（环境工程专业论文）有效微生物菌群的构建及处理苯酚与焦化废水的研究.pdf

ab s t r a c t ab s tract e m ( s h o rt f o r e ff e c t i v e m i c r o - o r g a n i s m s ) ，a s a m u l t i fu n c t i o n b i o l o g i c a l p r e p a r a t i o n , h a v e a v a s t v i s t a s i n e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n , e s p e c i a l l y i n w a s t e w a t e r t r e a t m e n t f i e l d f o r i t s o w n u n i q u e s u p e r i o r i tyi n t h i s s t u d y , m u l t i p l e m i c r o - o r g a n i s m s w e r e c o n s t r u c t e d b a s e d o n t h e p r i n c i p l e a n d m a i n c o m p o s e d a n i m a l c u l e o f e m . t h r o u g h t h e p o s i t i v e c o o p e rt i v e e ff e c t b e t w e e n a n a e r o b i c a n d a e r o b i c m i c r o - o r g a n i s m s , t h e y c a n f o r m a s t a b l e、h i g h p e r f o r m a n c e mi c r o e c o s y s t e m . a ft e r t h e p r o c e s s o f c o l l e c t i o n , f o s t e r a n d p u r i f i c a t i o n , w e g o t t h e n e c e s s a ry p h o t o s y n t h e s i s b a c t e r i a , l a c t o b a c i l l u s , a c t i n o m y a n d m i c r o z y m e s . t h e y a r e n a m e d n g g h i , n g j m6 . n g j m1 0 , n g f x 6 . x g f xi a n d n g r s i res p e c t i v e l y . a c c o r d i n g t o ( b e r g e y s m a n u a l o f d e t e r m i n a t i v e b a c t e r i o l o g y ) a n d ( ma n u a l o f d e t e rm i n a t i v e m y c o l o g y ) , w e c a n m a k e t h e p r i m a r i l y i d e n f i c a t i o n fr o m t h e g r o w t h c h a r a c t e r i s t i c s o n t h e c u l t u re m e d i u m a n d p h o t o e s t a k e d 勿t h e l i g h t m i c r o s c o p e .t h e re s u l t i s t h a t t h e n g g hi i s p h o d o p s e u d o m o n a s . n g j m6 a n d n g j mi o a r e c a n d i d a , n g f x 6 a n d x g f x i a r e b a c l e r i o n e m a .n g r s i p e r t a i n t o l a c t o b a c i l l u s . t h e t r e a t m e n t e x p e r i m e n t o f s i n g l e fl o r a s h o w t h a t p h o t o s y n t h e s i s b a c t e r i a , a c t i n o m y a n d m i c r o z y m e s h a v e o b v i o u s d e g r a d e e ff e c t t o c o k e - p l a n t a n d p h e n o l w a s t e w a t e r ,t h e la c t o b a c i l l u s i s w o r s e c o