（环境工程专业论文）应用EM技术的膜法生物降解试验研究.pdf

摘要 e m ( e f f e c t i v em i c r o o r g a n i s m s ) 是有效微生物的英文缩写，是由光合细菌、酵母菌、 乳酸菌和放线菌为主的l o 个属8 0 多种有益微生物复合培养而成的一种新型微生物活菌 剂。目前e m 技术已成功应用于农业、养殖业和环境保护等领域，并取得了巨大的经济 效益和社会效益。 本论文的研究内容包括e m 富集培养试验、e m 挂膜试验及利用e m 进行生物膜法 降解试验。结果表明： ( 1 ) 采用选择培养基( 光合细菌培养基、放线菌培养基、酵母菌培养基、乳酸菌 培养基和复合培养基) 对e m 富集培养，培养5 天左右可得到具有相应优势菌种的培养 液。e m 菌在复合培养基中生长速度快、菌悬液浓度高、生物相丰富。 ( 2 ) e m 培养液菌悬液浓度o d 值和微生物细胞量存在线性相关关系，采用o d 值 可以较好的表征e m 的培养效果。 ( 3 ) 将填料和复合培养液混合培养，e m 附着在填料上，经生长繁殖形成生物膜。 温度对挂膜速度影响显著。在室温3 0 c 以上、曝气充分时，凹凸棒土填料、蒙脱石填料、 弹性填料、组合填料和软性填料能在1 0 天左右快速挂膜：在室温不足1 0 。c 时，挂膜要 持续1 个月才能完成。镜检发现生物膜中的微生物与e m 的种类和形态一致，迸一步表 明在填料上用e m 挂膜是成功的。 ( 4 ) 采用s b r 方式运行，利用凹凸棒土挂膜填料、蒙脱石挂膜填料对生活污水进 行生物降解试验，出水c o d c f 去除率达8 0 9 0 ，弹性、组合和软性挂膜填料c o d c ， 去除率在7 0 以上。 ( 5 ) 采用接触氧化工艺降解生活污水，在室温不足i o 。c 时，弹性、组合和软性挂 膜填料对生活污水c o d c r 去除率稳定在7 0 左右。 关键词： e m生物膜法选择培养基富集培养生物降解去除率 a b s t r a c t e f f e c t i v em i c r o o r g a n i s m s ( e m ) a r eo n ek i n do fn e wb a c t e r i a lr e a g e n tw h i c hc o n s i s t so f m o r et h a n8 0m i c r o o r g a n i s ms p e c i e s b e l o n g i n gt o 1 0d i f f e r e n t g e n e r a ，m a i n l yi n c l u d i n g p h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i u m ，y e a s t ，l a c t i c a c i db a c t e r i u ma n da c t i n o m y c e t o a tp r e s e n t ，t h e t e c h n o l o g yo fe m h a sa l r e a d yb e e na p p l i e dt ov a r i o u sf i e l d s ，s u c ha sa g r i c u l t u r e ，a q u a c u l t u r e a n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o ne t c ，a n da c h i e v e dg r e a te c o n o m i ca n ds o c i a lp r o f i t s t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t si nt h i st h e s i sm a i n l yi n c l u d et h ec u l t i v a t i n go fe ma n dt h e a p p l i c a t i o no fb i o f i l mt e c h n o l o g yi nw a s t e w a t e rt r e a t m e n t f r o mt h i sr e s e a r c h ，t h ef o l l o w i n g c o n c l u s i o n sh a v eb e e no b t a i n e d ： ( 1 ) d o m i n a n tb a c t e r i a ls p e c i e s ，p h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i u m ，y e a s t ，l a c t i ca c i db a c t e r i u m a n da c t i n o m y c e t oa n dm i x e db a c t e r i a ，c o u l db eo b t a i n e db y c u l