梁海恬　王育紅　李玉華　李　研　趙琳娜　高賢彪　沈　紅　王洪陽

摘要:采用微生物學(xué)方法,冬季時(shí)從污水處理廠曝氣池的活性污泥中分離出具有較高生物活性和代謝有機(jī)污染物能力的低溫微生物x1005和x1213菌株,在此基礎(chǔ)上分別進(jìn)行低溫條件下UASB法處理豬場(chǎng)廢水降解能力的測(cè)定。試驗(yàn)結(jié)果表明:x1005和x1213菌株對(duì)污水中COD的去除率分別為72.5 %和67.1%;對(duì)BOD的去除率分別為56.7%和49.3%;對(duì)SS去除率分別為5.1 %和3.2 %。

關(guān)鍵詞:低溫微生物;豬場(chǎng)糞污;厭氧污泥床法

中圖分類號(hào):X703.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ADOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2009.03.003

Study on Application of Cold-adapted Microorganism in UASB

LIANG Hai-tian1,WANG Yu-hong2,LI Yu-hua1,LI Yan1,ZHAO Lin-na1,GAO Xian-biao1,SHEN Hong3,WANG Hong-yang3

(1.Tianjin Institute of Agriculture Resources and Environment,Tianjin300192,China;2. Tianjin Product Quality Inspection Technology Research Institute, Tianjin 300384, China;3.Environmental Protection Detection Station in Tianjin City Xiqing Area, Tianjin 300380,China)

Abstract:In this paper, cold-adapted microorganism x1005 and x1213 that have higher biological activity and metabolize ability of organic pollutants were isolated from activated sludge in winter by microbiology technique. On the base of it, the metabolize ability of x1005 and x1213 on piggery wastewater by UASB were tested in low temperature sewage. The results showed that the highest COD removal rate of x1005 and x1213 was 72.5% and 67.1%, respectively. The BOD removal rate of x1005和x1213 could reach to 56.7% and 49.3%. The SS removal rate of x1005 and x1213 was 5.1% and 3.2%.

Key words: cold-adapted microorganism;piggery wastewater;up-flow anaerobic sludge bed

近年來,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,生豬飼養(yǎng)的集約化水平逐年增高,集約化豬場(chǎng)對(duì)環(huán)境的污染和糞污的資源化是限制豬場(chǎng)發(fā)展的重要因素[1]。由于集約化豬場(chǎng)水沖式清糞產(chǎn)生的有機(jī)糞水具有高濃度和高固形物含量的特點(diǎn),目前多采用厭氧法、活性污泥曝氣氧化、氧化塘、生物膜處理等生物工藝對(duì)其進(jìn)行處理。其中,活性污泥曝氣法需要大的設(shè)備投資,能耗高,運(yùn)行耗費(fèi)用大[2];氧化塘處理法需要較大的占地面積,處理慢,時(shí)間長(zhǎng);生物膜法適合處理低濃度可溶性污染物的污水,但是容易發(fā)生濾床堵塞[3-5];厭氧法又包括厭氧接觸工藝、下流式厭氧濾器、上流式厭氧污泥床(UASB)和厭氧濾器(AF)等工藝,其設(shè)備投資小,耗能低,運(yùn)行耗費(fèi)不高,并還可在處理污水的同時(shí),獲得沼氣生物能源[4]。

自從1887年Forster分離出能在0 ℃條件下生長(zhǎng)的微生物以來,低溫微生物在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域中的作用越來越引起人們的關(guān)注。我國(guó)北方地區(qū)冬季低溫期較長(zhǎng),低溫會(huì)降低微生物對(duì)有機(jī)物質(zhì)的降解效果,對(duì)微生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生明顯的抑制作用[6,7],導(dǎo)致糞污資源化處理效率下降。而低溫微生物的代謝機(jī)制使它們能夠在低溫下很好地生長(zhǎng)和代謝,有些低溫微生物產(chǎn)生胞外酶,能分解環(huán)境中的大分子物質(zhì),如蛋白質(zhì)、碳水化合物或小分子的環(huán)境污染物,還可分解人工合成的一些化合物[8]。因此,在寒冷及適溫環(huán)境條件下如果采用適當(dāng)?shù)木N、起始溫度和保持條件,大規(guī)模的牲畜糞便的厭氧耐冷分批消化是可行的。本研究根據(jù)集約化豬場(chǎng)的具體情況,研究低溫微生物在UASB-生物接觸氧化反應(yīng)器中的初步應(yīng)用。

