（环境工程专业论文）光合细菌的增殖培养及其处理城市污水中氮磷的研究.pdf

光合细菌的增殖培养及其处理城市污水中氰磷的研究 光合细菌的增殖培养及其处理城市污水中氦磷的研究 捅要 本文研究了光合细菌法在城市污水处理中的应用，主要研究了光合细菌的增 殖培养、光合细菌的固定化及其对城市污水中氮磷营养物质的处理。首先使用特 定的培养基，以及富集和分离技术，从青岛栈桥海域的底泥中分离出海洋光合细 菌菌株；然后以分离出的菌株为基础进行扩大化培养，探讨适宜的培养条件，包 括合适的温度、光照、p h 、以及盐度和接种量对海洋光合细菌生长的影响，同时 讨论了植物生长激素对其生长速率的影响，尝试利用植物生长激素来促进光合细 菌的生长，以进行光合细菌的增殖培养；最后是选择合适的固定化方法将光合细 菌固定化后用来处理城市污水，研究固定化光合细菌对城市污水中氮磷营养物质 的实际去除效果及影响因素。本文的实验结果主要有：。 1 对光合细菌培养条件的研究中发现海洋光合细菌具有生长周期长。高耐 盐性、嗜冷性等不同予土壤和淡水中光合细菌的生长特性。 反增殖培养的实验结果表明十烷酵、赤霉素和a 一萘乙酸这三种植物生长 激素在低浓度下( o im g l 1 0m g , l 对海洋光合细菌的生长均有促进作用， 其中赤霉素的促进作用最明显，其最佳质量浓度为0 5m g l ，经1 2 天培养后， 细菌浓度比对照组可提高1 5 3 9 。这表明在增殖培养中，通过向培养基中添加 某些植物生长激素来促进光合细菌的生长是可行的。 3 、采用海藻酸钠包埋法固定化光合细菌能够明显提高光合细菌去除城市污 水中氮磷的效果；固定化光合细菌在2 5 ，光照微好氧的条件下对氮磷的去除 效果最好；固定化细菌易采用稳定初期的光合细菌，细胞负荷易采用低密度，并 且饥饿处理可明显提高光合细菌对氮磷的去除效果。 4 、在最佳去污反应条件下。固定化光合细菌对城市污水中的氮磷营养物质 有着较好的处理效果，处理3 d 后污水中定的p 0 广p 和n h a - n 的去除率分别达到 8 8 7 8 和7 6 8 0 ；植物生长激素不仅能够促进光合细菌的生长还能够提高其 净化p o - p 和嘲广n 能力，通过添加植物生长激素能够提高固定化光合细菌脱氮 除磷的效果，污水中的p o 。_ p 和 m b 州的去除率分别提高到9 5 1 6 和8 7 9 9 光台细菌的增殖培养及其处理城市污水中氯磷的研究 上述研究结果证明，光合细菌法去除城市污水中氮磷营养物质具有较大的应 用潜力，同时为光合细菌的增殖培养及其在城市污水处理中的应用提供了基础资 料和理论依据。 关键词：光合细菌；固定化；脱氮除磷；增殖 光舍细菌的增殖培养及其处理城市污水中氮磷的研究 s t u d i e so nt h e p r o l i f e r a t i o no fp h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i a ( p s b ) a n di t s r e m o v a lo fp h o s p h o r u sa n d n i t r o g e nf r o mm u n i c i p a lw a s t e w a t e r a b s t r a c t a p p l i c a t i o no fp h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i a ( p s b ) o i lt h et r e a t m e n to fm u m o p m w a s t e w a t e ri sm v e s f i g a t e di nt h i sd i s s e r t a t i t h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e so n l t u r e c o n d i t i o n s 、i m m o b i l i z a t i o nm e t h o do fp s ba n dr 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 o fa c t u a lm u n i d p a lw a s t e w a t e rw i t i li m m o b i l i z e dp s b c e l l s f t r s f l ym a r i n ep s b i s s e p a r a t e da n dp u r i f i e df r o ms e am u da r o u n dq i n g d a op i e rb ys p e c i f i c a l l yc u l t u r e m e d i u ma n dl n e a n $ o fa g a rd i l u f i o n s e c o n d l y ，t h ee f f e c to ft e m p e r a t u r e 女 i l l u m i n a l i o n 、p h 、s a l i n i t y a n d i n o c u l a t i o n 0 1 1 t h e c u l t u r e o f m a r i n e p s b i s d i s c u s s e d 。 