t i v a t i n ge m s t o c ks o l u t i o ni n c o r r e s p o n d i n gs e l e c t i v em e d i u m sa f t e ra r o u n d5d a y s c u l t i v a t i o n v c h e nm i x e dm e d i u m w a s u s e d ，t h eg r o w t hr a t ea n db a c t e r i u mc o n c e n t r a t i o nw e r er e l a t i v e l yh i g h ，a n dt h eb i o p h a s ew a s r e l a t i v e l ya b u n d a n t ( 2 ) t h eo d v a l u eo fs u s p e n d e db a c t e r i a ll i q u i di ne mm e d i u mh a sl i n e a rr e l a t i o nw i t h t h en u m b e ro f m i c r o o r g a n i s mc e l l s ，s o o dv a l u ec a n r e p r e s e n t h ee f f i c i e n c yo fe m c u l t i v a t i o nq u i t ew e l l ( 3 ) w h e n c u l t i v a t e dw i t hf i l l i n g sa n dm i x e dm e d i u m ，e mc o u l da t t a c ht ot h ef i l l i n g sa n d f o r mb i o l o g i c a lf i l m s t e m p e r a t u r eh a s s i g n i f i c a n te f f e c t s o ni m m o b i l i z a t i o nr a t eo fe m w h e nt h et e m p e r a t u r ew a sm o r et h a n3 0 a n da e r a t i o nr a t ew a ss u f f i c i e n t b i o l o g i c a lf i l m s c l m l ei n t ob e i n ga r o u n d1 0d a y sa f t e rc u l t i v a t i o n u s i n ga t t a p u l g i t ec l a y , m o n t m o r i l l o n i t e ， f l e x i b l em a t e r i a l ，c o m b i n e dm a t e r i a la n ds o f tm a t e r i a la st h ef i l l i n g s w h e nt h et e m p e r a t u r e w a sl o w e rt h a n1 0 ，t h i sp r o c e s sw a sc o m p l e t e do n em o n t ha f t e rc u l t i v a t i o n t h eb i o m a s s f r o mt h eb i o f i l mw a st e s t e da n dt h eb a c t e r i a ls p e c i e sa n dm o r p h o l o g yw e r ep e r s i s t e n tw i t h t h o s eo fe m ，w h i c h p r o v i n g t h es u c c e s so fi m m o b i l i z a t i o no fe m “) i ns e q u e n c eb a t c hr e a c t o r ( s b r ) ，t h er e m o v a lr a t eo fc o d e rw a s8 0 一9 0 w h e n a t t a p u l g i t ec l a ya n d m o n t m o r i l l o n i t ew e r eu s e da st h ef i l l i n g s ；i ns b rw i t hf l e x i b l em a t e r i a l ， c o m b i n e dm a t e r i a la n ds o f tm a t e r i a la st h ef i l l i n g s ，m o r et h a n7 0 o fc o d c rw a sr e m o v e d 。 ( 5 ) i nt h ee x p e r i m e n ta b o u tt h ed e g r a d a t i o no fs e w a g eu s i n gc o n t a c to x i d a t i o nm e t h o d ， t h er e m o v a lr a t e so fc o d ow e r ek e p ta r o u n d7 0 w h e nt h et e m p e r a t u r ew a sl o w e rt h a n1 0 u s i n g f l e x i b l em a t e r i a l c o m b i n e dm a t e r i a la n ds o f tm a t e r i a la st h ef i l l i n g s k e y w o r d s ：e f f e c t i v em i c r o o r g a n i s m s ( e m ) b i o f i l m t e c h n o l o g y , s e l e c t i v em e d i u m ， e n r i c h i n g ，b i o l o g i c a ld e g r a d a t i o n ，r e m o v a l r a t e 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，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。与我一同工作的同事对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如不实， 本人负全部责任。 论文作者( 签名) ： 因鲤。华年牛月上日 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光 盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文档，可 以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。 论文全部或部分内容的公布( 包括刊登l 授权河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ： ! 立碰 却，牛年 牟月土、日 1 1 研究目的与意义 第一章综述 1 1 1 我国水资源严重贫乏 水是生命之源，是工业的血液，农业的命脉。水资源是基础性的自然资源和 战略性的经济资源。在1 9 9 8 年8 月份召开的“水与可持续发展”会议上，法国总 统希拉克对代表们警告说：“如果不尽快行动起来，下个世纪可能因水而引起战 争”。在2 0 0 2 年南非约翰内斯堡举行的可持续发展世界首脑会议上，水被列为水、 能源、健康、农业和生物多样化五大可持续发展的世界性课题之首，全球对水与 社会经济发展、水与环境的强烈关注反映出水资源在可持续发展中的基础性地位 和至关重要的作用m 。 我国水资源并不丰富，水资源总量约为2 8 1 0 1 2 m 3 ，居世界第6 位，人均占 有量2 3 0 0m 3 ，只有世界人均水平的1 4 ，列世界1 2 1 位，是世界1 3 个贫水国家 之一。新中国成立5 0 年来，全国用水量从1 9 4 9 年的1 0 0 0 多亿m 3 增加到1 9 9 7 年的5 5 6 6 亿m 3 ，当我们为自己以全球陆地6 4 的国土面积和全世界7 2 的耕 地养育了占全球1 3 的人口而自豪时，却常常忽略了由此造成的我国日趋严重的 水资源短缺问题。 我国水资源形势非常严峻，据预测到2 0 3 0 年我国人口增至1 6 亿时，人均水 资源量将降低到1 7 6 0 m 3 ，按国际一般承认的标准人均水资源量少于1 7 0 0 m 3 为用 水紧张的国家。据对全国6 6 9 个城市的调查，有4 0 0 个城市常年供水不足，其中 1 1 0 个城市严重缺水。但在水资源短缺的情况下，我国水资源在开发和使用中浪 费十分严重，水资源的有效利用率只有1 6 。目前在我国用水总量中，农业用水 占7 0 以上，工业和城市用水不足3 0 ，随着我国工业化、现代化、城市化水 平的提高，全国用水量仍将增加。一般来讲，使用l _ o m 3 水就产生o 7 m 3 污水， 使用越多，浪费越多，意昧着排污越大e 23 。 1 1 2 我国水环境污染严重 随着我国经济的迅速发展、人口的增加、人民生活水平的逐步提高、工业化 和城市化步伐的加快，用水量急剧增加，污水排放量也相应增加，加剧了淡水资 源的短缺和水环境的污染。国家环保总局发布的( ( 2 0 0 2 年中国环境统计公报 中指出：全国工业和城市生活废水排放总量4 3 9 5 亿t ，比上年增长1 5 ，其中 工业废水排放量2 0 7 2 亿t ，占废水排放总量的4 7 1 ；城镇生活污水排放量2 3 2 3 亿t ，占废水排放总量的5 2 9 。废水中的主要污染指标化学需氧量c o d c ，排放 总量为1 3 6 7 万t ，比上年减少2 7 ，其中工业废水中c o d c ，排放量5 8 4 万t ，占 c o d c ，排放总量的4 2 7 ；城镇生活污水中c o d c ，排放量7 8 3 万t ，占c o d c r 排 放总量的5 7 3 。