m p a r e d t o t h e m . o n t h e b a s i s o f e m p r i n c i p l e a n d l e a d e r t h e o ry o f p h o t o s y n t h e s i s b a c t e r i a ，w e c o n s t r u c t t h e e ff e c t i v e 而c r o - o r g a n i s m s a s t h e p r o p o rt i o n a l d i s t r i b u t i o n 2 : 1 : 1 : 1 o f p h o t o s y n t h e s i s b a c t e r i a , a c t i n o my，m i c r o z y m e s a n d l a c t o b a c i l lu s f i n a l e n r i c h m e n t c u l t u r e m i c r o o r g a n i s ms r e s p e c i t i v e l y a n d t h e n t h r o w t h e e m t o t h e c o k e - p l a n t a n d p h e n o l w a s t e w a t e r . a p p l i c a t i o n e x p e r i m e n t s h o w t h a t t h e e m p e r f o r m e d e x c e l l e n t l y i n t r e a t i n g c o k e 一a n t a n d p h e n o l w a s t e w a t e l t h r o u g h o rt h o g o n a l i ty e x p e r i m e n t a n d v a r i a n c e a n a l y s i s , w e k n o w t h a t t h e f a c t o r s w h i c h a ff e c t t h e r e m o v a l r a t e o f e m a r e: t e m p e r a t u r e r e v o l v i n g s p e e d p h . t h e o p t i m a l d e g r a d a t i o n s i t u a t i o n a re : 3 0 1 c , 1 5 0 r p m , p h 7 . 0 ， 1 4 m l e m p e r 5 0 m l c o k e - p l a n t o r p h e n o l w a s t e r w a t e r . u n d e r t h i s s i t u a t i o n， t h e 6 d a y s r e m o v a l r a t e o f c o k e - p a a n t w a s t e w a t e r c a n r e a c h 6 2 . 5 2 % a n d 9 5 . 2 6 % t o 7 0 0 m g / l p h e n o l w a s t e w a t e r f o r 2 4 h o u r s d e g r a d a t i o n ab s t r a c t d e g r a d a t i o n k i n e t i c s r e s e a r c h s h o w t h a t t h e k i n e t i c s p h e n o l w a s t e w a t e r t r e a t m e n ta r e c c = c o e -0 2 15 1t ( m g / - ) t e q u a t i o n o f 7 4 7 m g / l t h e c o k e wa s t e wa t e r =c o e - 0 . 1 5 7 3 t k i n e t ic s e q u a t i o n i s : d e g r a d a t i o ne q u a t i o n t o p h e n o ( m g / l ) .t h e a r e a l l t h e f i r s t d e g r e e a n d c o d s c o n c e n t r a t i o n o f w a s t e w a t e r k e y wo r d s : m u l t i p l e m i c r o o r g a n i s m s ; e m; c o k e - p l a n tp h e n o l w a s t e w a t e r , d e g r a d a t i o n 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 