) 和磷酸盐以及c o ：等，处理后的黄泔水养殖螺旋藻，藻生长周期为2 2 d 、 生长速率为2 0 3 0 m g ( l d ) 。藻体蛋白质含量平均为5 2 6 9 l o o g ( 干重) ，游离 氨基酸平均含量为2 4 1 9 l o o g ( 干重) 。 有些学者将光合细菌与其他生物法或其他废水处理工艺结合取得了较好的 效果。何萍“”等用光合细菌与小球藻复合处理豆制品有机废水，c o d 。，和b o d 。总去 除率达到9 6 4 和9 7 5 。郭养浩“”等采用生物转盘为反应器，以耐盐光合细菌形 成生物膜处理味精废水，废水经预酸化、厌氧一好氧串并联工艺连续处理9 0 天， 停留时间4 0 4 8 h 时，c 0 d c r 去除率达至1 j 9 2 以上。 有机废水为光合细菌提供了大量廉价的有机基质，尤其是高浓度有机废水， 其溶解氧易为好氧或兼性厌氧微生物消耗，从而造成厌氧环境，有利于光合细菌 的生长，光合细菌在降解有机物、净化废水的同时，伴随着氢气的产生。利用有 机废水产氢是光合细菌的一个重要的研究内容。刘双江“”等利用固定化光合细菌 以葡萄糖为基质产h 2 ，在不同浓度豆制品废水中进行光照放氢，c o d 浓度在7 5 6 0 1 2 6 0 0 m g 屯1 时，可以维持稳定产气2 6 0 h 以上，平均产气率为1 4 6 8 3 5 1 4 m l ( l d ) ，气体h ：含量在6 0 以上，c o d 去除率6 2 3 7 8 2 ；c o d 在1 2 6 0 5 0 4 0 m g l - 1 时， 可以维持产气9 3 h ，平均产气率为1 2 0 7 1 4 0 o m l ( l d ) 一，气体中h 。含量在7 5 以上，废水c o d 最终的去除率为4 1 6 0 3 。 ( 3 ) 对印染加工废水的处理 印染加工包括预处理( 包括烧毛、退浆、煮炼、漂白、丝光等工序) ，染色， 印花，整理等四个工序，以上每个工序都要排出废水。印染废水是以上各类废水 的混合废水或除漂白废水以外的综合废水。 6 中草药对光合细菌生长的影响及固定化p s b 脱氮除磷研究 刘建荣“町等在厌氧流化床中采用聚集一交联固定法，将细菌固定在活性污泥 上，同时投加磁粉形成正的磁生物效应提高生化反应速率，c o d 去除率为4 4 4 9 ，脱色率在9 0 以上，脱色时问较传统生化法缩短2 5 3 h 。 j i n g l a nh o n g 汹1 等在处理印染废水的反应器中涂上一层t i o ：提高了光照利 用率，不但有效地提高了对染料的去除效率，而且解决了藻类过量生长并在反应 器上附着问题。尽管t i0 2 光催化反应可以抑制光合细菌的生长，但是在紫外和可 见光照射下，光催化反应对光合细菌抑制以及对染料脱色的作用可以忽略不计。 显示了光催化物质控制藻类附着作用并提高光合细菌脱色效率的可能性。 张胜田。”等将光合细菌用p v a 法固定处理染料废水，固定化后系统抗冲击负 荷能力增强，容积负荷从2 k g ( m s d ) 提高到3 5 k g ( m 3 d ) ，耐盐度7 9 l 提 高到1 2 9 l ，细菌酶活力随着容积负荷的增大而增强。 马杰恤1 等以光催化前处理，光合细菌法处理印染废水。光催化一光合细菌、 无可溶化光合细菌法c o d 。去除率分别为5 2 、2 7 5 ，光催化法用于光合细菌的 可溶化前处理显示出一定的应用潜力。马杰o ”等分别用无可溶化光合细菌和水解 一光合细菌法处理印染废水，两者c o d 去除率分别为3 3 1 4 和7 6 。 赵亮嘲1 等研究发现当葡萄糖和酵母膏的浓度分别为0 1 2 5 和0 3 时，光合 细菌对染料活性艳红x 一3 b 的脱色效果最佳。所选实验条件下，染料浓度在 5 0 0 m g l 以下x - 3 b 脱色效果很好，对菌种没有明显的抑制作用；染料浓度在5 0 0 1 0 0 0 m g l 之间变化时，对菌种有抑制作用，但染料最终仍能完全脱色。温度在3 0 时，p h 在3 1 0 范围内染料均有较好的脱色效果。 