a tt h e 咖et i m e , t h ei n f l u e n c e so ft h ep l a n tg r o w t hh o r m o n e so 杜t h eg r o w t ho fp s b a l s ob es t u d i e d ，a n da t t e m p tt op r o m o t ep r o f i f e r a f i o no fp s bb ya d d i n g $ o m ep l a n t g r o w t hh o r m o n e s f i n a l l y ，p s bi si m m o b i l i z e da n da p p l i e dt or e m o v ep h o s p h o r u 8a n d n i t r o g e nf r o mm u n i c i p a lw a s t e w a t e r t h er e s u l t so ft h ee x p e r i m e n t si n c l u d e d ： t 、c o m p a r i n gt oo t h e rp s bi s o l a t e df r o ms l u d g eo rf r e s h w a t e r ，t h eg r o w t hp e r i o d o fm a r i n ep s bw a sl o n g e r ，a n dc u l t u r a lt e m p e r a t u r ew a sl o w e r ，a n ds a l i n i t yf o ri t s g r o w t hw a sh i g h e r 2 、，t h et h r e ep l a n tg r o w t hh o r m o n e s ( t r i a e u n t a n o lhg i b b e r e l l i na n do n a p h t h y l a c e t i ca c i d ) c o u l de n h a n c et h eg r o w t ho f p s bi nl o wc o n c e n t r a t i o n ( 0 1m g l - - i 0 m g l ) i n t h i s a s p e c t ，t h e b e s t i s g i b b e r e l l i n ，o p t i m u m c o n c e n t r a t i o n o f w h i c h i s0 5m g l ，a n da f t e r1 2d a y so fc u l t i v a t i o n ，t h eb a c t e r i ac o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e db y 1 5 3 9 t h a ni nc o n t r o l l e dg r o u p s t h i si n d i c a t e st h a ti ne n r i c h m e n tc u l t i v a t i o n ，i ti s f e a s i b l ea n dp r a c t i c a lt op r o m o mt h eg r o w t ho fp s bb ya d d i n gs o m ep l a n tg r o w t h h o r m o n e s 3 、t h em a l i n ep s bw h i c hi si m m o b i l i z e db yc a l c i u ma l g i n a t e 啪e n h a n c ：et h e r e m o v a le f f i c i e n c yo fna n dp e v i d e n t l y t h ei m m o b i l i z e dp s bs h o w st h eg r e a t e r d i s s o l v i n gc a p a c i t yo f n ，pi nt h ec o n d i t i o no f 2 5 、l i g h t - a e r o b i c ，b e r g c e l lo f l o wd e n s i t ya n dt h es t a r v a t i o nt r e a t m e n l 光合细菌的增殖培养及其处理城市污水中氮磷的研究 4 、a tt h eo p t i m u mr e a c t i o nc o n d i t o n ，t h er e m o v a lr