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 为 获 得 南昌大李 或 其 他 教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均己 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学 位 论 文 作 者 签 名 0; 准 2-签 字 日 期 : 、夕 年 a is日 学位论文版权使用授权书 本 学 位 论 文 作 者 完 全了 解 南昌大学 有 关 保留 、 使 用 学 位 论 文的 规 定， 有权保鼠并向国家有关部门 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 权南昌大学可以 将 学 位 论 文的 全 部 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 : 杨4 么 导师签名: 签 字 日 期 : i ,r v ? *月示签字日期:年6月 少 日 学位论文作者毕业后去向: 工作单位: 通讯地址: 电话: 邮编: 第1 章 文献综述 第 1 章文献综述 1 . 1 引言 水是生命的 摇篮，是维持一切生命活动不可或缺的资源。从表面上来看， 水是地球上分布区 域最广的自 然资 源， 总体积约为1 .3 7 x 1 0 9 k m ，总 面积占 地球 表面积的7 1 % ， 分别以 固态、 液态、 气态的 形式分布于地球 表面、 大气圈、 岩石 圈和生物圈o l 。 然而， 地球上的水 资源中， 占 总数约9 7 % 的 水资 源分布在海洋中， 陆栖动物和大多 数植物赖以生 存的 淡水资源总量约为3 . 5 x 1 0 0 扩， 仅占 地球上水 总量的很少一部分， 约为3 % 。同时 这些淡水资 源在地球上各大陆的分布也是极 不均衡的， 并不是全 部都可以 为人类所利用。 全球仅有1 .4 x 1 0 时的 降水能成为 稳定径流，易 被人类利 用，其中 约 5 x 1 0 6 m 3 的水流分 布在无人或少人居住区， 只 有 9 x 1 0 6 m 3 的 水 可以 被 充 分 利 用 21 0 我国水资源总量丰富，但是由于人口基数大，南北分布不均，因此我国人 均水资源也是十分贫乏，在全世界1 4 9 个国家中居第1 0 9 位， 人均水占 有量不到 世界人 均水占 有量的1 / 4 , 被 联合国 列为1 3 个 贫水国 之一3 。 在 全国 6 4 0 个城市中， 缺水城市达3 0 0 多个，其中严重缺水的城市1 1 4 个，日 缺水量 达1 6 0 0 无 和 屯 。每年 因 缺水造成的 直接经济 损失 达2 0 0 0 亿元，并导 致粮食产量 减少7 0 0 8 0 0 亿千克。 步入2 1 世纪，由于水 污染 和水资源的浪费，我国水资源供需矛盾进一步加剧。 据预测， 到 2 0 1 0 年， 全国总供水量为 6 2 0 0 6 5 0 0 亿m 3 ， 总需水量将达7 3 0 0 亿扩， 供需缺口 接近1 0 0 0 亿m 3 :到2 0 3 0 年全国总需水量将达1 0 0 0 0 亿心，缺水量为 4 0 0 0 - 4 5 0 0 亿m 3 ; 到 2 0 5 0 年全国 缺水量将 达到 6 0 0 0 - 7 0 0 0 亿扩。由 此可见， 2 1 世纪我国水资源供需形势非常严峻，水资源危机将成为制约我国经济社会发展 的 资 源问 题中 最 为 严 重的 问 题 之 一 4 1 随着我国 经济的 持续高 速发展和人们 生活 水平的不断提高，在用水需 求日 益扩大的同时， 对水的 污染 压力也 进一步 加大，因此制定符合我国国情且具有 前瞻性的水资源利用 与保护政策迫在 眉睫 5 1 。 如何实现水资源的 循环利用对促进 国民 经济发展和实 现可持续发展战略 具有着深远的 意义。 近年来， 基于生 物降解原理， 采用多 种常规 好氧和厌氧生物反应器处 理各 类废、污水的工艺及机理研究已较为普遍，并相继取得了较多的成果。但就处 第 i 章文献综述 理 废 、 污水 的 广谱 性， 反 应 器 在 不 同 污 染 负 荷 和 水 力负 荷 下 的 运 行 稳 定 性 等 方 面而言 ，各类生物反 应器 技术普遍各具利弊， 这为基于 系统提高常规生物反应 器总体工作性能的生 物添加技术的 研究与 开发提供了巨 大的发展空间。目 前各 国的水处理工作者及 相关领域学者开 始广泛致力 于以 筛选高效微生物为核心的 生物添 加剂技术的 研究6 ， 通过生 物强 化手 段提高处理 系统对污 水处理的 针对性 和效率，实现废水的高效降解，减少对环境水体的污染。 1 .2 废水生物处理概述 自 然界存活着大量以有机物为能源进行代谢活动的微生物，它们通过其本 身新陈代谢的生理功能，氧化分解环境中的有机物并将其转化为稳定的无机物 从而获得维持自 身生长的能 量。与 物理化学方 法相比， 生物处理法在去除废水 中有机 碳、 硫、氮、 磷等污染物质方面， 存在许 多优越之处。 