嗜盐菌复合微生物处理高盐有机废水

嗜盐菌复合微生物处理高盐有机废水
刘延双;李书平;王振
【摘要】本研究采用好氧生物活性炭法处理高盐有机废水一草甘膦生产废水.通过对嗜盐菌进行筛选,并用活性炭对其进行固定,在好氧条件下处理草甘膦废水.结果表明,两种生物活性炭对草甘膦废水COD的降解率都随着氯离子浓度的升高呈现先增加后降低的规律.本研究中,两种生物活性炭均在氯离子浓度为18000 mg/L左右时获得最佳的COD降解效果,但生物活性炭A比生物活性炭B的效果好.在容积为1 L的反应器中加入400 g生物活性炭,当废水COD浓度为10500 mg/L,C1-浓度约为18000 mg/L,反应温度在30℃左右,调节pH在7～8之间,反应5 d,测得生物活性炭A对草甘膦废水的COD去除率可达77.2%,活性炭B对COD的去除率为75.4%.
【期刊名称】《山东轻工业学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(025)004
【总页数】4页(P62-65)
【关键词】嗜盐菌;草甘膦废水;生物活性炭;COD去除率
【作者】刘延双;李书平;王振
【作者单位】淄博市市直机关房管所,山东淄博,255000;山东轻工业学院轻化与环境工程学院,山东济南,250353;山东轻工业学院轻化与环境工程学院,山东济
南,250353
【正文语种】中文
【中图分类】X78
0 前言
高盐废水是指盐度(以NaCl计)至少为1.0% (质量分数，下同)的废水。

高盐有机废水种类很多，如医药废水、石油开采废水、化工及印染废水等，这些废水中既含大量的盐分(Cl－、Ca2+、Na+等离子)，又含高浓度有机污染物，因此高盐废水的
处理是工业废水处理领域中的关键问题［1，2］。

目前对高盐废水的处理有多种
方法，如物理法、化学法、生物法等。

物理、化学法因运行费用高、处理效果欠佳、容易造成二次污染而难以在实际中推广;普通生物方法因经济、高效而被广泛用于
高盐废水的处理。

传统生物法在处理低盐废水时具有很大的优势，但当盐度超过3.5%时，会造成微生物代谢的中度抑制和毒害，使其失去降解能力［3－5］。

因此，深入研究高盐环境中有效降解污染物的嗜盐微生物的作用条件很有必要。

早在1995年Azachi M.等将一株从美国大盐湖(Great Salt Lake)中分离的中度嗜盐菌
用于处理苯酚废水。

耐盐菌和嗜盐菌的存在对生物法处理高盐废水提供了理论上的可能［6－8］。

本试验从山东潍坊某农药厂底泥中筛选出适合高盐度的嗜盐菌，
在序批式间歇反应器(SBR)中对其进行驯化，研究活性炭种类，废水的盐度、pH 值、温度等条件对分离筛选出的嗜盐菌降解高盐含量的草甘膦生产废水的影响。

1 材料和方法
1.1 菌种来源与实验材料
1.1.1 菌种来源
菌种取自山东潍坊某农药厂底泥，分别在草甘膦不同生产工段取得8个泥样:淡液
出水口底泥泥样、母液池水底泥泥样、母液池水面边缘泥样、母液池提升泵处泥样、盐池水底泥泥样、盐池水面边缘泥样、污水站曝气池泥样、总排污口泥样。

1.1.2 主要试剂
酵母膏、蛋白胨、柠檬酸三钠、氯化钾、硫酸镁、盐酸、氢氧化钠、活性炭及测定COD指标的全套试剂等。

1.1.3 主要实验仪器及设备
生物培养箱、摇床、灭菌锅、冰箱、烘箱、COD测定仪、好氧生物处理设备等。

1.2 菌种筛选
1.2.1 菌液制备
分别取以上8种泥样3～5 g置装有100 mL溶液的250 mL三角瓶中，溶液组分为:100 mL蒸馏水+10%NaCl+1.5%MgSO4，放玻璃珠少许，在摇床(150 rpm)
中分散30 min，制备悬浊液。