废水中n h 3 n 排放量1 2 9 万t ，其中工业废水n i t 3 n 排放量 4 2 万t ，占n i t 3 一n 排放总量的3 2 6 ；城镇生活污水n h 3 一n 排放量8 7 万t ，占 n h 3 - n 排放总量的6 7 4 。由于大量未经处理的污废水直接排入江河湖库水体， 水污染已从支流向干流延伸、从城市向农村蔓延、从区域性向流域性发展、从地 表向地下深入，水环境现状令人担忧”1 。 我国水环境面临着水体污染、水资源短缺和洪涝灾害等多方面压力。水体污 染加剧了水资源短缺，水生态环境破坏促使洪涝灾害频发。据2 0 0 2 年中国环 境状况公报显示，目前我国七大水系、主要湖泊、近岸海域及部分地区的地下 水都遭受到不同程度的污染。河流以有机污染为主，超标的主要污染指标是氨氮、 生化需氧量、高锰酸盐指数和挥发酚等；湖泊以富营养化为特征，主要污染指数 为总磷、总氮、化学需氧量和高锰酸盐指数等；近岸海域主要污染指标为无机氮、 活性磷酸盐和重金属，这些因素构成了水环境问题影响范围广、危害严重，治理 难度大等特征h 。水质评价和趋势分析表明：我国水环境质量在下降，水环境污 染总体呈加重趋势，形势十分严峻。 随着经济的发展，废水的成分日益复杂，尤其当废水中含有有毒、难降解的 有机污染物时，由于对该类有机物具有专项降解能力的微生物在环境中的种类、 数量较少，同时它在种间竞争中处于劣势，因此，传统的生物处理技术面临极大 挑战。如果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，我们称 这种技术为生物强化技术。目前，生物强化技术在废水处理中的应用范围在逐渐 扩大，一些技术已经取得了专利并在实践中得到应用，同时取得了很好的效果。 1 1 3本课题研究目的与意义 e m 是由光合细菌、放线菌、酵母菌、乳酸菌等多种有益微生物经独特工艺 发酵而成的复合微生物菌剂。对e m 富集培养的目的是恢复有效微生物的代谢活 性和节约菌液使用成本。e m 一个无法克服的弊端是菌液的流失问题，采用多种 填料进行e m 挂膜试验，以期为e m 固定化生物强化技术的发展提供一定的理论 和实践基础。e m 挂膜填料降解污水试验试图为e m 在中试规模连续性的污水处 理试验中提供可供参考的工艺及技术依据。 近年来，e m 在污水处理应用技术研究中明显表现出降解生活污水有机物的 良好能力，但在污水处理工程技术应用研究方面无技术规范可循，不利于e m 技 术的全面科学合理化推广。如果解决了制约其发展的富集培养因素和固定化因 素，那么它在实际应用中的效果是不可低估的。e m 是一类值得重视的微生物资 源，对混合菌资源的研究，不仅具有深远的理论意义，更具有重大的应用价值。 1 2 废水生物处理技术的研究现状和新进展 1 2 1 常规废水生物处理技术 废水生物处理是除物理化学法以外的另一大类水处理方法，它是利用微生物 的生命活动对废水中的污染物进行转化作用，从而使废水得到净化的处理方法。 其主要特征是应用微生物特别是细菌，并在为充分发挥微生物的作用而专门设计 的生化反应器中，将废水中的污染物转化为微生物细胞以及简单形式的无机物。 与物理化学方法相比，生物处理法具有一系列优点e 1 1 由于污染物的生化 转化过程不需要高温高压，在温和的条件下经过酶催化即可高效并相对彻底地完 成，因此处理费用低廉；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，适当地对其加以培养繁殖，特别是在特定条件下进行驯化， 就能使之很好地适应各种有毒的工业废水环境；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质实现生物降解处理，因此对废水水质 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废水处理方法的首要 选择c 5 o 根据微生物呼吸过程的需氧要求，废水生物处理主要可分为好氧处理和厌氧 处理两大类。目前常用的几种处理方法有活性污泥法、生物膜法、氧化塘、土地 处理法和厌氧生物处理法n ”。 ( 1 ) 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 以一群菌胶团属的好气细菌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拍3 。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 i t a n k ) 、b i o l a k 法、 两段法( a b 法) 等。 ( 2 ) 生物膜处理法 废水的生物膜处理法是不同于活性污泥法的又一大类废水生物处理法，是土 壤自净和河床净化过程的人工模拟和强化。它与活性污泥法的主要区别在于微生 物处于固着生长状态，而活性污泥法为悬浮生长状态。生物膜通常为微生物、原 生动物、后生动物集群生长、繁育的膜状生物性污泥。与活性污泥法相比，耐冲 击负荷、耐毒性、耐泡沫影响且无污泥膨胀问题，是生物膜法的普遍性优点。