光合细菌处理豆制废水试验研究.doc

光合细菌处理豆制废水的实验研究摘 要目的：光合细菌(PSB)能降解多种有机污染物，不带来二次污染，且经济、简便。方法：文章在厌氧光照条件下对影响 Rhodopseudomonaspalustris No.7 生长的温度、光照、pH、溶解氧等条件进行了较系统的研究，并进行了豆制废水的动态处理降解实验。结果：通过正交实验，得出光合细菌生长的适宜条件为：光强 1500 lx、微好氧、30 、pH 8.0。经处理后，COD 去除率达到了 54.32 %。结论：有效实现了有机废水的降解。关键词光合细菌；优化培养；污水处理；豆制废水Study on Treatment of Soybean Milk Wastewater by Photosynthetic Bacteria Feng JiannanAbstract: Objective: Many kinds of organic contaminants can be degraded by photosynthetic bacteria (PSB) with advantages of no secondary pollution in aeconomical and simple way. Method: The optimal growth conditions for Rhodopseudomonas palustris No.7 were studied in the paper, including temperature,illumination, pH and dissolved oxygen. The dynamic treatment of high concentration organic wastewater by PSB was studied. Result: With the orthogonal designedexperiment, the optimum culture conditions for PSB grows were obtained: illumination intensity 1500 lx, faint aerobic, 30 , pH 8.0. After treatment, the removalrate of COD has reached 54.32 %. Conclusion: The study provided reference to various degradations of organic waste water.Keywords: photosynthetic bacteria；optimum cultivation；wastewater treatment；products wastewater目前，有机废水的处理多采用生物处理法。但常规生物处理法存在动力消耗大，排出污泥量多，吸附一定量的毒性物质等问题，以光合细菌进行厌氧处理的方法正引起人们越来越多的关注1。光合细菌(Photosynthetic Bacteria，简称 PBS)是多种广泛分布在海洋、河流、湖泊和土壤中，拥有 2 套能量代谢途径的微生物的总称。光合细菌能利用多种物质作为碳源和能源合成很多营养物质，如单细胞蛋白、生物高聚物、抗生素、泛酸以及一些药用物质2。因为 PSB 的生长不受氧浓度的限制，能够随着生长条件的变化而改变代谢类型，并且某些种类能够忍受高浓度有机物，具有去除和分解有机物的能力。通过光合作用，还可以维持物质循环，降解废弃有毒物，起到净化水质和环境的作用，确保人类的健康，所以已经在许多科学领域内引起了人们的高度重视3。近年来，国内外学者研究发现，光合细菌不仅能够降解简单的有机化合物，还能处理环境中较难降解的卤代化合物和芳香化合物4。如处理丙酮-丁醇废水5、柠檬酸废水6、淀粉废水7等，都取得了较好的结果。从而 PSB 应用研究获得了较大的发展8。由于能对多种高浓度有机废水进行高效率的处理，又具有比传统的活性污泥法工艺设备简单、能耗少等特点。有机质转化形成的菌体对人畜无害且蛋白含量高，并含有多种维生素和生理活性物质，极 具 广 泛 的 应 用 价 值9。 