1材料和方法

1.1材 料

分離菌株的樣品來自天津、哈爾濱等地的污水處理廠、養(yǎng)豬場(chǎng)沼液及河泥等27個(gè)樣品。對(duì)樣品預(yù)處理后進(jìn)行低溫微生物菌株的分離篩選、純化和保存。

細(xì)菌富集培養(yǎng)基(SEA):500 g/L土壤浸汁100 mL,FePO4 10 mg,葡萄糖2.5 g,酵母粉0.5 g,蛋白胨5 g,瓊脂20 g,蒸餾水900 mL;分離發(fā)酵培養(yǎng)基:牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基;酵母菌富集培養(yǎng)基:麥芽汁(7波美度)98 mL,瓊脂2 g;分離發(fā)酵培養(yǎng)基:加富PDA。

1.2方 法

1.2.1低溫微生物的富集將少量污泥樣品加入100 mL富集液體培養(yǎng)基中,150 r/min 5 ℃搖床培養(yǎng)5 d,吸取10 mL 培養(yǎng)液轉(zhuǎn)接入新鮮培養(yǎng)基中,連續(xù)轉(zhuǎn)接3次。

1.2.2低溫微生物的分離篩選采用稀釋平板法進(jìn)行分離,將富集培養(yǎng)液梯度稀釋后,取0.1 mL稀釋液分別涂布于平板培養(yǎng)基上,5 ℃培養(yǎng)72 h;將單菌落平板劃線分離純化,純化的菌株轉(zhuǎn)接斜面培養(yǎng)后保存。將獲得的低溫菌株,按照1.2.4的方法測(cè)定COD的去除率,進(jìn)一步篩選菌株。

1.2.3豬糞水低溫處理試驗(yàn)取一環(huán)菌株接于SEA液體培養(yǎng)基100 mL中,150 r/min 8 ℃培養(yǎng)72 h,3 500 r/min離心20 min,用無菌蒸餾水洗滌菌泥2次,離心后菌泥用100 mL無菌蒸餾水定容,以10%(體積比) 接種于裝有滅菌豬糞水的三角瓶中,150 r/min 8 ℃培養(yǎng),間隔一定時(shí)間測(cè)定COD、氨態(tài)氮、總磷。

1.2.4分析方法COD 測(cè)定:堿性高錳酸鉀法;氨態(tài)氮測(cè)定:納氏分光光度法;總磷測(cè)定:鉬藍(lán)比色法。

2結(jié)果與分析

2.1低溫微生物的篩選及其處理效果

共篩選到32株能在5℃下生長(zhǎng)的低溫微生物。對(duì)32個(gè)菌株進(jìn)行豬糞水處理應(yīng)用試驗(yàn)表明,其中x1005和x1213對(duì)COD具有較高的去除效果。

2.1.1x1005和x1213菌株對(duì)COD 去除效果由圖1可以看出,菌株x1005和x1213對(duì)COD均有較強(qiáng)的去除能力。在0～8 h,x1005菌株對(duì)COD的去除效果明顯高于x1213菌株,達(dá)到了58.3%,表明此菌株更適于低溫環(huán)境。48 h后COD的去除效果達(dá)到基本穩(wěn)定,x1005和x1213的去除率分別為73.3%和65.7%。

2.1.2x1005和x1213菌株對(duì)氨態(tài)氮的去除效果由圖2可以看出,經(jīng)過48 h的搖床培養(yǎng)試驗(yàn),2個(gè)菌株對(duì)氨態(tài)氮的利用均呈穩(wěn)定上升趨勢(shì),最后分別達(dá)到了76.9%、64.5%。

2.1.3x1005和x1213菌株對(duì)全磷的去除效果由圖3可以看出,在0~8 h,2個(gè)菌株對(duì)總磷去除效果均不明顯,分別為10.2%、7.0%;隨著時(shí)間的延長(zhǎng), x1213菌株對(duì)總磷去除效果顯著提高,48 h時(shí)達(dá)到了53.9%,而x1005菌株對(duì)總磷的去除率只有14.0%。