按 照生物膜法固着生长的状态特点，可将其分为生物滤池法、生物接触氧化法、生 物转盘法、生物流化床法、投料曝气活性污泥法等 7 1 0 ( 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 ：、n h 3 等作原料进行光合作用，促使藻类繁殖，而向水中放出氧气，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”3 。 ( 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。利用工业污水进行灌溉农田，则必须持慎重的态度”3 。 ( 5 ) 厌氧生物处理 厌氧生物处理法是在绝氧条件下，利用厌氧微生物的代谢过程对有机污染物 进行降解处理。此法主要用于处理污水中的沉淀污泥，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i e t t 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 mj 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”1 。 1 2 2 生物强化技术在废水生物处理中的应用 生物强化技术中投加的微生物可以来源于原有处理体系，经过驯化、富集、 筛选、培养，从而达到一定数量的微生物，也可以是原来不存在的外源微生物或 遗传工程菌m 1 。同时，所投加的微生物应满足三个基本条件：投加后，菌体活 4 性高；菌体可快速降解目标污染物；在系统中不仅能竞争生存，而且可维持相当 数量。目前，生物强仡技术的应用方式、方法有很多，主要有以下三方面： ( 1 )直接投加特效降解微生物或共代谢基质类物质“” 直接投加特效降解微生物 目前，生物强化技术应用最为普遍的方式是直接投加对目标污染物具有特效 降解能力的微生物，这种特效微生物经过筛选、培养、驯化之后，投入到该废水 中，以目标污染物为唯一碳源和能源，废水中的微生物可以附着在载体上，形成 高效生物膜；也可以以游离的状态存在。有些生物强化是借助反应器来完成的， 人们研究发明了各种新型生物强化反应器来处理各种类型的污染物，在实际中也 取得了很好的效果， 投加生物共代谢基质及辅助营养物质 对于一些难降解的有机物，微生物并不以其为碳源，而以甲烷、丙烷、甲苯、 酚、氨和二氯苯氧基乙酸等为原始底物，微生物降解这类底物之后，产生的氧化 酶改变了目标污染物的结构，从而达到降解目标污染物的目的，这个过程被称为 生物共代谢作用。已经有研究者利用生物的共代谢作用来降解污染物，效果显著， 但生物的共代谢作用机理还没有弄清楚。 ( 2 )固定化生物强化技术 直接投菌法虽然简单易行，但是所投加的特效微生物容易流失，或易被其他 微生物吞噬。固定化微生物技术是在固定化酶技术上发展起来的一项生物技术， 它是通过采用物理或化学的手段将游离细胞或酶定位于限定的空间区域内，使其 保持活性并可反复利用”。固定化技术细胞浓度和纯度高，并保持高效菌种， 利于反应器的固液分离，也利于除去高浓度有机物或某些难降解物质，其在实际 应用中成果显著。 微生物细胞的固定方法一般分为吸附法、交联法、包埋法等三大类 1 5 7 ， 吸附法吸附法是由于菌丝与载体接触时易于自然吸附，所用载体范围 较广，从具有高度吸附能力的硅胶、氧化铝、活性炭、粘土、煤渣、多孔玻璃、 石英砂到聚酯、聚乙烯、尼龙、聚氨酯等人工合成物。吸附法操作简便，成本低， 可反复利用，因此在实际生产中广泛应用。 交联固定法它是利用双功能基或多功能试剂，直接与细胞表面的反应 基团( 如氨基酸、羟基、眯唑基) 发生反应，使细胞彼此交联形成网状结构的固 定化细胞。交联法所采用的载体是非水溶性的，常用交联剂有戊二醛或双偶联苯 胺等带有两个以上的多功能团交联剂，其与细胞进行交联，可形成固定化细胞， 但反应条件剧烈，对细胞活性影响较大，回收率不高并且交联剂价格较贵，限制 了此法的应用。 包埋固定法它是将微生物菌丝或孢予悬浮液与固定化载体溶液混匀， 在冷冻或其他条件下使其形成凝胶并制成球形或其他形状的颗粒。按照包埋系数 的结构可分为凝胶包埋法和微胶囊法，即将细胞包裹于凝胶的微小格子内或半透 膜聚合物的超滤膜内。包埋载体包括天然高分子多糖类的海藻酸钠、海藻酸钙、 k 一卡拉胶、九一卡拉胶。它们具有固化成形方便，对微生物毒性小的特点，但 它们抗微生物分解性能差，机械强度低，活力和传质性能下降。 ( 3 )生物强化制剂1 生物强化制剂是将从自然界中筛选出来的、有特定降解功能的细菌制成菌液 制剂或将其附着在麦麸上制成千粉制剂，生物强化制剂具有很多优点：第一，它 能缩短微生物培养驯化的时间，迅速提高生物处理系统中微生物的浓度，从而提 高工作效率；第二，使用安全，操作简单方便，可以实时地处理污染，从而节省 能源。 1 3e m 技术及其在水处理领域的研究现状 1 3 1e m 技术概述 有效微生物群( e f f e c t i v e m i c r o o r g a n i s m s ) 英文简称e m ，是日本琉球大学 比嘉照夫教授研制出来的一种新型复合微生物制剂。