首先， 污染物的 生化转 化是在 温和的 条件下 经过酶催化即 可高效并相对彻底的完成， 因此， 处 理费用低廉;其次，微生物具有来源广、易培养、繁殖快、对环境适应性强和 易实现变异等特性，适当的对其加以培养繁殖，特别是在某特定条件下进行驯 化，就能使 之很 好的 适应各 种废水环境; 最后， 通过有针对性地对菌 种进行筛 选、培养和驯化，可以使大多数的有机物实现生物降解，对废水水质的适用面 越来越宽，所有这些优点都使生物法处理废水成为目前废水处理领域中的首要 选 择 (7 1 根据微生物呼吸过程中对氧的需求，废水生物处理主要可分为好氧处理和 厌氧处理两大类。目前应用比较广泛的生物处理工艺有活性污泥法、生物膜法、 氧化塘、 土地处理法 和厌氧生物处理法等为 代表的工艺 技术。 ( 1 )传统活性污泥法 活性污泥 法是 利用活性污泥在 有氧条 件下吸附、 吸收、氧化分解污水中 不 稳定的有机物使之转化为稳定的无机物，从而使污水得到净化的方法。活性污 泥是一以 菌胶团形式存在， 好氧微生 物和原生 动物为主 组成的 微生物 集团 与污 水中有机、无机性悬浮杂质 所构成的絮 状体。为 将活性污泥法与 物化法匹 配， 先后出 现了 标准活性污 泥法、 厌氧一好氧活性 污泥法 ( a / o , a a / o ) 、间 歇式活 性 污 泥 法 ( s b r 法 ) 、 改良 型 s b r (m s b r )法 、 一 体 化 活 性 污 泥 法 (u n it a n k ) , b io l a k 法、两段 法( a b 法) 等。 第 1 章文献综述 ( 2 )生物膜处理法 生物膜法主要 包括生 物滤池、生 物转盘、生 物流化床法等，其 基本原理是 通过废水与 生物膜的相对 运动， 使废水与生物 膜接触， 进行固 液两相的物 质交 换， 并在膜内 进行 有机物的生物 氧化， 使废水 得到净化。 生物膜法与 微生 物悬 浮生 长的活性污 泥法相比， 它有以 下优点19 1 : 具有较高的 脱氮能力: 生物膜中存 在的 微生物具有多 样性， 包括好 氧菌、 厌氧菌、 真菌和藻类等， 使其在去除 污 染物方面具有广谱性;生 物量远比 活性污泥法高，因 此单位体积的 处理能 力较 大， 剩余污泥产量 小，系 统维护方便， 能耗低， 无须污泥回流， 对水力 和有机 负荷变化的承受能力 强， 操作稳定 1 9 1 ( 3 )氧 化塘 氧化塘又叫生物塘、稳定塘，是一种和水体自净过程相似的最古老的污水 处理方法。 流入氧化塘内 的有机污染物质在好氧菌的 作用下进行分解氧化从而 降解。细菌所需的氧气主要是由塘内繁殖的藻类供给，利用细菌呼吸作用的代 谢产物 c o z , n h 3 等为原料进行光 合作用， 促使藻 类繁 殖，向 水中放出氧气， 氧 化塘内细菌和藻类有着共生关系，藻类的繁殖对污水处理是有利的。以占优势 的生物反应为依据来划分，氧化塘可分为兼性塘、曝气塘、好气塘和厌氧塘四 种。 ( 4 )土地处理法 土地处理法又称污水灌溉法，利用土壤的自 净和渗透性能作为污水处理的 方法自 古以 来早就被应用。 污水是含有一定养料 的水，城市污水( 生 活污水占主 要成分 ) 的 养料很全面，尤其是氮、 磷、 钾等肥料成分 相当高， 用于 农田 灌溉不 仅 作为污水处置的方法，而且还可以增加农作物的产量，提高土壤肥力， 节省 劳力和降低农业成本。工业废水由于成分复杂，且含有 有毒有害物质， 因此利 用工业污水进行灌溉农田，则需持慎重的态度。 ( 5 )厌氧生物处理 厌氧生物处理法是 在无氧条件下，利 用厌氧微生物的 代谢活动实现对废水 中 有机 污染物的降解. 此法主要应用于处理污水好氧处理产生的剩余污泥或含 有机物较多的 沉淀污 泥， 又称污泥消化，也 用于 处理高浓 度有机 废水.1 9 7 4 年， 荷兰l e tt i n g a 等开 发了 升流式厌氧污 泥床反应器; 1 9 7 9 年， 美国 j e r i s 推出 厌氧流化 床反 应器: 1 9 8 0 年， s u i t r e n b a u m j e w e l l 推出 厌氧固 定膜膨胀床反 应器， 其它还有 厌氧生物转盘和厌氧垂 直折流式反应器等厌 氧处理工艺。 第 1 章文献综述 总的说来，传统的 废水生物处理方 法无论在设计理 论和实际 运行管理 等方 面，目 前都有比 较成 熟的 经验。 但是， 随着石油化工和有机化工的发 展，有 机 物的种类和数量不断增加，需要处理的废水水质越来越复杂，现有的很多生物 处理工艺对一些新的人工合成的污染 物质以及难降解物质的降解效果不是很 好，具 有很大的生物陌 生性， 但 这些 废水却会 对环境和人类 健康产生很大影响。 而 在自 然环境中，对 环境中 有毒、 难降 解有机污染物具有高 效降 解能力的 微生 物种类、数量都较少，在种间竞争中处于劣势，因此 导 致传统的生物处理体系 无法实现对这些危害性较大的废水实现有效处理从而达标排放。为寻求能高效 去除生 物难降 解物质的方法，则必然要求研究开发新的废水处理生物技术【 1 0 生物强化技术正是基于这种环境下提出来的，并在近些年得到了迅速的发展， 出现了很多具有针对性的生物菌剂等产品，在废水处理实际应用中获得了十分 理想的 效果d 1 1 1 .3 生物强化技术 生 物 强 化 技 术 (b io a u g m e n ta t io n ) 即 为 在 传 统的 生 物处 理 体系 中 投 加 具 有 特 定 功能的 微生物或某些 基质， 增强它对特定 污染物的降解能力，从而改善整 个污 水处理 体系的处理效 果p z l 。 