赵亮o o 等在海藻酸钠固定化p s l 3 过程中加人壳聚糖，研究在不同条件下对活 性艳红x - 3 b 的脱色效果，在厌氧条件下，x 一3 b 的脱色效果较好；染料浓度在3 0 3 0 0 m g l 之间变化时，厌氧降解均符合一级动力学方程，反应动力学参数k = 3 7 4 9 6 m g l ，v m a x = 7 5 3 m g l h 。同时振荡有利于脱色并使半衰期缩短。 ( 4 ) 对造纸废水的处理 陈宇“1 等采用盐酸预处理、光合细菌法处理草类制浆造纸废水，最佳条件为 c o d 。为1 0 0 0 0 m g l ，3 0 c ，p h = 7 ，1 0 0 0 0 1 u x ( 厌氧光照强度) ，处理7 2 9 6 h ，c o d c 。 b o d 。去除率在生化阶段分别达到6 5 、8 2 。 杨云龙啪1 等在s b r 生物反应器内投加固定化光合细菌及其他异养菌处理亚硫 酸钠造纸废水，在好氧条件下稳定运行时c o d c ，去除率为6 6 9 9 6 ，远高于普通 7 中筚药对光台细菌生长的影响及州定化p s b 脱氮除磷研究 s b r ( 4 1 4 ) ，木质素去除率也达7 9 5 。 s h u - b i nw u 汹1 等利用光合细菌和化学絮凝后处理法处理碱性亚硫酸钠的化 学制浆废水取得了良好的效果。经过一个月的连续实验，在生物处理阶段c o d 。， b o d 。和s s 去除率分别达5 6 ，8 3 和8 9 。 ( 5 ) 对制革造胶废水的处理 明胶生产主要有选料、脱脂、浸酸、水洗中和、浸灰、水洗中和、提胶等工 序。明胶废水具有高钙、高碱、高氯、高蛋白质等特性，治理难度大。处理费用高。 而制革污水是一种水量大，成分复杂的有机废水，其中含有大量石灰、染料、蛋 白质、盐类、油脂、氨氮以及毛类、皮渣等有毒有害物质，是一种较难治理的工 业废水。国内中小型制革厂大多未经处理或者治理即排放到河流湖泊中，对环境 造成了很大的破坏，因此有学者开展了光合细菌在这方面的应用。 王琦啪1 等发现光照和适当曝气对光合细菌处理明胶废水有利，最适宜的p h 为6 7 ，细菌用量为废水体积的l 3 l 5 。浸灰水经光合细菌处理，c o d 去除 率最高达9 8 。磷钙工序废水经多级p s b 罐处理后，出水c o d 去除率也可达9 5 。 席淑琪啪3 等用三级生物接触氧化槽连续处理工艺，利用光合细菌处理高浓 度制革废水。进水c o d c ，浓度8 0 0 0 m g l 左右，接种活性污泥进行2 4 h 可溶化处理， 白天自然光照、夜间人工光照或黑暗，间歇曝气造成兼性好氧条件( d o0 5 2 o m g l ) ，p s b 处理7 2 h 。连续处理小试结果c o d 。，和s 2 。的平均去除率分别为 9 0 1 4 和9 8 1 0 ，b o d ；去除率大于9 1 。 ( 6 ) 对其他废水的处理 葛长海。”等分别用硫酸盐还原菌( s r b ) + p s b 和p s b 与s r b 混合处理法处 理含高浓度硫酸盐的城市垃圾渗滤液，发现s r b 与p s b 单独处理后的总效果要 优于两菌混合处理，单独处理不仅有效转化了硫酸盐，没有h 2 s 二次污染的产生， 而且还降低了废水中c o d c r 。 曾字o ”等用不同包埋材料固定化光合细菌，其中以海藻酸钠为载体，较易 操作，且球体物理强度好，菌体活性表现良好，对城市污水处理9 6 h 后，c o d c r 去除率达9 0 以上。 王翠红。”等用海藻酸钠固定小球藻和光合细菌处理含酚废水，当小球藻和 光合细菌体积比为1 ：l ，2 5 3 5 ，p h 为7 o 8 5 时处理效果较好。对焦化 厂含酚工业废水( 酚浓度为5 2 0 m g l ) 连续处理3 6 h ，出水可达排放标准。 中草药对光台细菌生长的影响及同定化p s b 脱氮除磷研究 同时光合细菌被用于处理酒精废水。”埘1 、炼油厂废水瑚1 、焦化废水、 制药废水“”、丙酮一丁醇发酵废水“。及养猪场污水”3 ，均取得了不错的效果。 