它是基于头领效应的微生物 群体生存理论和抗氧化学说，以光合细菌为中心，与固氮菌并存、繁殖，采用适 当的比例和独特的发酵工艺把经过仔细筛选出的好氧性和嫌气性微生物加以混 合，培养出的多种多样的微生物群落。各种微生物在其生长过程中产生的有用物 质及其分泌物质，成为微生物群体相互生长的基质和原料，通过相互间的这种共 生增殖关系，形成了一个复杂而稳定的微生物系统，发挥多种功能“。e m 是由5 科l o 属的8 0 余种微生物组成的一个群体，e m 原液中主要代表性微生物 有光合菌、乳酸菌、酵母菌和放线菌四类。各菌群的作用如下e 1 8 ( 1 ) 光合菌群：光合细菌群以光和热为能源，以有机物及其分解产物和动 植物分泌的某些物质为基质，合成氨基酸、核酸，糖类等多种能促进动植物生长 发育的有用物质。光合菌的代谢产物一部分被动植物吸收，一部分成为其他有用 微生物增殖所必须的养分。 ( 2 ) 乳酸菌群：乳酸菌以从光合细菌、酵母菌得到的糖类为基质，产生乳 酸。乳酸有很强的杀菌力，特别是抑制有害微生物的繁殖，以及有机物的急剧腐 败分解。乳酸菌群还能使木质素、纤维素等难分解的有机物转化为可溶性有机物， 6 避免未分解的有机物引起的各种危害。乳酸菌群在解除土壤毒性方面也有显著效 果。 ( 3 ) 酵母菌群：酵母菌群具有发酵性能，利用有机物和动植物的某些分泌 物及光合菌、固氮菌合成的氨基酸、糖类等为原料，合成有利于动植物生长的物 质。尤其是酵母菌合成的激素等生理活性物质，能促进根系生长及细胞分裂，也 有利于其它有效微生物( 乳酸菌、放线菌) 的增殖。 ( 4 ) 有用放线菌群：放线菌群是介于细菌和真菌之间的菌类。有用放线菌 群能利用光合菌合成的氨基酸等制造抗菌物质，抑制病原菌，并能提前利用有害 霉菌和有害细菌增殖中所必须的物质，从而抑制有害霉菌和有害细菌增殖，为其 他有用微生物创造良好的环境。有用放线菌和光合菌共存时，其抗菌性能比单独 利用有用放线菌群时增加数倍，有用放线菌还能提高菌根菌的固氮能力。 此外，e m 中还含有一些诸如发酵系的丝状菌等微生物”。 世界范围内e m 技术应用越来越广，日本的e m 技术推广应用机构已达4 0 0 多个，美国、法国、英国、巴西等6 0 多个国家十分注重e m 的推广。自1 9 9 2 年 e m 传到我国后，经中国农业大学、中科院南京土壤所、江苏省农科院等多家院 校与科研单位、全国2 0 多个省、地区的短短几年试验，在种植业、养殖业和环 境净化方面都取得了显著的作用和效果。现已广泛应用于种植业，养殖业和环境 保护等方面，并证实e m 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，在种植业、养殖业和环境空气 净化方面也都取得了明显的作用和效果”4 ”。 1 3 2e m 在水处理中的研究现状 在我国，e m 在污水处理中的应用开展得并不多，e m 在工业、生活等废水 治理方面的一些试验研究状况如下： 1 3 2 1e m 在生活污水治理方面的研究进展 北京市海淀区环卫科研所应用e m 净化粪便污水，b o d 去除率6 6 9 9 ， 出水c o d c ，为1 3 3 m g l ，b o d 为3 0m g i ，s s 为2 5m g l ，低于排放标准；臭 气强度平均为o 4 2 级，几乎无臭味；投资省、见效快、占地小、好管理e 3 5 o 日本冲绳县具志川市图书馆用e m 净化楼层生活污水，达到饮用水的标准， 无臭、无味，且大肠杆菌数低，为5m g l ，如小河流水一样清澈e 2 5 。 中南林学院资源与环境学院孟范平等人用e m 处理生活污水的结果表明：好 氧条件下e m 接种量为o 0 5 0 1 时，能显著提高污水的n h 4 + 一n 的硝化程度t 7 增幅达3 7 2 ，e m 大于o ，5 时，才能显著提高污水的除磷能力c 3 7 3 。 武汉大学邵青等人对e m 处理生活污水也作了一系列研究。2 一。n2 “。他们 通过大量实验认为：e m 对于生活污水中常见的三类污染物( 有机物、氨氮和总 磷) 均有一定的去除效果。且在好氧条件下对有机物、氨氮和总磷的去除效果优 于厌氧条件下的去除效果。去除有机物和脱氮除磷所需要的接种量也有很大差 别，去除有机物所需要的接种量较小( o 0 3 。) ，而脱氮除磷所需要的接种量较 大( 8 。1 0 。) 。 1 3 2 2e m 在工业废水治理方面的研究进展 南阳理工学院生物与化学工程系薛刚等人利用e m 技术处理高浓度有机工 业废水，使沼气发酵液c o d 由2 0 0 0 0 m g l 降到6 0 0m g l 8 0 0 m g l ，制药厂废 液c o d 由3 0 0 0 0 m g l 降到6 0 0 m g l1 0 0 0 m g l 。通过试验证实，e m 的确能对 高浓度有机废水起到净化作用，处理温度以2 0 3 0 。c 为宣 3 6 3 。 