通过生物强化 技术可 以充分发挥微生物的潜力，改 善 难降 解有机废水生物 处理效果 1 3 1 随着近年来生物技术的发展，生物强化技术的内涵和应用范围逐渐扩大， 可行性和 有效 性逐 渐增强， 被越来越多的人所接受和采纳 1 4 1 。 在生物强化废水 处理领域，其中以环境生物制剂的发展最为迅速，并引起了广泛的关注。 1 .4 环境生物制 剂 环境生 物制剂 ( e n v ir o n m e n t b i o l o g i c a l p r e p a r a t i o n ) 是指以 生物学、 环境学、 生态学、化学等多学科理论 为基础，以监 测、改 善环境 状况和强化处理系统稳 定、高效为目 标， 通过菌 群构建等科学方 法得到的具有特殊功能的 生物制品。 生物制剂添加技 术早 在1 9 世纪 就已 应用于 酿酒工业，而在废水处理上的应 用 ， 则 始于 1 9 5 1 年 g e o r g j e tt ri e s 发 表 的 专 利 ， 其 方 法 是 将 生 产 的 干 燥 微 生 物 添 加 剂加于水处理 系统中。 目 前通常使用的生物强 化技术一般是 通过投加有效降解的微生物，优化现 第 1 章文献综述 有 处 理 系 统 的 营 养 供 给， 添 加 底 物 的 类 似 物 刺激 生 物生 长 活 性 等 方 法 提高 生 化 系统的处理效果。 通过筛选、驯化、 诱变等技术 手段得到目 标菌， 然后加以 组 合，来增加处理系统的净化能力。 因此如何找到高 效的目 标污染物降 解菌种和 组合构建菌群是一个十分重要也是直接制 约处理效果的因 素。 如果能找到 一个 很好的 微生物降解菌群并且加以 优化组合，利用 微生物 之间生态 位的 共生 性来 实现扩大培养并用于实际的废水处理， 将大大提高 废水生 化系 统的处理效率， 节省处理成本。 目前， 对于单一高效菌实现对目 标污染物的降解，国内外己 经进行了大量 的研究，如 k e n n e d y 等利用续批式反 应器 ( s b r ) 系统对 投加4 c p( 对苯酚) 降 解菌的 强化作用 进行研究， 试验结果 表明不投加降 解菌的 系统， 对 4 c p 几乎没 有降 解效果:而在投 加降 解菌的 系统， 降解4 c p 的 速率明 显提高。 如当 投加浓 度为s b r 系统污泥的1 / 1 .4 时， 系统可在9 h 就可以 去除%的 4 c p 。 但是对于单 一高 效目 标污染物降 解菌的 投加方法存在着很大的 缺陷，即高效降解菌无法实 现优势生长， 容易出 现菌 体流失 现象。因此导 致单 一菌落的降解试验大部分是 局限 在实验室范围， 很难应用于工程实践 1 5 1 . 如何 构建生态系统结 构比 较稳定， 且处理能力 较强的复 合微生 物菌群是近些年来环境生物技术发展的一个重要方 向。 1 .5 复 合微生物菌群技术对废水处理的意义 通过投加优势菌 种以 迅速降解目 标去除物的 生物强化技术目 前环保领域已 得到了 广泛的研究和应用，并显示出其独特的作 用。 为了 获得更好的 处理效果 和实现 对难降解污染物的高效去除，构建优势复 合菌群技术处理难降 解有机废 水成为 环境生物制剂一 个重要的 发展方向 1 6 1 复 合微生物菌群 ( c o m p o u n d .m ic ro -0 r g a n is m s . p r e p a r a ti o n . m 9 c m p ) 是由两 种或 两种以 上的微生物通过共同 培养、相互作 用、相 互影响， 最终达到发 挥其最大 群体优势的微生态系统。 这是一种新型的 复合微 生物菌 株构成的 水质处理剂， 它的菌株构成和配方根据所处理污水的特征和污 染程度不同，目前国内 外有很 多 类似的商品 化菌剂， 如 e m ( 有效微生物群) 等。 c m p 与 e m的 差别在于e m的 通用性和c m p 的专用性， c m p 是 一种纯天然微生物制剂，不仅能有效处理有害 化学物质和部分代替环保工程设施， 不产生二次 污染，同时可以大大改 进生 化 第 i 章文献综述 系统的 处理效 果和降 低处理费 用，因 此它 在环保领域的 应用日 益 广泛。随 着微 生物生 物技术的 进步， 它的研究和应用可形 成污水处理行业的 尖端和关键 技术， 在使 用方面可 以 单独处 理污水以 及作为活性 污泥与 曝气器结合使 用o n 由于复 合微生物的 组成特性及 微生态中各个微生物 特有的生 理特性，复 合 微生物制 剂的 应用已 在各个 领域表现其功能齐全的优势。特别是e m ( e ff e c t i v e m i c r o o r g a n i s m s ) 制 剂的发明 使复 合微生物制剂的开发利 用如火 如茶。 1 . 