2 2 2 在水产养殖及水质净化中的应用 在水产养殖时，大量鱼、虾等水产动物的排泄物及残饵积聚池底，使养殖水 环境恶化，氨氮、硫化氢等含量高，影响水生生物的繁殖生长，光合细菌能吸收 水域中的有机物、硫化氢等有害物质，大幅度降低水域中c o d 、b o d 等污染指标， 增加溶解氧，抑制蓝藻等有害藻类的过度繁殖，为水生生物( 包括鱼类) 创造良好 的生态环境。同时光合细菌菌体无毒，营养非常丰富，是一类营养价值高且成分 较全的细菌，作为饲料添加剂能促进禽畜生长，增强抗病能力“”。 崔战利1 等模拟t x l 和n d y c l 菌株对鱼池水质净化、光合细菌的消长及对水 体中细菌、真菌的影响。在施用光合细菌5 l o m l m 3 ，处理6 9 天，x l 和n d y c l 菌株分别使水体中c 0 下降1 2 z 和1 5 8 ，n i l n 降低3 6 1 和3 9 4 ，d o 受i j 增加 3 9 1 和4 1 3 。随p s b 施用量减少和使用时间的增加，水体中细菌总量略有下降， 而真菌数量变化不明显。 杨绍斌“”等将光能有机异养型和光能无机自养型光合细菌配制成复合光合 细菌投放到鱼塘水中， 其中投放2 复合菌液净化效果最佳，其中n h 。一n 去除率达 8 8 8 9 ，h 2 s 去除率为9 1 6 7 。 赵宇“”等分别用普通污泥法、光合细菌法和光合细菌一活性污泥复合法处理 养虾废水，发现后者有更好的处理效果，其中c o d e ，和n h 。一n 的去除率分别达6 3 ， 9 2 5 。此法操作容易，运行费用低，同时较好的解决p s b 易流失的问题。 周太嫣“”等利用臭氧配合光合细菌法处理育苗鱼池的水，间隔4 d 换一次臭氧 处理水，次日投放浓度为2 的复合光合细菌对n h 。一n 和h 。s 的去除效果最好。 n 0 2 一可将鱼虾血液中亚铁血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，导致血红蛋白失去 载氧能力，影响正常代谢。随着养殖密度的增大，水体中n 0 2 一的浓度也相应增大， 成为影响水质的关键指标。光合细菌在无氧和光照条件下可以利用亚硝酸盐进行 不产氧的光合作用，从而净化水质。 刘慧玲啪1 等从对虾养殖池的底泥中分离出光合细菌i ，3 29 c 和光照条件下， 当n o , 低于0 f i m g l 时，n q 。浓度升高有利于p s b 的生长；而高于0 5 m g l 时，该菌 9 中草药对光合细菌生k 的影响及固定化p s b 脱氯除磷研究 的生长受到抑制。在投放6 的p s b i ，5 d 后水样的n o 。去除率达7 0 4 。 陈繁忠o “等模拟了光合细菌投加量、光照、温度以及氯化钠、硫酸铜、敌百 虫投加量对养鱼池废水净化效果的影响。菌液适宜投加量1 0 m g l ，光照优于黑 暗，而温度低于1 5 c ，氯化钠高于1 0 0 0 0 m g l 、硫酸铜高于0 4m g l 、敌百虫 高于2 0m g l 净化效果明显下降。可见光合细菌能耐敌百虫的常规用药量但不 应与水产杀虫剂硫酸铜同时使用，以免影响净水效果。 k e n j it a k e n o 脚1 等利用具有反硝化能力的菌种尼s p h a e r o i d e si l i o 砝除蛤 蜊养殖场底泥中的磷。利用人工配制的海水对蛤蜊场底泥进行7 天厌氧酸化发酵， 添加硫胺等维生素产生2 9 l 的乙酸，同时2 0 m g l 的p 0 4 3 一和5 3 0 0 m g l 的c o d 。，被释 放到水体中。上清液被用来培养光合细菌，经过4 d 的培养c o d c ，和乙酸的去除率分 别达到5 8 和7 2 ，而p 0 4 ”的去除率达9 7 。 2 3 光合细菌脱氮除磷的原理 生物脱氮机理：生物脱氮过程可以在好氧和缺氧两种环境中进行。在好氧的 条件下，污水中含氮化合物在微生物的作用下，通过氨化反应、硝化反应，使氨 转化为亚硝酸氮和硝酸氮：而在缺氧的环境条件下，硝酸氮和亚硝酸氮在反硝化 作用被还原为气态氮( n ：) ，从污水中逸出，达到除氮目的。氮的转化包括氨化、 同化、硝化和反硝化作用。 生物除磷法是目前国际上认可和接受的除磷方法。