a t eo fp 0 4 一pa n dn h 3 一ni n h r t3d a y si s8 8 7 8 ，7 6 8 r e s p e c t i v e l y , p u r i f i c a t i o nc a p a c i t yo fn i t r o g e na n d p h o s p h o r u so fp h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i aa l s o b ep r o m o t e db ya d d i n gp l a n tg r o w t h h o r m o n e s s ot h er e m o v a ll a t eo fp 0 4 - pa n dn h 3 - no fm u n i c i p a lw a s t e w a t e ri s 一e n h a n c e d t o9 5 1 6 ，8 7 9 9 b ya d d i n gp l a n tg r o w t hh o r m o n e st ot h ei m m o b i l i z e d p s b the r e s e a r c hr e s u l ta b o u tm a r i n ep s bi m m o b i l i z e ds y s t e mp r o v i d e st h e o r e t i c b a s i sf o rr e m o v a lo fp h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nf r o mm u n i c i p a lw a s t e w a t e rr e m o v i n g ， a n dt h er e s e a r c hr e s u l ta b o u tp r o l i f e r a t i o nc a nb e u s e da st h e o r yb a s i sf o rm a s s c u l t i v a t i o i l0 fp s b k e yw o r d ：p h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i a li m m o b i l i z e d ir e m o v a l o fn i t r o g e na n d p h o s p h o r u s sp r o l i f e r a t i o n i v 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( 洼：垫遗查基丝显要缱型直盟 盥! 奎拦互窒2 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：匆夥 签字日期2 归辞f 月，p 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：丢 易 签字日期：妒6 年f 月6 日 学位论文作者毕业后去向； 工作单位： 通讯地址： i 导师签字： 身瓿也 签字日期：多鲫俘易月f 文日 电话： 邮编： 光合细菌的增殖培养及其处理城市污水中氮磷的研究 0 前言 中国水资源总量约为2 5 1 万亿立方米，居世界第6 位，但人均水资源仅相 当于世界人均占有量的1 4 ，排在世界第1 2 1 位，是世界1 3 个贫水国家之一。 在全国6 0 0 多座建制市中，有近4 0 0 座城市缺水，其中缺水严重的城市达1 3 0 多 个。与此同时，水环境污染日益严重。水资源短缺和水环境污染己成为制约我国 经济和社会发展的重要因素。 随着工农业生产的发展以及人民生活水平的提高，大量使用化肥及排放各类 污水，已造成许多永体氮磷严重超标，因此水体富营养化现象日趋突出我国大 部分的地表水都有着不同程度的氮磷超标问题，据统计中国主要湖泊由予氮磷污 染而导致富营养化的占总统计湖泊的5 6 之多1 9 8 3 年高拯民统计的我国主要 风景湖泊含氮量基本情况表明，统计中的湖泊全部超标，多数湖泊t n 浓度一股 比相应功能区划标准高出5 1 2 5 倍，t p 浓度高出1 0 5 0 倍。富营养化已成为 我国湖泊当今重大的环境问题。 造成水体富营养化现象的主要因素就是水体中的氮和磷的快速积累。含有高 氮磷的城市污水是富营养化的主要来源，因此目前城市污水的脱氮除磷问题受到 普遍关注 光舍细菌的增殖培养及其处理城市污水中氮磷的研究 1 研究意义与内容 1 1 课题的提出及研究意义 我国改革开放二十年来，国民经济及城市建设得到高速发展，城市规模与人 口的增加，带来了城市的勃勃生机，也同样带来了水污染控制及水环境保护问题 随着工业废水和生活污水的排放量日益增加，造成水体富营养化现象日趋突出， 目前我国5 0 以上的主要湖泊、水库都处于富营养化状态，给国家造成了很大 的经济损失富营养化己成为我国湖泊当今重大的环境问剧”造成水体富营养 化现象的主要因素就是水体中的氮和磷的快速积累。