6 e m 一有 效微 生物技术 e m 是 “ 有效微生 物群” ( e ff e c t i v e m i c r o o r g a n i s m ) 的英文 缩写， 是日 本 琉 球大学比 嘉照夫教授于 2 0 世纪8 0 年代初期 研制出 来的一 种新型复 合微生物 菌剂 11 8 1 . e m是由 光合菌 群、 放 线菌群、酵母 菌群和乳酸菌 群等1 0 属 8 0 多种微生物 复 合而成的多功能有效微生物群。 1 . 6 . 1 有效微生物菌群的作用机理 e m复合微生物制剂采用经过优化组合确定的比例和独特的发酵工艺，通过 多种不同类型的菌种共生共存，形成一个强大的功能群体，生成多种抗氧化物 质，并促进彼此生长，从而提高了整个菌群的生理活性机能。 ( 1 )光合细菌 利用太阳能将土壤中的硫氢或碳氢化合物中的氢分离出来，变有害物质为 无害 物质，并 和c 0 2 , 氮 等混合 在一起合成糖类、 氨基酸、 维生素 类， 生物活 性 物( 激素) 等， 从而改 善菌 落生 态环境。 如光合细菌利用二 氧化碳、氨 等为基质， 合成糖类、氨基酸类、维生素类、氨素化合物等对动植物具有促进作用的生理 活性物 质，且 其代谢物质可 成为 其它微生物繁殖的养份。同时光合菌 群对污水 有很强的 净化能力，与有 益微生物间有很好的协同作用，光合细菌如果能 够增 殖，其 它的有益 微生物也 会增殖。 ( 2 ) 放线菌 放 线菌是 细菌和霉菌的中间形态。它从光合细菌中获取氨基酸、氨素等作 为基质， 产生出各 种抗生物 质，可以直接抑制病原菌。它提前获取有害霉菌 和 细菌增殖 所需 要的 基质，从而抑制它们的增殖， 并创造出其它有 益微生物增 殖 的生存环境。 放线菌和光合细菌组成的混合菌 群，其净菌作用与降解污染物能 力比单一放线菌成倍增加。 第 1 章文献综述 ( 3 ) 酵母菌 它利用氨基酸、 糖类及其它有机物质发 酵， 产生出能促进细胞分 裂的活性 化物质。 酵母菌在有 效微生 物群集团中对于促进其它的有效微生 物( 如乳酸菌、 放线菌) 增殖 所需要的基质 ( 食物) 的生 产提供重要的 给养保障。 ( 4 ) 乳酸菌 它以 摄取光合细菌、酵母菌产生的 糖类等物质为基 础，制 作乳酸.乳 酸具 有很强的杀菌能力，能有效抑制有害微生物的活动，以及有机物的急剧腐败分 解。此外乳酸菌还能够抑制致病菌增殖。 经过对筛选好的好氧和厌氧微生物加以 混合， 培养繁殖出多 种复 合微生 物 群落，通过互利共生关系，形成一个复杂稳定的能发挥多种功能的微生物群体 的生态系统，是 e m 菌剂的一 个重 要特点。目 前这项重大 技术 在9 0 多个国家 和地 区被广泛应用于农林牧渔、 环境保护和医疗保健等众多领域， 显示出 强大的 效 能和生命力。有效微生物群技术引进国内后，在我国各地使用，在农业、畜牧 业、环保业等方面也都表现出近乎神奇的效果。 1 . 6 .2 有效微生物技术在环境中的应用 e m技 术在种植业、养殖 业和 环境保护领域都能得 到广泛应用。世界范围内 有效微生物群技术应用越来越广，日 本的有效微生物群技术推广应用机构己 达 4 0 0 多 个。 美国、 法国、英国、巴 西等6 0 多 个国家也 十分 注重有效微生物群的 推 广。自 9 2 年有效微生物群传到我国后，己 广泛应用于种植业， 养殖业和环境保 护等方面，并证实有效 微生物群在促 进动植物生长、 防病治 病、 提高 农畜产品 产量及品质和改良土壤生态环境等诸多方面具有综合功能。 自 2 0 世纪8 0 年代 后期 起，从 e m的原产地日 本先后发起了 e m 在水处理领域 的应用示范和技术探索，如:使用e m处理生活废水、高浓度工业废水，游泳池 等景观 水体的 净化，处理下水道污 水，重富营养化湖泊和渔港水面净化等。 相 关资料记载，e m应用于污水处理可表现出如下优点:臭气 ( 主要是硫化氢、沼 气 等的 腐臭)能明显 减少:处理能力强， 水质好，水温变化比 较稳定;能减少 污泥的 产生量1 / 2 1 / 3 ;可以 减少曝气时间。我国自 1 9 9 1 年正式引进e m生物技 术后，在农业和畜牧业中研究已取得了一些重要进展，但在水处理领域特别是 污水处 理领域中的 应用研究尚处于 应用尝 试和推广研究初期， 还需要系统全面 的进行研究。 第 1章文献综述 有 效 些 微 生 物 依 靠相 互 间 协同 作 用 ， 增殖 关 系 形 成 一 个 组 成 复 杂 、 结 构 稳 定、 功能 广泛的具有多 种多 样细菌的微生物群落的生物菌群，能迅速分解 有机 物，并 代谢出抗 氧化 物质， 抑制有害 微生 物的生长繁殖 1 1 9 1 ，同 时生成稳定而复 杂的生态系统，并抑制有害微生物的生长繁殖，抑制含硫、氮等恶臭物质产生 的臭 味。 激活水中具有净化功能的原生动物、微生物及水生植物，通过这些 生 物的 综合效应 达到净化 水体的目 的。由 于不是单一的，也不是几种 特定的 微生 物，而 是一 个由 多种微 生物组成的菌 群，因 此它比一 般的微生物制 剂功能 齐全， 处理效果较为明显，且运行及维护都比较方便。 ( 1 ) 去 除有机 物 e m 是 一个微生物菌 群， 它们之间依靠相互间的 互生增殖及 协同 作用代谢出 抗氧化物质， 生成稳定而复杂的生物系统。 通过这些生物的综 合效应达到对 c o d , , b o d 的 去除。 