本 试 验 利 用 新 型 光 合 细 菌Rhodopseudomonas palustris No.7 对豆制品废水处理条件进行优化，旨在为大规模利用光合细菌处理豆制品废水提供理论依据。1 材料与方法1.1 材料Rhodopseudomonas palustris No.7 由大连理工大学环境生物工程实验室提供。豆制废水来自大连民族学院豆制品加工厂。1.2 方法1.2.1 光合细菌生长测定采用 660 nm 分光光度法。1.2.2 培养基的选择及优化试验取光合细菌菌液 10 mL 接种到密封瓶中，定容到 140 mL 密封。在 30 光照厌氧条件下培养，光强为 2000100 lx。每隔 24 h取样，测定 OD660值。利用乙酸钠为碳源的(RCVBN)为基础培养基按 3 gL-1的浓度分别加入以下基质：蛋白胨，柠檬酸钠，无水乙醇，抗坏血酸，葡萄糖；以去除硫酸铵的 RCVBN 为基础培养基分别加入 1 g/L 的氯化铵，硫酸铵加碳酸氢钠；有机碳源筛选和培养基优化时，每种培养基取三个平行样，RCVBN 作为空白对照。在 30 光照厌氧条件下培养，光强为 2000200 lx。隔 24 h取样，测定细菌生长。1.2.3 培养条件优化综合对 PSB 生长影响较大的四个因素即光照、溶解氧、pH、温度进行正交试验10，每个因素选取三个水平，选用 L9(43)正交表对实验条件进行优化，具体见表 1。选择以柠檬酸钠为碳源的RCVBN 培养基，菌接种量均为 5 mL，稀释到 140 mL。培养 6 d后测细菌 OD(660 nm)值。由于正交实验中代表光强的 R 值最大。表明光强对光和细菌的生长影响最大。遂单独做一组不同光强对光合细菌生长的影响实验。选用以柠檬酸钠为碳源的 RCVBN 培养基，各实验菌液的接种量均为 5 mL，起始 OD(660 nm)值为0.061，稀释到 140 mL。培养温度 30 ，光照强度依次为：1000lx，1500 lx，2000 lx，2500 lx。每隔 24 h 测一次 OD(660 nm)值。观察细菌生长情况。表 1 正交试验因素表(L43)Tab.1 Factors and levels of L (43) orthogonal experiment水平因素1 2 31、光照/lx 0 1500 25002、溶解氧/(mgL-1) 0 1 23、温度/ 25 30 354、pH 6 7 81.2.4 光合细菌处理污水的动态研究取厌氧培养瓶和好氧培养瓶，分别注入 20 mL 光合细菌，加100 mL 豆制废水。将一个厌氧瓶和一个好氧瓶放在光照下培养。其余两个放在黑暗处培养。温度为 30 。放在恒温培养箱和光照培养箱内培养。5 d 后测 COD 值。2 结果与分析2.1 培养基的优化试验培养基中的氮源或碳源不同时，光合细菌的生长状况也不相同。从图 1 可以看出，光合细菌 Rhodopseudomonas palustris No.7在蛋白胨中生长稳定，在 10 d 时达到停滞期。在 RCVBN 培养基中加入碳酸氢钠的培养基中生长的光合细菌在生长早期生长的最快，但不稳定。光合细菌在乙醇培养基和葡萄糖培养基中，菌液浓 度 变 化 不 大 ， 说 明 这 两 种 培 养 基 不 适 合 光 合 细 菌Rhodopseudomonas palustris No.7 生长。在抗坏血酸培养基中有较小的增长。在以氯化铵为氮源的培养基和以柠檬酸钠为碳源的培养基生长中生长的最快，最先达到对数期，且在柠檬酸钠培养基中的速度更快。收稿日期 2011-04-20基金项目 大连民族学院太阳鸟项目；大连民族学院创新工作室项目作者简介 冯健男(1987-)，男，辽宁朝阳人，本科，主要研究方向为光合细菌处理废水。*为通讯作者。2011 年 第 8 期 广 东 化 工第 38 卷 总第 220 期 113 0 2 4 6 8 10 120.00.81.01.82.0OD(606m)n时间/d氯化铵培养基 乙醇培养基 柠檬酸钠培养基蛋白胨培养基 碳酸氢钠及RCVBN培养基 RCVBN培养基葡萄糖培养基 抗坏血酸培养基图 1 光合细菌在各培养基中的生长曲线Fig.1 Growth curve of Photosynthetic bacteria2.2 培养条件的优化试验由表 2 可以看出 PSB 生长的最适宜条件为光照强度为 1000lx、微好氧、温度为 30 、pH 为 8.0。