2.2低溫微生物在UASB-生物接觸氧化反應(yīng)器中的應(yīng)用

在低溫微生物菌株篩選試驗(yàn)中,我們篩選到了2株低溫微生物菌株,分別是x1005和x1213,在48 h內(nèi)對(duì)COD的去除率分別為73.3%和65.7%。但篩選試驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室的三角瓶中完成的,現(xiàn)在需要把這兩個(gè)菌株投入到UASB-生物接觸氧化反應(yīng)器的接觸氧化池中,進(jìn)行低溫微生物實(shí)際的應(yīng)用效果研究,發(fā)酵液3 500 r/min離心20 min,用無菌蒸餾水洗滌菌泥2次,離心后菌泥用等量無菌蒸餾水定容,投加量為5‰,對(duì)照為不投加低溫微生物的處理,運(yùn)行溫度為10 ℃,主要測(cè)定指標(biāo)為COD、BOD和SS。

2.2.1x1005和x1213菌株對(duì)COD的去除效果從表1可知,低溫微生物x1005組和x1213組對(duì)UASB中豬糞水的COD的平均去除率均高于對(duì)照組,說明菌株x1005和x1213對(duì)UASB中污水的COD具有一定的降解效果。

2.2.2x1005和x1213菌株對(duì)BOD 的去除效果從表2可知,低溫微生物x1005組對(duì)UASB中豬糞水的BOD的平均去除率高于對(duì)照組,而x1213組與對(duì)照組無明顯差別,說明菌株x1005對(duì)污水中的BOD具有一定的去除效果。

2.2.3x1005和x1213菌株對(duì)SS的去除效果從表3可知,低溫微生物x1005組和x1213組對(duì)UASB中豬糞水的SS的平均去除率與對(duì)照組無明顯差別,說明菌株x1005和x1213對(duì)污水中的SS降解效果不明顯。

3討 論

本試驗(yàn)篩選的低溫微生物x1005組和x1213組在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)豬糞水中的COD、BOD和SS均有明顯的去除效果,而在UASB-生物接觸氧化反應(yīng)器中去除效果則不明顯,可能是由于在UASB-生物接觸氧化反應(yīng)器中微生物區(qū)系組成復(fù)雜,影響厭氧消化的因素較多,如溫度、pH值、微生物量、營(yíng)養(yǎng)狀況、混合接觸狀況等。試驗(yàn)進(jìn)水中可生物降解COD和可酸化COD比例的變化也可能對(duì)低溫微生物的降解效果產(chǎn)生一定的影響。

綜上所述,自然界中低溫微生物對(duì)污染物的降解與轉(zhuǎn)化,對(duì)物質(zhì)循環(huán)起著重要的作用,由于低溫微生物在低溫條件下具有相對(duì)高的生長(zhǎng)速率,因而在低溫環(huán)境下對(duì)污染生物修復(fù)具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn):

[1] 高云超,鄺哲師,田興山,等.豬場(chǎng)污水活性污泥——氧化塘處理效果及環(huán)境問題探討[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2003(3):46-49.

[2] 楊伯起,俞偉波.常規(guī)廢水生物處理方法優(yōu)缺點(diǎn)比較及生物處理技術(shù)的新進(jìn)展[J].環(huán)境保護(hù),1998(10):43-47.

[3] 萬維綱,韓相奎.廢水的生物膜處理法[J].環(huán)境保護(hù),1996 (1):11-13.

[4] 程樹培.環(huán)境生物技術(shù)[M].南京:南京大學(xué)出版社,1994:363-372.

[5] 俘玉衡.實(shí)用廢水處理技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1998:200-223.

[6] 姜安璽,孟雪征,曹相生,等. 耐冷菌的分離及在低溫污水處理中的應(yīng)用研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2002,34 (4): 563-569.

[7] 孟雪征,曹相生,姜安璽.利用耐冷菌處理低溫污水處理中的研究[J].山東建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2001,16 (2) : 39-44.

[8] 唐兵,李廣武. 低溫生物學(xué)[M]. 長(zhǎng)沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社,1998.