李捍东等人利用e m对城市生活污 水的 净化做了 研究，实 践表明 在实际 运行中，该 技术容易 操作， 且处理成 本低 廉 2 0 1 。 邵青等采用正交 试验进行了投加e m对生活污水中的有机物的降解能力的研究，发现e m能够提 高 对生活污 水中有机物的降 解能 力 2 p 目前 e m技术也开始应用于有机废物及某些无机物的工业废水，如啤酒厂、 肉 联厂、 味精厂、 柠檬酸厂、制药厂 等废水， 来提高 系统出 水水质。美国 a m公 司从生活垃圾中分离和研制出活性有效微生物菌群 “ l e a n - fl o ，该产品己用于 环境水体 、水产养殖 水体的治理及对一些乳制品厂废水、镀锌电镀、制浆 造纸 废 水等工业废 水的处理。河海大学车美芹针对有效微生物群中含有好氧和厌 氧 微生 物的 特点 ，采用s b r 反应器，进行了用 e m 处理食品废 水的 试验研究。结果 表 明 ， 当 进 水 c o d为 2 0 0 0 4 0 0 0 m g /l , p h 为 5 .5 6 .5 时 ， 向 废 水 中 投 加 0 .5 % - 0 . 7 %的 e m复壮 液， 曝气1 2 h ， 沉淀1 0 h , c o d , 的质量 浓度可降为 7 0 0 - 2 0 0 0 m g / l , c o d m 去 除率可以 达到8 3 . 0 0/ a 2 2 1 0 ( 2 ) 复 合微生物对氮的去除 e m 菌群中的 细菌等将 n h 3 - n 转化为 硝酸根或亚硝酸根之后再 进行反硝化脱 氮 。 e m 菌 群 在 好 氧 条 件下 对 氮 的 去 除 效 果 要 明 显 好 于 厌 氧条 件下 23 1曝 气 为 污 水中的 硝化反 应提供了 条件， 而e m 的加入能促 进污水中 更多的 n h 3 - n 发生硝化 反应。 武汉大学程晓如 研究了 有效微生物群( e m ) 在s b r 反应器中 对生话污水中的 t p , n h 3 一和t n 的 去除效果。结果表明: 当 e m投加量( e m/v 3s fi ) 为1 / 1 0 0 0 0 - 第1 章 文 献综述 1 / 1 0 0 0 时 能 显著 提 高 s b r 工艺 对 t p , n h 3 一和 t n 的 去 除率 和 降 解 速度 ， 具 有 节 能降 耗的 优点。当 e m 投加量仅 e m / v 污水) 在1 / 1 0 0 0 0 - 5 / 1 0 0 0 范围 时， t n 的 去 除 率随e m 量的 增加而 逐渐提高2 4 1 武汉大学邵青、 庄艳峰等人 研究了有效微生物群 ( e m ) 对生活污水中氨氮的 去除效果。 结果 表明: e m 在好氧 条件下能显著提高污水中氨氮( n h 3 - n ) 的去除 率， 在 e m 投加比 例( v e m / v ss * ) 为 8 % 0 时， 去除率增 幅达1 3 . 1 3 % ; 中 性偏碱的环境 ( p h 值= 7 - 9 ) 也是提高氨氮去除 效果必不可少的条件 之一。 在实际 工程应用中， 应 根 据 不 同 的目 的 ， 选 择 合 适的 反 应 条 件 25 1 ( 3 ) e m 对磷的去除 磷是控制水体富营养化过程的关键性营养物。一般城市污水中会有3 种形式 的 磷， 即有机 磷、 正磷酸盐 和聚 合磷。 在e m 净化污 水时， 这几种状态的 磷只有 被水解成正 磷酸盐的条件下才能 被同 化。 e m除磷是 通过聚磷菌的 释磷和吸磷两 个相反的过程完成的。其机理为:在厌氧状态下， 聚磷菌吸收污 水中的乙酸、 甲 酸、 丙酸和乙 醇等极易生物降解的有机物质， 储存在体内 作为 营养物，同时 将体内储存的 聚磷酸盐以 p 0 4 3 一 形式释放出来，以 便获得能量:在好氧状态下， 聚磷菌则将 体内 的有机物 氧化分 解产生能量， 同 时将污水中的 p 0 4 3 一 从污水中脱 除。李 捍东 等人的试 验证明， 磷的 去除率达7 5 %以上 2 6 1 由于 e m 对废水中的 这些 污染物具有很好去除效 果，故 现在己 经有大量的学 者开始尝试用 有效微生物对其它一些难降解的废水进行处理研究，并取 得了很 好的效果。这些应用 领域主要体现在禽畜粪便废水的脱臭以 及一些化工 废水， 同时和多种处理工艺结合 进行废水的高效处理，水体富营养化方面都取得了很 理想的效果。 宋昆衡 2 71 等人采用了 有效微生物群在含高浓度硫酸盐有机废水处理 上进行 试 验，证实 有效微生物群能有效利用c h 4 , n h 3 和 h 2 o 等物 质，对 提高 厌氧处理 效果较为显著。 1 . 6 . 3 目前复合微生物制剂技术存在的问题 特定 条 件中 的 营 养 、 p h 值 、 氧 化 还原 电 位， 离 子 强 度 和 培 养 温 度等 不 是 对 混合菌 种都是最 适条件，导致各 种菌 种的生长速率不等。在不断的生长、 繁殖 过程中，混 合菌 群的 种群、菌种 配合的比例随生长速率不等而发生变化， 经多 次繁殖后，必定以最适生长的菌种为优势菌种，某些菌种因生长条件限制，造 第 i 章文献综述 成混合菌 群各菌种比 例的失调而影响应用效果 2 8 1 。 