由于光强的影响最大，于是单独做一组不同光强对 PSB 生长的影响。表 2 正交实验结果Tab.2 The results of orthogonal test项目 光照 溶解氧 温度 pH OD 值1 1 1 1 1 0.1422 1 2 2 2 0.1683 1 3 3 3 0.2444 2 1 2 3 1.4885 2 2 3 1 1.3566 2 3 1 2 1.347 3 1 3 2 1.2448 3 2 1 3 1.2999 3 3 2 1 1.23K1 0.554 2.732 2.781 2.728K2 4.184 2.823 2.886 2.752K3 3.733 2.814 2.844 0.303R 3.63 0.091 0.105 0.3032.3 光强对光合细菌的生长的影响0 2 4 6 8 100.00.81.0DO60(nm)t/d1000 lux1500 lux2000 lux2500 lux图 2 光强对光合细菌生长影响Fig.2 Influence of illumination intention on the growth ofphotosynthetic bacteria由图 2 可以看出光合细菌在 2000 lx 光照最先进入对数期，之后在 1500 lx、2000 lx 条件下生长最快，这与李朝霞等11研究一样。在 1000 lx 光照下从第六天密度达到最大。2.4 生长环境对光合细菌处理污水的影响厌 氧 黑暗 好氧 黑暗 厌 氧 光照 好氧 光照02000400060008000100001200014000OC/(mDgL1-)处理前COD处理后COD图 3 光合细菌在不同生长条件下处理污水的影响Fig.3 Photosynthetic bacteria in different growing conditions underthe impact of sewage treatment由图 3 可以看出光合细菌在好氧黑暗时去除 COD 的效果最好。在黑暗好氧条件下，PSB 和好氧微生物一样，通过三羧酸循环来处理有机物的代谢，再厌氧光照的条件下这一循环被抑制时PSB 便迅速转化代谢类型，这是 PSB 处理有机废水的主要原因。在 PSB 处理高浓度有机废水时，首先是异养微生物大量繁殖，将分子有机物分解成低级脂肪酸、氨基酸等，这时异养菌减少，PSB迅速繁殖，将低级脂肪酸等分解至低浓度12。3 结论(1) 以 柠 檬 酸 钠 为 碳 源 的 RCVBN 培 养 基 最 适 菌 株Rhodopseudomonas palustris No.7 生长。(2)温度、光照、pH 和溶解氧等因素会影响 PSB 的生长，其中光照的影响最大，温度影响次之，溶解氧影响最小。实验得出PSB 生长的最适宜条件为光照强度为 1000 lx、微好氧、温度为 30、pH 为 8.0。(3)污水经处理转变成含有大量光合细菌的菌液，既可作菌肥又可作饲料添加剂直接使用，不造成二次污染。PSB 在有氧的条件下处理效果优于厌氧，但在厌氧的条件下 PSB 繁殖较快。(4)光合细菌对高 COD 的豆制品污水处理有较好效果。参考文献1何萍，陈育如，杨启银光合细菌处理有机污水的方法J南京师范大学学报，2002，2(1)：56-592戴晓，张光明光合细菌(Z08)啤酒废水资源化研究J哈尔滨工业大学学报，2010，42(6)：937-9403揭晶，赵诚光合细菌应用的研究进展J广东药学院学报，2006，24(1)：114冯钟敏，胡莜敏，董怡华，等光合细菌好氧降解 2-氯酚的特性研究J环境科学与技术，2010，33(12)：47-515王宇新，刘学选，钱新民关合细菌法综合处理丙酮丁酮发酵废水J水处理技术，1995(21)：291-2946饶汉东，韩永峰，羡永柠檬酸有机废水的生化处理研究J环境科学，1993，14(3)：7-127王宇新，许平，钱新民利用光合细菌柱式生物膜法处理淀粉废水J环境科学，1993，14(5)：39-428吕红，周集体，王竞光合细菌降解有机污染物的研究进展J工业水处理，2003，23(10)：9-1