在生物除磷工艺中，利用 含磷高的微生物种群在酶的作用下分解有机磷并同时摄取水中溶解磷，合成微生 物机体( 污泥) ，形成高磷污泥排出系统外，达到从污水中除磷的效果。 生物除磷的过程中主要涉及厌氧释磷及好氧吸磷的两个过程，期间伴随着细 胞体内聚b 一羟基磷酸盐的产生和分解。在厌氧阶段，废水中有机物发酵，发酵 产物( 如乙酸盐或其它短链脂肪酸) 被产乙酸不动杆菌( a c i n e t o b a c t e r ) 吸收利 用的同时，将聚磷酸盐水解为正磷酸盐以获得能量，乙酸盐吸收的中间代谢物是 p h b 。在好氧条件下，p h b 代谢并参与到t c a 循环中去，这将导致细胞对废水中 过量正磷酸盐的吸收，以合成a t p 并储存在体内。工艺中先使污水处于厌氧条件 下，贮磷菌释放磷，再进入好氧条件而过量吸收磷，使含含有这种贮磷菌的活性 污泥在二次沉淀池中沉淀，排除剩余活性污泥，从而达到除磷的目的。 1 0 中草药对光合细菌生长的影响及固定化p s b 脱氮除磷研究 光合细菌在生长、繁殖过程中需要吸收氮、磷等营养元素作为其生长所需的 营养物质，合成菌体内的细胞物质，同时还能够以脱氮反应的方式去除废水中的 氮，具有较好的脱氮除磷效果。光合细菌还能过量的摄取废水中的磷酸赫，在菌 体细胞内形成聚磷酸盐内含物，增大了对磷的吸收量。 光合细菌在厌氧光照的条件下利用细胞外可氧化的硫化物、醇类以及小分子 脂肪酸等作为供氢体，进行光合作用，为自身细胞进行光能异养生长提供了所需 的能量和碳源。而某些光合细菌在微好氧黑暗条件下，载色体消失，此时通过三 羧酸循环来进行有机酸代谢，分解利用乙酸、丙酸等小分子有机物，取得能量和 碳源，这一代谢类型称为好氧异养生长。光合作用和好氧异养生长两种代谢类型 是光合细菌去除废水中有机污染物的基础。 光合异养细菌在厌氧条件下消耗水中的硝酸盐进行厌氧呼吸( a n a e r o b i c r e s p i r a t i o n ) ，其反应方程式如下： 2 n o ；+ 1 0 e 4 + 1 2 h + _ n 2 + 6 h 2 0 式中的氢离子来自于光合异养性细菌体内的有机物，即通常必须消耗体内的 有机物作为供氢体，才能接受来自硝酸盐中的氧而生成水。此反应可产生相当多 的能量，用于维持细菌进行新陈代谢所需要的能量。 光合细菌可以在光照条件下，利用外界简单的有机物为供氢体，在厌氧条件 下进行脱氮作用。若有氧气的存在，则光合细菌的脱氮作用会受到抑制，而改为 从体内有机物的氧化磷酸酸化中取得能量。 v a nn i e 认为所有的光合细菌都可以生长在以n h 。+ 为氮源的媒介上，t e m p e s t 等人还认为，n 心+ 可以结合到谷氨酸合成酶( g s ) 、谷合酶( g o g a t ) 和q 一酮戊二酸 ( a - k g ) 上，尤其g s 对n 儿+ 有较高的亲和力，如下式所述： n h ；+ 谷氨酸堡哼谷酰胺盟鲤兰= ! 堡一2 谷氨酸 n o r b e r tf e n n i n g 认为有机酸不仅可以作为电子源，也可以作为n h , + 受体和 碳骨架吸收n h 4 + 。有些报道认为紫色光合细菌可依靠n 0 。一为碳源进行生长，同时 还原n 0 2 一和n 0 3 一等，但生长速率会低于以n h , + 为氮源时的生长速率。t a n i g u c h i 和 k a m e n 在酸性猩红菌( 凰r u b r u m ) 和 hs p h a e r o y d e s 这两种细菌中发现了n 0 3 - 的还原酶；k a t o h 也发现深红红螺菌( g h o d o s p i r i l l u mr u b r u m ) 细菌菌株可在黑 暗好氧环境中以n 0 3 作为唯一的生活氮源，这些发现都表明光合细菌可处理n 儿+ 、 中草药对光合细菌生长的影响及同定化p s b 脱氮除磷研究 n 0 3 一和n o ：巾。 2 4 光合细菌处理污水的工艺流程 薤 排 麓 图2 - 1 光合细菌处理废水的工艺流程 f i g 2 - 1p r o c e s so fw a s t e w a t e rb yp h o t o