这样各国 在复合微生物制剂 的 开发 和应用 上就存在一些问 题: ( 1 ) 单因子 试验多，而 综合 研究较少; ( 2 )应用效果研究多，对混合菌系中菌间相互关系和作用机制的研究不够 深入; ( 3 ) 复合微生 物制剂的稳定 性不强，易受环境 影响，群体 结构或因环境变 化使 某些微生 物死亡或因新的微生物的 介入导致复合微生物制 剂的 群体 优势 被 改变。 复合微生物菌群中各类微生物按任一比例混合培养，在特定环境条件下， 菌种之间不断进行优胜劣汰，最终随时间的推移达到一个平衡生态系统，但其 中 必定 有一 种比 例是最优化的， 它使整个生态系统在我 们的应 用过程中有最 佳 表现。 但对于 不同的 环境则有不同 优势菌种，即使菌种相同也 应有不同的最 优 化混合比。 所以， 虽然复合微生物制剂的应用前 景一片光明， 但因目 前没有一 套完整的描述复合微生物组合平衡及其优化的理论体系作为支撑，要开发一种 新的 复合微生物制剂需要花费很大的人力、物力及大量的时间， 这是很不经济 的。在目前复合菌剂的开发过程中，最大的问题还是对微生物的复合机理没有 成熟的方法和规律可循，因此开发一种复合微生物制剂就会如海底捞针一样困 难。 如能寻找一定的 方法能迅速找到之间存在生态位分离的菌 株，使各菌种互 惠互利发挥其 最大的 联合优势，而不 是通过简单的“ l + 1 ”的 混合方式 而得到， 把一群混乱的 似无关系的微生物变成有序的，组成无数具有最大 工作优势的微 生物大群落， 对于 难降解有机废水的 治理以 及微生物菌剂的发展具有很大的指 导 作用2 9 1 1 .7 焦化废水 焦化废水产生于炼焦、制气过程， 废水排放量大、水质成分复杂，已 有的 研究表明【3 0 1 : 焦化废 水中 有机污染物主要是 酚类化合物， 苯 类化 合物以 及含氧、 氮、 硫的杂环化合物和多环芳烃等3 1 1 ，是一 种典 型的 含有高污染、难降解有机 物的高 浓度工业废水. 因此焦化废水的处 理， 一直是国 内外废水处理领域的一 大难题， 几十 年来尚 未出 现突破性的 研究成果， 常规的生物处理工艺很难实现 焦化废水的达标排 放3 2 1 第 1 章文献综述 目 前我国普遍采用的焦化废水处理方法是:首先对高浓度的焦化废水采取 溶剂萃取和蒸氨，然后将预处理后出 水与其它焦化废水混合进行处理。 具体工 艺流程如图1 . 1 所示: 生 产 废 水州 蒸 曰 除 油 池日 二 巫 巫 浮选池 生化 曝气池 污泥沉淀池混凝沉淀池 外排 污泥回z排泥 图 1 1典型的焦化废水处理工艺 以上工艺对酚等有机物处理效果较好。但对焦化废水中的难降解有机物的 处理效果并不理想，如多环芳烃类化合物在以上的生物处理过程中不发生降解 作用， 一部分随 水排放，一部分累 积于活性污泥中 3 3 1 ，出 水中 的有机物主要是 杂环化合物、多 环芳烃 和降 解的中 间产 物。 进水c o d为2 0 0 0 m g / l 左右时，出 水 c o d , a 3 5 0 - 7 0 0 m g / l ， 难 以 达 标 排 放 3 4 1。 目 前 各 焦 化 厂 废 水 处 理 站 纷 纷 采 用 延 长 曝 气 池 水 力 停 留 时 间 来 提高 处 理 效 果 ， h r t 延 长 至1 2 h , 2 4 h ， 甚 至 4 8 h l . 由于焦化废水中多环芳烃和杂环化合物的结构复杂，降解需要较长时间，延长 水力停留时间对焦化废水处理效果起了一定的改善作用，但出水水质仍难达到 焦化废水排放标准中对 c o d 。 的 要求。 1 . 7 . 1 焦化废水处理的技术进展 ( 1 ) 焦化废水的 预处理技术 造成焦化废水 c o d s 不能达标的主要原因 是其 中的难降 解有机物。 常用的 厌 氧酸化法预处理技 术主 要是针对这部分 难降 解有机物提出的。 厌氧酸化法作 用机理是通 过厌氧微生 物的 水解 和酸化 作用，使难降解有机 物的化学结构发生 变化生成易降 解物质。 厌氧生物具有易于 诱导、种类较多的 开环酶体系，使杂 环化合 物和多 环芳 烃易于开环 裂解。同时，焦 化废水中含有 的易降解部分有机物可以作为厌氧酸化预处理中微生物生长代谢的碳源和能 源，使难降 解有机物发生 代谢降 解。 焦化废水经过 预处理 后，可以提高难降解 有机物的 可生化性， 为后续好氧生物降 解创造条件 3 6 1 . 赵建夫等3 7 1 将水解一酸 第 1 章文献综述 化 作为 焦 化 废 水的 预 处 理 工艺 ， 将 焦 化 废 水 厌 氧 酸 化 预 处 理 6 h 后， 再 好 氧 生 化 处理1 2 h ， 焦化废 水c o d , 去除率可 达9 1 % ，比传 统生化法提高4 0 % ( 3 8 1 。 另外， 有人采用铁屑加辅料及曝气的方法对焦化废水进行预处理， c o d , 去除率可达 4 0 % e 91 . 对于含酚浓度较高的焦化废水，可以采用投加萃取剂的预处理方法除酚。 如以 重苯溶 剂为萃 取剂处理 含酚量为1 0 0 0 - 1 5 0 0 m g / l 的 废水， 除酚率可达8 0 % . 并 且以 酚 盐 的 形 式 回 收 酚 (4