培养基为酵母膏10 g、蛋白胨7.5 g、柠檬酸三钠3 g、KCl 2 g、MgSO4·7H2O 20 g，pH调至7.5，1000 mL草甘膦母液(或1000 mL草甘膦淡液)，121℃灭菌20 min。

草甘膦母液和淡液的NaCl浓度及COD值见表1。

表1 废水指标测定表pH母液(mg/L)样品 COD NaCl浓度34000 58000 7.0～8.5淡液(mg/L)180****0007.0～8.0
1.2.2 复合菌种的富集培养
分别吸取以上8种泥样悬浊液液各2 mL接种于含100 mL液体培养基(母液和淡液)的250 mL三角瓶培养基中，在32℃条件下置于摇床(150 rpm)中，富集培养
5 d，富集菌体。

通过对菌源泥样的菌种培养和筛选，在不同培养基条件下均分离
出多株细菌及真菌(如图1所示)，镜检发现菌体形态各异，菌体大小也有较大差别。

同时也发现多数菌株在不同培养基上菌落大小差别较大，说明尽管所筛选的菌种可以在废水中生长，但废水中的污染因子等条件还是对其有一定的抑制作用。

图1 不同条件下筛选出的嗜盐菌菌落
取筛选出的各菌株随机组合，接种于盛有100 mL母液的三角瓶，补充1 g葡萄糖。

3 d后测定不同组合的浊度变化。

分析第一轮复配数据，进行第二轮复配，实
验方法相同。

经过多次筛选，最终确定最佳复配方案，以Muti－HB表示。

1.3 利用生物炭生物膜法处理草甘膦废水
1.3.1 生物活性炭制备
分别在4个体积为1000 mL的反应器中(有机玻璃制品)加入400 g活性炭A(商业，产自日本，比表面积1200 m2/g)及活性炭B(产自中国山西，比表面积1000
m2/g)各两组，并分别加入适量Muti－HB菌剂，用稀释1倍后的母液加至总体
积1000 mL，保持温度30℃，曝气96 h，倾去液体。

重复操作三次，使其充分
挂膜，且吸附饱和。

由Muti－HB菌剂与活性炭A和活性炭B制备两种不同的生
物活性炭。

1.3.2 草甘膦母液废水处理试验
反应器采用多孔增氧泵曝气(曝气量相同)，自动调温电热器控制恒温，每隔24 h
取样，采用重铬酸钾法测定CODCr。

研究母液的盐浓度、pH值、温度对COD去除率的影响。

2 结果与讨论
2.1 COD去除率随盐度的变化
取草甘膦母液进行稀释，得到不同浓度的Cl－1 (约14000、18000、22000、26000、29000 mg/L等5个梯度)，其所对应的COD浓度分别为8200、10500、12900、15200、17000 mg/L，分别用含有两种不同的生物活性炭的反应器进行间歇曝气处理(活性炭用量相同)。

温度(25～30)℃，曝气处理6 d，每天取样一次
并测定COD值。

不同反应器处理效果见图2。

图2 盐度对COD去除率的影响
由图2可知:当废水中Cl－1浓度介于14000～29000 mg/L范围内时，两种活性
炭载体对COD的去除率都呈现出随COD浓度的增加先上升后下降的趋势。

当废
水COD浓度达到10500 mg/L时，生物活性炭A对COD的去除率达到最佳值，
可达77.2%;活性炭B对COD的最佳去除率也在这一COD浓度下达到最佳值为75.4%，此后两种生物活性炭的处理效率均显示出下降趋势。

导致这一趋势的原因可能是底物与微生物菌剂中酶的结合情况以及Cl－对酶促反应的抑制这两个因素
共同作用的结果:当底物浓度增大时，微生物对底物的利用速率提高，基质与微生
物菌剂中的酶结合成复合物ES，复合物ES的浓度随着基质浓度的增加而增加，Cl －的浓度还不对酶促反应造成抑制，反应速率因此也增大;但随着废水中COD浓度的继续提高，微生物菌剂中的酶达到饱和，此时再加基质也不能增加ES的浓度，同时，由于水体中Cl－也随之增大，在达到一定浓度后逐渐对微生物利用基质的
效率产生一定抑制作用，所以反应速率有所下降，COD去除率也随之降低。