日本千叶县用e m 技术溶解工业用地下水中的锰和铁，原水在加了e m 的循 环水槽中停留6 h 后，含铁量从6 0 5 m g l 降到o 1 2 m g l ，含锰量从o 4 1m g l 降 到0 2 4m g l 3 8 1 0 宋昆衡等人采用了e m 在含高浓度硫酸盐有机废水处理上进行了试验，证实 e m 能利用c - h 、n h 3 和h 2 s 作为营养，对提高厌氧处理效果较为显著。用e m 处理猪场排放污水1 个月后，b o d 下降3 6 1 4 ，s s 下降6 9 左右1 3 8 3 。 目前，e m 技术可应用于处理含有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、制药厂等的废水，提高出水水质，从而避 免了这些废水对江河湖泊的污染，保护了环境。3 禾3 8 3 。 1 3 2 3e m 在江河湖泊污染生物修复中的研究进展 中国环境科学研究院利用e m 复合菌液，在广西南宁南湖进行了中试试验， 试验连续进行了1 0 个月，结果表明c o d c ，、b o d 、t n 、t p 等去除效果显著， 对湖泊水体具有良好的净化能力。经e m 处理后湖泊试验区各项指标可达到景观 娱乐用水水质标准，除去了以前疯长形成的绿油漆状的水华”“。 中山大学李雪梅等在藻型富营养化的湖泊水体中应用有效微生物群菌剂的 结果表明：有效微生物群对水体的透明度、叶绿素8 含量的改善有明显的效果， 有效抑制藻类的生长，防止水华的发生，改善景观 4 0 3 。 1 3 3e m 技术存在的问题 e m 技术应用于水处理领域已取得了一定的成果。但是，e m 技术在应用中 还存在一些问题有待深入研究，如e m 的安全性、e m 质量标准、e m 技术作用 机理、e m 复壮问题、e m 复壮液的营养平衡问题、e m 流失问题、e m 菌种分离 问题等 4 1 o 1 4 研究内容、研究方案及技术路线 1 4 1 研究内容 本试验研究包括以下三方面内容： ( 1 ) 富集培养试验 e m 原液中的微生物处于休眠状态，朱雪诞、车美芹等人的实验研究都已经 证实e m 培养液的生物降解效果要大大好于e m 原液的降解效果，原因是经过富 集培养后的e m 恢复了微生物活性，能更好的适应污水环境h 2 8 3 0 3 2 。e m 是 复合微生物菌剂，给予不同的营养条件培养出的占优菌种必然会不一样。本次富 集培养拟采用光合细菌培养基、放线菌培养基、酵母菌培养基、乳酸菌培养基和 复合培养基。 ( 2 ) e m 挂膜试验 以往的试验研究多采用投菌法降解生活污水和各类工业废水，而在e m 固定 化生物强化技术方面的研究较少。因此，本次试验着重在e m 固定化方面开展研 究工作，采用多种填料进行e m 挂膜试验研究。 ( 3 ) e m 挂膜填料生物降解试验 在富集培养实验和挂膜实验基础上，采用挂膜填料对人工合成污水和实际生 活污水进行生物降解试验研究，考察e m 挂膜填料的生物降解效果。 1 4 2 研究方案 1 4 2 1 富集培养试验研究方案 e m 原液呈弱酸性，p h 在6 0 左右。以往的富集培养实验分别采用了糖蜜和 高浓度食品污水作为营养物质，考察e m 培养成功的指标是p h 值，若p h 值降 到3 5 以下就认为试验成功。但由于e m 是复合微生物菌剂，在p h 小于3 5 的 条件下，e m 中的光台细菌、放线菌很难生存，故本次培养实验根据菌种生长最 佳p h 范围 4 3 - 4 7 ，光合细菌：6 5 7 5 ；放线菌：7 ，0 8 ，0 ；酵母菌：4 o 6 5 ； 乳酸菌：6 5 7 5 ：及四种菌种平均p h 值：6 0 ，用盐酸溶液和氢氧化钠溶液定 时调节培养液的p h ，并主要以生物量和微生物镜检两项指标判断培养是否成功。 菌悬液浓度实质反映微生物总数，细胞量实质反映微生物的生长量，而后者 9 更能说明菌种的生长状况。菌悬液浓度的测定操作简单，细胞量的测定操作复杂。 培养过程中同步测量这两项指标，考察二者之间关系。 选择e m 生长状况良好的培养条件进行e m 挂膜试验和生物降解试验研究。 1 4 2 2 e m 挂膜试验研究方案 实验中采用凹凸棒土填料、蒙脱石填料、弹性填料、组合填料和软性填料进 行挂膜试验研究。由于凹凸棒土填料和蒙脱石填料质轻易流失，拟采用s b r 运 行方式挂膜；弹性填料、组合填料和软性填料可悬挂置于反应器中固定不动，分 别采用s b r 方式运行和同时进水同时出水方式运行，考察e m 挂膜情况；凹凸 棒土填料和蒙脱石填料的运行是模拟流化床的工作原理，弹性填料、组合填料和 软性填料的运行采用了接触氧化工艺 5 2 5 6 。 1 4 2 3e m 挂膜填料生物降解试验研究方案 采用s b r 方式运行，考察凹凸棒土、蒙脱石、弹性、组合和软性挂膜填料 对人工合成污水和实际生活污水的生物降解效果，通过试验确定最佳曝气时间段 等参数。 采用接触氧化法运行，考察弹性、组合和软性挂膜填料对人工合成污水和实 际生活污水的生物降解效果，并调节水力停留时间和进水有机负荷等工艺参数。 测定挂膜填料上生物膜的生物量，计算生物膜含水率。 