因此，控制富营养化的一个 重要措施就是对流域内城镇污水提高脱氮除磷效率。我国新颁布的污水综合排 放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 对城市二级污水处理出水的氮磷指标提出了较为严格的 要求，要求出水中氨氮含量根据受纳水体的等级分别不超过1 5 m g l 和2 5 m g l ； 磷的含量根据受纳水体的等级分别不超过0 5 m g l 和1 0 m g l 目前我国大多数城市污水厂采用生物处理技术主要包括活性污泥法、生物膜 法和厌氧法。活性污泥法和生物膜法所需的机械化程度高，维护管理复杂，占地 面积大，且只能用于处理低浓度有机废水；丽厌氧法虽能处理高浓度有机废水， 但处理时启动慢，对温度要求也高【2 l ，并且从目前城市污水的处理现状来看，在 一般的生活污水厂中虽然c o d 和s s 的去除率能够得到保证，但出水中仍含有足 以引起富营养化的氮和磷，长期的监测结果为t n 4 0 m g l - - 5 0 m g l 及t p 2 0 m g l 3 0 m g l ，其结果远不能达n - - - 级排放标准。 光合细菌处理有机废水即p s b 法是一种新的污水生物处理法，是近三十年来 环境科学的一项新进展。p s b 法在有机废水生物处理中的优势已经引起人们的重 视，并且在许多国家得到推广和应用光合细菌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，其中不少种属能耐受高浓度有机物，并具 有较强的分解和去除有机物和氮磷营养物的生理特性因此，在自然光照和微好 。 氧条件下，能对各种高浓度有机废水进行高效率的处理，并且在处理前不需对废 水进行稀释光合细菌法处理城市污水代表污水处理的更新方向，即“三低”( 低 投资，低费用，低管理水平) 与上述几种常规处理方法相比，光合细菌处理法 具有占地少，投资小，能耗低、工艺简单，可直接处理高浓度有机废水等优点， 2 光合细菌的增殖培养及其处理城市污水中氮磷的研究 而所得的副产品菌体污泥可综合利用，作为鱼和家畜的饵料，不造成二次污 染翻另外，光合细菌处理废水还可以与光合细菌产氢结合起来，以便在处理废 水和获得单细胞蛋白( s c p ) 的同时，得到新能源。因为它的安全性和有效性，使 其有望成为生物法处理有机废水的首选菌种。 本研究针对城市污水采用传统的二级生化工艺处理后，出水中氮磷含量仍过 高而引起水体富营养化现象日趋严重的问题，探讨光合细菌法处理城市污水中氮 磷营养物质的可行性，以实现快速高效的去除污水氮磷营养物质，这对于减轻富 营养化，保护和改善饮用水源水质都有很大的意义。 1 2 研究内容与目的 1 2 1 研究内容 虽然游离光合细菌应用于有机废水处理效果好、投资少、占地小，但也存在 一些不足之处，如菌体易随废水流失，同时光合细菌体积小难分离等，运用固定 化技术可部分解决这些问题，因此本文研究了光合细菌的固定化方法，为了快速 培养光合细菌，本文同时对光合细菌的增殖培养也做了一些研究。本课题的研究 内容有r ( 1 ) 菌种的分离、纯化和培养；t 讨论光照强度、温度、p h 值、盐度和菌种 接种量对光合细菌生长的影响，以确定光合细菌生长的最佳条件。 ( 2 ) 光合细菌增殖培养的研究：选择三十烷醇。d 一萘乙酸和赤霉素三种 植物生长激素，研究在最佳培养条件下这三种植物生长激素对海洋光合细菌生长 的影响，以及各种植物生长激素促进光合细菌增殖的最佳质量浓度。并以p 0 , 一p 和n h 3 - n 为指标探讨植物生长激素对光合细菌净化污水能力的影响，尝试用植物 生长激素对光合细菌进行增殖培养，为光合细菌的增殖培养和应用提供依据。 ( 3 ) 以处理城市污水中氮磷营养盐为实际，选择适合光合细菌的固定化方 法，以加强光合细菌对氮磷的处理能力 ( 4 ) 讨论影响固定化光合细菌脱氮除磷效果的因素，主要集中于固定化菌 球本身的因素和环境因素如菌龄、饥饿、菌球负荷、光照、溶解氧、温度等同 时研究添加植物生长激素是否能提高固定化光合细菌对城市污水中氮磷的实际 去除效果。 3 光合细菌的增殖培养及其处理城市污水中氮磷的研究 1 2 2 研究目的 ( 1 ) 寻找快速培养光合细菌的方法，以缩短菌体培养的时间，同时获得高 浓度的菌液用于污水处理，这将为光合细菌的大量培养和应用提供依据。使p s b 的研究更多地应用于生产实际，实现规模生产 ( 2 ) 研究光合细菌应用于城市污水处理中以去除氮磷营养物质的可行性， 并采取适当的生物强化技术提高废水的实际处理效果。从而寻求一种效率高、技 术简便、经济的处理城市污水中氮磷的方法，同时为光合细菌在城市污水处理中 的应用提供理论依据。 1 3 论文的创新点 对光合细菌的研究虽然早已经开始，但目前对光合细菌的应用研究，主要集 中在水产、制氨、酵母等工业废水的处理研究上，试验中取得效果的也主要是啤 酒、罐头、屠宰油脂等废水的处理，将光合细菌应用在城市污水氮磷处理中的 还极少有见报道。本文利用光合细菌的同化氮磷营养物质的特性将光合细菌用于 城市污水处理，拟开发出一条城市污水脱磷除氮的新方法。