2.2 COD去除率随pH值的变化
将生物活性炭A和生物活性炭B分别置于pH分别为6、6.5、7、7.5、8、9、10、11条件下的反应器中，在恒温条件下培养，测定废水中COD值的变化，实验结
果见图3。

图3 pH值对COD去除率的影响
由图3可以看出，两组生物活性炭对COD的去除率随pH的增加先增加后下降，pH为7～8时去除率最高。

对离心处理后的废水进行研究发现，当pH为7～8时湿菌体量明显高于pH为9、10、11时，这说明微生物适宜在中性条件下生存，
过高或者过低的pH值均不利于微生物的生长及降解过程的发生。

各种微生物都有其最适pH值。

废水生物处理过程所涉及的微生物的适宜pH值大多在6～9之间，不同处理方法其适宜pH值范围有所不同。

2.3 COD去除率随温度的变化
温度对微生物降解污染物的能力起着很重要的作用，将生物活性炭A和生物活性
炭B分别置于反应器中，不同温度条件下(15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃)反应6 d，测得废水中的COD的变化，实验结果如图4。

图4 温度对COD去除率的影响
从图4中可以看出，温度对微生物降解速度影响较大。

当温度小于20℃时两种生物活性炭降解COD的性能都不高，但是随着温度的升高，两种生物活性炭降解COD的能力显著增加，但当温度达到40℃时，两种生物活性炭降解COD的能力反而比在(30～35)℃时低。

可见两种生物活性炭均在(30～35)℃范围内具有较好
的降解草甘膦废水COD的能力。

其原因在于:微生物对有机物的降解归根到底都是酶的参与，在废水生物处理中，微生物对废水中污染物质的分解和转化过程实质上都是在酶的催化下进行的一系列复杂的生化反应，其中酶促反应起着至关重要的作用。

而酶对温度具有高度敏感性是酶的最重要的特性之一。

每一种酶，在一定的条件下，只有在某一温度才表现出最大活力。

温度对酶促反应的影响有两方面:一方
面是当温度升高时，可以加快分子的热运动，增加分子间碰撞的机会，从而使反应速度加快;另一方面，作为生物催化剂的酶，其化学本质是蛋白质，温度升高可增
加酶变性的机会，反而使反应速度减慢。

酶反应的最适温度就是这两种过程平衡的结果。

最适温度不是酶的特征性常数，它与酶作用的时间长短有关，不是一个固定的值。

酶可以在短时间内耐受较高的温度，相反，延长反应时间，最适温度便降低。

此外，最适温度还受底物浓度、酶浓度以及pH值等因素的影响。

本实验中，菌株降解最适温度范围为(30～35)℃，当温度低于或高于此范围时，细菌的生长及酶
的活性都会受到抑制，从而使菌株降解速率下降。

3 结论
对嗜盐菌进行筛选、驯化后并制备成生物活性炭，并用于处理草甘膦母液废水中COD降解性能的实验研究，其主要结论如下:
两种生物活性炭对草甘膦废水COD的降解率随废水中氯离子的浓度变化而变化，都随着氯离子的浓度的升高呈先增加后降低的规律。

本研究中，两种生物活性炭都在氯离子浓度为18000 mg/L左右时获得最佳的COD降解效果，但生物活性炭A
比生物活性炭B的效果好。

在草甘膦废水处理的实验中，废水中的盐度、pH值、温度对其降解能力均有较大的影响。

在容积为1 L的反应器中加入400 g生物活性炭，当废水COD 浓度为10500 mg/L，Cl－1浓度约为18000 mg/L，反应温度在30℃左右，调节pH
在7～8之间，反应5 d，测得活性炭A对草甘膦废水的COD去除率可达77.2%，活性炭B对COD的去除率为75.4%。

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