1 0 匝螺留长辎妖枣_【匝 占审 上 删 嚣 冒 删 s 士h 工j _ l 上 蓑 差 耋 錾 萋 g 萋| t 恒 型 瑚 菇 塔 划 捌 鼎 掣 融 掣 广一 t弋 一 去 集 耋 疆 鲁 髂 斗 弋 甚 爿 目 0上 翌 k 娄撩矍 型 薹 鼋 橥璧冀蒿 一 篓翥蔫熏 捌 t 蚺 翘 l 兰 l 下 1 弋 j i 球磐糕强搿吾鞘鹫爆留删器数堪堪禽 ffj f 蚕恤涨磐栋罢划霉迸踺鳝翻枣碌 f 蹯尉蛊赠丑 【i_i囤武婿密妖器星繇堰将 繇蟹* 辎n 寸h 第二章e m 富集培养试验研究 2 1 材料与方法 2 1 1 实验材料 ( 1 ) e m 原液： 试验用e m 菌液为日本株氏会社爱睦乐a m r o 环保生物技术有限公司提供 的e m l 原液，生产批次为2 0 0 3 年3 月2 6 同。 ( 2 ) 培养基1 4 8 - 5 0 3 光合细菌培养基： 乙酸钠2 9 ，碳酸氢钠1 9 ，氯化氨1 9 ，氯化钠1 9 ，磷酸二氢钾o 5 9 ，磷酸氢 二钾0 2 9 ，硫酸镁o 2 9 ，氯化钙o 0 1 9 ，蛋白胨1 9 ，酵母膏0 3 9 ，水i l ； 放线菌培养基： 可溶性淀粉2 0 9 ，磷酸氢二钾0 5 9 ，氯化钠o 5 9 ，硫酸镁o 5 9 ，硝酸钾1 9 ， 硫酸亚铁o 0 1 9 ，水1 l ； 酵母菌培养基： 葡萄糖1 0 0 9 ，蛋白胨7 9 ，酵母膏7 9 ，磷酸二氢钾1 9 ，硫酸镁0 5 9 ，水l l ； 乳酸菌培养基： 葡萄糖2 0 9 ，酵母膏1 0 9 ，水1 l ； 复合培养基： 葡萄糖1 0 9 ，可溶性淀粉5 9 ，蛋白胨5 9 ，酵母膏5 9 ，磷酸二氢钾l g ，硫 酸镁0 5 9 ，硝酸钾l g ，硫酸亚铁o 0 1 9 ，氯化钙o 0 1 9 ，水1 l ； 2 1 2 实验设备 e m 富集培养试验所需的仪器和设备主要有：w m k o l 型温度控制器、a f 一1 型电热干燥箱、j j 2 0 0 型电子天平、l d 5 2 型离心、小型曝气泵、n i k o n 型显微 镜、h a c h 公司的便携式溶氧仪，7 2 1 分光光度计等。 2 1 3 试验方法 为恢复e m 中微生物的活性和增加e m 中微生物的数量，分别选取不同的富 集培养基和不同的培养条件对e m 进行富集培养。培养基湿热灭菌3 0 m i n ，取 2 0 0 m l 培养基放入2 5 0 m l 的磨口玻璃瓶中，按e m 原液5 的比例接种并混合均 匀，连续培养9 天。每天测量培养液菌悬液浓度( 即培养液光密度o d 值) 、培 养液细胞量( 用1 0 5 c 烘干称重法) 、制做微生物涂片观察生物相。 菌悬液浓度测定方法：采用光密度法测定悬浮培养细菌的浓度，用分光光度 计在6 5 0 n m 波长处，以蒸馏水为参比溶液，测定菌体浓度。 细胞量测定方法：取5 m l 富集培养液于试管中，在5 0 0 0 r p m 条件下离心 1 0 r n i n ，弃去上清液，用o 1 m o l l 的h c l 溶液洗涤菌体，收集菌体在称量皿中( 预 先将称量皿烘干至恒重并称量) ，在烘箱中1 0 5 。c 条件下干燥至恒重后称重，再 减去称量皿的重量便可计算出细胞干重。 微生物涂片制作方法：细菌个体微小，必须通过染色使其着色后，才能较好 地在光学显微镜下观察其个体形态与部分结构。采用吕氏美兰染色法，用接种环 取一环培养液在载玻片上调匀涂成极薄的菌膜，经自然风干后载玻片在酒精灯火 焰上通过3 4 次，加热以固定细菌，后用吕氏美兰染液对其染色、水洗，最后 自然风干，完成微生物涂片的制作。 密闭培养将玻璃培养瓶密封；曝气培养在培养瓶中放置砂芯曝气头，外连曝 气泵，控制溶解氧2 - - 4 m g l 。 采用不同培养基培养e m ，调节培养液p h 值在不同菌种的最佳生长口h 范 围，其目的是在培养液中培养出不同的优势菌种，具体的培养条件见表2 1 。 表2 - 1 选择培养基的培养条件 培养慕名称密闭或曝龟调节n h 范嗣 光合细菌j 窘养基察闭、光暖3 0 0 0 i x6 5 _ 7 5 放线菌培养基曝气 7 o 一8 o 酵母菌培养基曝气 4 o 6 5 乳酸菌培养基密闭 6 5 7 5 复合培养基密闭6 0 左右 复合培养基曝气6 0 左右 2 2e m 密闭培养试验 2 2 1e m 密闭培养实验结果 采用光合细菌培养基、乳酸菌培养基和复合培养基对e m 原液密闭培养。第 一次培养后再重复进行第二次培养，考察e m 培养的重现性，同一次培养相同培 养条件下设置平行样( 即1 # 平行样和2 # 平行样) ，考察e m 平行样的生长共性。 详细测量数据见表2 2 至表2 _ 4 。 表2 - 2光合细菌培养基培养结果( 光密度o d 值) 汰 6 76 8696 i o6 1 16 1 26 1 36 1 46 1 5 第一次培养l # 平行样 0 1 6 0o 3 1 905 0 105 0 605 4 80 6 7 007 9 808 2 0 10 0 0 第一次培养2 # 平行样 0 1 6 402 9 40 4 1 10 4 l oo 4 2 90 4 4 90 4 7 80 4 8 905 3 0 第二次培养i # 平行样 0 0 9 403 6 105 4 90 6 3 907 4 007 9 8o 8 6 0 09 1 5 第二次培养2 # 平行样 0 1 0 90 2 6