选用的实验菌株为海 洋光合细菌，由于海洋光合细菌具有与海洋这一特定生态环境相适应的特殊生理 性质如生长周期长、嗜盐性、嗜冷性、耐贫营养性等，有利于扩大光合细菌的应 用范围。同时为了解决光合细菌生长缓慢菌体浓度不高的问题，本文对光合细菌 的增殖培养进行了研究，尝试用外加植物生长激素的方法来促进光合细菌的生长 对其进行增殖培养，并讨论了其对光合细菌净化氮磷能力的影响，这也是一个创 新点。 4 光合细菌的增殖培养及其处理城市污水中氰磷的研究 2 文献综述 2 1 光合细菌的概况 2 1 1 光合细菌的生杏意义 光合细菌( p h o t o s y n t h e t i cb a c t e n a ，简称p s b ) 是能够进行进行不放氧光合 作用的一类细菌，它是地球上最早出现的具有原始光能合成体系的原核生物，广 泛分布在海洋、湖泊、水田、污泥等各个角落，能充分利用光能和各种有机物为 其营养源进行自身的营养繁殖光合细菌类型多样。主要由红螺菌科 ( 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 绿色丝状菌科( c h l o r o f l e x a c e a e ) 4 科组成，它们的生理生态特性彼此不同，、 其中在生产上有意义的红螺菌科包括红螺菌属、红假单胞菌属和红微菌属【4 1 。在 不同的自然环境下，p s b 具有多种生理功能，如硫化物氧化、固碳、固氮和脱氮， 在自然界物质转化和能量循环中起着重要作用，同时菌体含有丰富的营养物质， 所以光合细菌被广泛应用于水产、养殖、饲料、环境保护，新能源开发等方面 光合细菌的生态意义主要有嘲。 ( 1 ) 水体自净作用：污水排入水体，使水质恶化，使江湖河海成为富营养 化，动物性及植物性的浮游生物大量增殖。冬季时，气温低，这些生物死亡，沉 入水底春季随气温上升，这些死亡的生物经腐败菌的作用又成为污染源，再分 解的同时产生有毒物质、恶臭物质，使水体严重恶化。水底污泥腐败分解后h 2 s 浓度可达到数十至数百p p m ，并含有毒胺类达数百p p m ，当这些物质大量存在时， 恶臭向上层扩散，植物、动物的生长受到阻碍，甚至死亡而光合细菌不但能利 用这些有毒的胺类、 1 2 s 等，而且能分泌对动植物有益的活性物质，因此，光合 细菌在污水的净化过程中起着重要作用。 ( 2 ) 固氮作用和固碳作用：所有光合细菌都有固氮能力，在厌氧光照条件 下固氮能力最强。光合细菌和固氮菌共存时，其固氮能力迅速上升混合培养时 也同样能提高其他细菌的固碳能力。光合细菌在自然界里，具有和其他菌群广泛 共生关系并大大提高其固氮、固碳能力，使光合细菌在自然界中更有意义。 ( 3 ) 水体中的天然“饵料”：光合细菌利用光能固定0 吼，并且依据其环境 5 光合细菌的增殖培养及其处理城市污水中氯磷的研究 中碳、氢、氮等比例的变化，发挥其固氮和固碳作用，同时增殖的菌体是水体动 物性浮游生物捕食的好“饵料” 近年来由于资源匮乏，环境污染等问题的困扰，使世界各国不少的科学工作 者将目光转向了这种新的微生物资源一光合细菌的开发和应用 乞1 2 光合细菌在污水处理中的应用 1 _ _挑r 一， 一 一 2 1 2 1 光合细菌在污水处理中的应用概况 自6 0 年代小林正泰等日本学者首先发现光合细菌对有机废水的降解作用以 来光合细菌法处理有机废水成为光合细菌的主要应用。日本已经先后成功对粪 尿、食品，淀粉、皮革及豆制品加工废水进行处理，建立了一批日处理几十、几 百乃至几千吨高浓度有机废水的大、中型实用系统，运转l o 多年来，效果良好， 充分显示了p s b 处理法的优越性，具有重要的开发利用价值韩国1 9 8 1 年在大 邱市酒精厂建成日处理6 0 0 t 、b o d 高达2 3xl o m g l 的大型酒精废水处理厂并 投入运行。美国、澳大利亚等国使用此类生物技术处理城市污水，已经取得十 分可喜的效益嘲我国从5 0 年代起中科院及有关单位就陆续开始对光合细菌进 行了一系列基础理论研究，运用p s b 处理有机废水方面也取得了一定成绩。 ( 1 ) 柠檬酸废水处理： 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。此后，1 9 9 5 年管希夷【7 】等人又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 - 1 ，出水c o d 的去除率也提高至9 7 。5 。1 9 9 3 年，饶汉东嘲等 采用柠檬酸废水一培养饲料酵母一可溶化槽- - p s b 槽一活性污泥的工艺流程来处 理柠檬酸废水，结果表明，c o d 和b o d 去除率均在9 8 以上，c o d 负荷为 6 k g ( m 3 d ) 一 ( 2 ) 淀粉废水处理： 淀粉在加工过程中产生大量的高浓度酸性有机废水，其含量随生产的波动而 不断变化，c o d 通常在1 0 0 0 m g l 左右如将该废水直接排放到环境水体中，将 对环境造成严重污染王宇新唧等进行了p s b 法处理淀粉废水的中试研究表明， p s b 法的最佳运行条件是光照微好氧、在p s b 槽中停留时问3 6 h 4 2 h 、3 0 左右、 6 ，b 合细菌的增殖培养及其处理城市污水中氨磷的研究 p h 7 0 ，淀粉废水经处理后，c o d 去除率为9 5 7 。 ( 3 ) 豆制品废水处理： 华东师范大学成功的完成了p s b 法处理豆制品废水的中试【l 川，当p s b 段进水 c o d 为1 2 0 0 0 r a g l ，b o d 5 为8 5 0 0 m g l ，容积负荷为4 2 3 k g c o d ( m 3 d ) 。时，p s b 段出水c o d 为8 1 7 6 m g l ，b o d 5 为1 4 6 4 m g l ，c o d 的去除率为9 3 2 ，b o d 6 的 去除率为9 8 3 ，同时有较高的脱氮效果，t n 的去除率约6 6 7 。李景生【圳 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，结果 表明，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 5 和s 的去除率分别为9 7 、9 8 、8 6 。 ( 4 ) 养猪场污水处理： 养猪场污水也是一种高浓度有机废水。陈繁魁1 2 1 等采用煤渣作为填料，p s b 培养物作为挂膜菌的生物接触氧化法，来处理养猪场污水，结果表明，停留时间 1 2 h ，气水比为2 0 ：i 时效果最好，在此条件下，c o d 、n i 3 - - n 、n o j - n 、s 2 。的平均 去除率达到8 9 3 、8 0 。i 。9 0 6 ，8 2 4 ，接触氧化塔的平均去除有机负 荷为l9 8 k g ( m 3 d ) 一。廖新娣1 3 1 等用p s b 混合菌种进行p s b 法降解猪场污水 试验，结果表明，在1 7 乙2 5 、p h 值6 7 7 5 光照1 0 0 0 3 0 0 0 l x 的条件下， 不同污水浓度对降解能力影响不显著，不同处理时间对降解能力影响极为显著， 在加入菌种后2 4 h ，c o d 的降解率可达5 5 4 ， ( 5 ) 酒精废水处理； 朱核光【1 4 1 等采用p s b 法模型试验研究处理酒精废水，工艺流程分为可溶化前 处理段，p s b 主处理段、活性污泥后处理段3 个阶段，其中可溶化处理糟的停留 时间2 d ，光合细菌槽停留时间为4 d ，曝气池停留时间8 5 h ，原水c o d 为 2 2 4 0 0 m g l ，处理后出水c o d 平均为1 0 2 5 m g j l ，接近排放标准，p s b 段细菌数量 可达4 5 1 0 个哪l 1 ，曾宇嘲等曾用光合细菌处理不同时期郎酒酒厂底锅废水， 结论为在可溶化厌氧光照培养条件下，光合细菌的生长最好，第5 天对c o d 的去 除率为8 0 0 1 ，充分显示了p s i 的生长优势。 ( 6 ) 染料废水脱色。 牛志卿1 同等采用聚集一交联法固定红螺菌用于处理活性艳红x - 3 b 染液，脱色 率在7 5 以上吴国庆“7 1 等采用脱色性能较好的红螺菌对1 5 种染料进行了初步 7 光合细菌的增殖培养及其处理城市污水中氨磷的研究 脱色实验，在厌氧黑暗条件下对其中1 2 种染料具有良好的脱色作用，其中直接 染料、酸性染料等脱色率均在9 0 以上。 ( 7 ) 焦化废水处理： 刘建梨墙1 等将光合细菌固定于活性污泥上，进行好氧条件下处理焦化废水的 一动态试验。采用的流程如二一一一一一一一一 图2 i - - l 所示光合细菌活性污泥反应器的容积为4 0 0 0 r a l ，停留时间为1 2 h ， 水温3 0 5 3 5 ，溶解氧含量4 2 6 a m s k 。p h 8 5 9 。0 ，经过1 5 d 驯化和 1 5 d 连续测定，焦化废水的含酚量可由进水的1 3 5 3 4 7 m g l 降至7 1 8 m g l ，去 除率9 5 ，c o d 去除率为6 8 7 4 ，取得了比较满意的试验效果，并在试验 研究的基础上，建立了焦化废水光合细菌法处理系统，应用结果表明，处理系统 对酚去除率达9 4 ，氰化物、b o d 的去除率在9 0 以上，n l j 3 - _ n ，硫化物去除率 在6 0 以上，处理后的水全部用于熄焦，增加了水的重复利用，减少了有害物 质排放。 图2 i - i 光合细菌法处理焦化废水工艺流程 f i g2 i - ip r o c e s so ft h et r e a t m e n to f c o k i n gw a s t e w a t e rw i t hp s b ( 8 ) 催化裂化与加氢废水处理： 韩庆祥1 9 1 等采用软性纤维固定红假单胞菌，在2 8 l 柱式反应器内，对炼油厂 催化裂化与加氢废水( 已经过汽提及厌氧硝化预处理) 进行处理。反应器进水c o d 为4 7 0 = g l ，溶解氧含量晚5 l5 m g l 。结果表明，当废水停留时间为7 0 h 时， 处理后出水的c o d 小于1 0 0 = g k ( 脱菌体后) ，出水中菌体浓度为4 2 5 m g l ，c o d 去除率为8 0 4 ，当废水停留时间为5 0 h 时，c o d 去除能力达到最大值，作者认 为，用光合细菌处理该废水，若以达到排放标准为目的，废水停留时间可为7 0 h ， 如还有后续处理工艺，则废水停留时间可为5 0 h ， 。 ( 9 ) 制革废水处理： s 光舍细菌的增殖培养及其处理城市污水中氰磷的研究 席淑琪 2 0 1 等人曾用红色非硫细菌三级内装软性纤维填料的生物接触氧化槽 连续处理工艺处理过高浓度制革废水，结果发现，在4 0 d 的运行中无需清除多余 的光合细菌污泥，c o d 浓度高达8 0 0 0 m g l 左右的废水经2 4 h 可溶化处理后，采 用驯化的红色非硫细菌混合菌种处理，7 2 h 的平均去除率为c o d 9 0 a ( 波动范 围8 7 9 8 ) 、s 2 9 8 ( 波动范围9 7 5 1 0 0 ) 、b o d 5 大于9 1 。 ( 1 0 ) 利用有机废水产氢 p s b 具有产氢速率高、能量转化率和氢气纯度高、产氢不产氧，可利用碳源 广泛等优点。利用有机废水产氢是光合细菌产氢的又一个重要的研究开发内容。 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 解氧极易为好氧或兼性厌氧微生物消耗，从而造成厌氧环境，有利于光合细菌产 氢。产氢的同时也伴随着有机物的降解和光合细菌的生成，废水可以得到净化。 刘双江【2 i 】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，豆制品c o d 浓度在7 5 6 0 1 2 6 0 0 m g l 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 ) ，气体中h 2 含量在6 0 以 上，废水c o d 去除率6 2 3 7 8 2 ，当废水c o d 浓度在1 2 6 0 5 0 4 0 m g l 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 d ) 一，气体中h 2 含量在 7 5 以上，废水c o d 最终的去除率为4 1 6 0 3 ， 2 1 2 2 光合细菌处理污水的原理及特点 光合细菌之所以能在有机废水中起净化作用，是与其细胞结构和物质、能量 的代谢分不开的。常用于废水处理的是红螺菌科的一些菌种，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卜素，可进行光合磷 酸化和光氧化还原反应在好氧黑暗下，细菌缺少这种载色体，此时它通过三羧 酸循环来进行有机酸代谢；在厌氧光照时，又很快形成载色体，上述循环受阻， 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p s b 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 厌氧甲烷细菌对倪那样敏感，即使生境中仅增加，其降解活性不受影响，可通 过氧化磷酸化取得能量。光合细菌在厌氧、好氧条件下均可降解有机化合物的特 9 光合细菌的增殖培养及其处理城市污水中氮磷的研究 性是光合细菌处理高浓度有机废水的主要原因丝明 光合细菌污水处理法( 简称p s b 法) 正是基于上述原理而建立的一个高浓度 有机废水处理的人工生态系统，它有以下特点嘲： ( 1 ，光合细菌处理有机废水具有可直接处理高浓度有机废水，有机负荷高。 ( 2 ) 脱氮除磷效果好。氮、磷是光合细菌繁殖的必需物质。水体中的氮。磷被其，一 吸收以生物活体组织的形式存在于水中，阻断其它水生物质对氮磷的利用 ( 3 ) 受季节影响小，在1 0 _ 4 0 内均可处理，且容易管理 ( 4 ) 不存在污泥的处理问题，处理后的污泥是很好的有机肥料，其中的单细胞蛋 白还可作饲料，不会造成= 次污染 ( 5 ) 所需的场地小( 仅为活性污泥法的1 4 1 5 ) ，而且费用低，见效快，可操 作性强 ( 6 ) 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 1 乞3 光合细菌处理工艺 常用的光合细菌法工艺流程见图2 i - 2 所示 鲋辅1 甲养 瓣水一初泓一缸她一耆龛篓一沉甲一霹 + i 善糯泥 毒水 图2 1 - - 2p s b 法一般工艺流程 f i g2 1 2p r o c e s so fp h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i at e c h n i q u e 影响光合细菌处理效果的因素主要有伽： ( 1 l 预处理 。 一- 预处理是影响处理效果的最关键的一步，由于光合细菌的营养物质主要是低 分子有机酸、氨基酸、糖类等，除可直接利用油脂外，对大分子物质，如淀粉、 多糖、蛋白质等利用速率较慢，所以用光合细菌法处理有机废水，应先进行预处 光合细菌的增殖培养及其处理城市污水中氮磷的研究 理，又称可溶化处理预处理效果的好坏是影响光合细菌处理效果的关键。目前 常用的预处理方法一般有加絮凝剂、接种异养菌的两步培养法、接种异养菌、预 曝气处理和厌氧酸化处理等。 ( 2 ) 光照和溶解氧 虽然光台细菌在好氧、微好氧和厌氧条件下都能降解有机物，但溶解氧对其 降解效果仍有一定影响。有研究表明在光照厌氧、黑暗厌氧、黑暗好氧、光照微 好氧下光合细菌均能降解有机物。通常光照微好氧效果 黑暗好氧 光照厌氧 黑 暗厌氧，可能是因为微好氧条件下p s b 通过呼吸作用获得能量较多，不仅提高了 p s b 对小分子有机物的同化能力，同时有利于保持p s b 的生长优势，厌氧条件 下容易使其它厌氧菌大量繁殖而使p s b 失去生长优势，溶解氧过高又容易使大 量原生动物出现，p s b 数量减少， ( 3 ) 温度和p h 有研究指出温度、p h 对p s b 的处理效果也有影响，一般p s b 处理有机废水 的合适温度范围为2 0 - 4 0 c ，p h 范围为5 。5 - - 9 4 ，但最佳温度及p h 值因废水水 质的不同而有一定差异p s b 处理淀粉废水最佳温度为3 0 0 最佳p h 为7 0 ； 而p s b 净化水体的研究中最佳温度则为3 0 ，p h 为8 0 。 。 ( 4 ) 容积c o d 负荷 容积c o d 负荷对p s b 处理效果也有一定影响。废水基质不同p s b 系统所能承 受的c o d 负荷也有差异。光台细菌处理柠檬酸生产废水研究c o d 容积负荷高达 4 6 4 k g r 3 d ，处理丙酮一丁醇发酵废水时，c o d 容积负荷则达6 5 k g m 3 d ，处 理高浓度制苹废水时，c o d 容积负荷可高达8 k g m 3 d 左右 2 0 1 。 ( 5 ) 光合细菌优势的保持 能否保持反应器中p s b 优势对保持一定的c o d 去除率也很重要。一般废水处 理中p s b 浓度不应低于l o l l 0 9 个m l 污水。保证光合细菌的相对优势的措施包 括：保证光合细菌段进水中有较高的有机酸浓度。保持光合细菌段微好氧条 件，即溶解氧的浓度o 5 1 o m g l ，高溶解氧浓度可能使其他好氧异养细菌甚 至原生动物增殖过快，从而削弱光合细菌的活性和优势度提供适宜的光照 采取固定化技术( 如生物膜反应器) 可以有效保持反应器内的光合细菌浓度。大 量研究表明，即使在开放培养系统中，只要培养液中的有机物浓度、溶解氧、光 照强度合适，光合细菌就能保持优势生长。 l l 光合细菌的增殖培养及其处理城市污水中氟磷的研究 2 1 3 光合细菌在其它方面的应用 2 1 3 1 在水产养殖方面 目前国内外的水产养殖方式以高密度塘养为主，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，动物生长受到抑制，传统上采用换水 的方法来解决此问题，但频繁换水不仅不易保持水中最适微生物区系，而且成本 较高，污染环境，不利于水产养殖业的可持续发展。现已将p s b 广泛应用于海、 淡水鱼类、虾类及贝类等的养殖和育苗，它能吸收利用有机质和氮磷等物质、消 解硫化物，减少水体污染物，降低发生有毒分解产物的机会，与异营性微生物共 同作用，高效率地降解废水中的有机物，同时还能调节水体的p h 值在适宜的范 围内，增加水体中溶解氧含量i 矧。此外光合细菌菌体无毒，营养非常丰富，含 6 0 以上的蛋白质，并富含多种维生素，特别是b l 。、叶酸，生物素的含量是酵 母的几千倍，另外还含有辅酶q i q 、抗病毒物质和生长促进因予，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 2 6 1 因 此光合细菌对水产养殖的作用主要表现在三方面田l ：净化水体，改善和稳定养 殖环境；作为饵料或饵料添加剂；防治疾病等目前在亚洲一些水产养殖国 家及地区，纷纷把光合细菌作为提高养殖水平的一种新的生物武器。 2 1 3 2 在农业上的应用 大多数的p s b 具有固氮活性，可用于改善植物营养、增加土壤肥力，在促进 土壤细菌和放线菌的增殖，抑制病原生物的生长等方面都有重要的作用。应用于 水稻试验中。可使水稻增加穗重和结粒数；应用蔬菜中，比如蕃茄，则根系发达， 生长旺盛，因而茎叶与根的比值小，表现为果实的产量增加，维生素b 和c 的含 量也增加口田。因此处理有机废水后的p s b 菌泥可以作为优质肥料资源进行开发利 用，增加综合经济效益 2 l 3 3 提取天然色素 、 。 p s b 菌体细胞含有丰富的菌绿素和类胡萝卜素，这两类色素无毒，容易提取， 是天然食用色素的新资源，可用于黄油、冰淇淋、干酪、乳酸饮料，糕点等着色 p s b 处理有机废水产生的菌体也可以作为一种天然色素资源，为高浓度有机无毒 1 2 - 光合细菌的增殖培养及其处理城市污水中氰磷的研究 废水的资源化提供了一条途径闭 2 1 4 髓在应用中存在的问题 目前的研究表明，光合细菌的应用效果显著、确切，某些方面的应用研究已 具有一定的推广价值，但是由于现在对p s b 的应用还处于初级阶段，还存在很多 的不足： ( 1 ) 随着p s b 的研究和应用的不断深入扩大，目前首要问题是菌体的大量培 养和菌液的浓缩、保存，使p s b 的研究更多地应用于生产实际，实现规模生产。 ( 2 ) 在处理高浓度有机废水时，p s b 法