高浓度焦化有机废水高效菌筛选与生长特性研究

高浓度焦化有机废水高效菌筛选与生长特性研究
1、研究意义
焦化废水是在煤的高温干馏、煤气净化及化工产品精制过程中产生的，其组成和性质与原煤煤质、碳化温度、生产工艺和化工产品回收方法密切相关。

焦化废水成分复杂，其中溶解性有机物和无机物有100多种，除含有85%的酚外，还含有单环和多环芳香族化合物，含氮、磷、硫的杂环化合物以及一些以按盐形式存在的无机物，一般CODcr浓度高达1000-3000mg/L，NH3的浓度在200mg/L以以上，色度高达几千倍以上，是一种较难生物降解的工业废水。

由于焦化废水浓度高且成分复杂，由于其含有大量的酚、氰化物有毒有害物质和多种杂环和多环芳烃化合物难生物降解的物质。

目前国内数百家焦化厂和煤气厂，年废水排放量达１亿多吨， 90%以上的焦化企业对焦化废水的处理效果不理想，难以达标排放。

采取何种技术手段能使焦化废水中复杂的高浓度有机物成功降解成为科技攻关的重点难点。

而如何在经济建设中确保将对环境的污染最小化，达到经济和环境协调发展是我省乃至全国可持续发展中的重要课题。

在各种难降解有机污染物处理技术中，利用生物强化技术提高现有处理工艺对难降解有机物的去除率，为解决焦化废水中高浓度有机物处理问题提供有效途径日益受到关注。

本课题筛选高浓度焦化废水优势菌，根据焦化废水难降解物质和有毒物质含量大、COD 含量高且不易处理的特点，驯化培养出适宜焦化废水处理的降解速率高、对难降解物质去除效果好的优势菌种，经过富集、筛选、培养达到一定数量后投加，实现焦化废水的简单、高效、低耗处理，使一定数量的优势菌在最佳的生长环境中发挥其最佳生理功能，并利用其代谢协同作用，在相应的工艺及运行控制条件下，使其处理效果提高。

这对大大减轻焦化废水中COD对受纳水体的污染，保护和改善饮用水源水质、缓解水资源危机都具有重大的意义。

2、研究内容
（1）选择合适焦化废水优势菌菌培养基和扩大培养基；
（2）从洗煤厂焦化废水排放口周围污泥和曝气池活性污泥出发，筛选焦化废水优势菌；（3）研究焦化废水优势菌的生理特性，对其进行驯化改良；
（4）比较分析其处理焦化废水COD的效果。

3、实验方法
（1）高效菌的分离纯化
（2）COD的测定方法—改进重铬酸钾法测定COD原理
用4∶1比例的硫磷混酸组成的强酸性溶液中,用重铬酸钾将水中的还原性物质(主要是有机物)氧化,过量的重铬酸钾溶液以试亚铁灵作指示剂,用硫酸亚铁铵溶液回滴,根据所消耗的硫酸亚铁铵标准溶液的量计算水样的化学需氧量。

试验方法
取20. 00mL均匀混合的水样(或适量水样,稀释至20. 00 mL)置于250mL磨口的回流锥形瓶中,加入10. 00mL重铬酸钾标准溶液及数粒小玻璃珠,连接磨口回流冷凝管,从冷凝管上口慢慢地加入35mL硫磷混合酸,轻轻摇动锥形瓶使溶液混匀,加热回流20min(自开始沸腾计时)。

经冷却滴定并计算得出结果。

（3)生长曲线绘制——比浊法测定菌液吸光度
每种细胞能够吸收和散射通过他们的光，菌体的散射光强及吸收光度与细胞总数有对应关系。

菌体逾多，菌液浊度逾大，散射及吸收光逾多。

因此可以采用721双光束紫外可见光光度计测定吸光度，利用测定菌液吸光度用来反映菌液中菌数多少。

取培养好的菌液，以超纯水做参比，在600nm的波长下测定其浊度。

以超纯水校正零点(每次都要校正)。

4、实验结果与分析
(1)菌种的提取和驯化的结果
污泥和泥样中的微生物经过提取后，在实验室中经过多次培养，筛选驯化后共得到六种菌种，培养筛选出W3,N3,Z3能在焦化废水为80%的培养基中生长，W4，N4，能在焦化废水
为80%的培养基中生长，W5能在纯焦化废水中生长。

(2)初筛的结果
将提取出的六种菌种扩大培养后，将其分别移取1mL 菌液加入250mL 盛有50mL 焦化废水的锥形瓶中，将其放入摇床上140r/min,30℃培养4天，分析菌种对焦化废水降解率，以菌种为N3,Z3,W3,W4的降解率最高，分别约为43%，37%，41%,39%,下为降解率柱形图
(3)分离纯化与复筛结果
将初筛得到菌种N3,Z3,W3,W4,分别用生理盐水稀释到10-4
，10-5
，10-6
倍，用接种枪接种0.1mL 菌液与固体培养基上，用涂布棒将其在平板上均匀涂布，放入30℃生化培养箱中培养两天。

结果发现Z3，W4分离纯化后站上较好，从中挑去菌种扩大培养得到菌种为W4*10-4 ,
W4*10-5
,W4*10-6
,Z3*10-4
,Z3*10-5
, Z3*10
-6
将扩大后的菌液分别取1mL 加入盛有50mL 焦化废水的锥形瓶中，放入摇床中140r/min,30℃培养4天，分析分离纯化后菌种对焦化废水降解率，以菌种为W4*10-6, Z3*10-6的降解率最高，分别为约25%，32%。

因使用的焦化废水与初筛的不同，所以降解率与初筛的降解率无法比较，下为复筛的降解率柱形图
5101520253035404550N3
Z3
W3
N4
W4
W5
%去除率
5101520253035W4*10-4W4*10-5,W4*10-6Z3*10 -4Z3*10-5Z3*10-6
%去除率
5、环境影子的确定
（1）温度的确定
取十个250mL 的锥形瓶向其中加入50mL 焦化废水，调节PH 为中性，取1mL 菌种W4*10-6, Z3*10-6分别加入锥形瓶中，每组五个，并标上标签为20℃、25℃、30℃、35℃、40℃将其放入摇床上140r/min,培养5天，测定温度对降解率的影响，当温度为35℃时，菌种对焦化废水的降解率最高，分别约为28%，25%，即得出35℃为两种菌种的最佳生长温度，下为降解率柱形图
温度对 W4*10-6
菌种降解率的影响 温度对Z3*10-6
菌种降解率的影响
（2）PH 值的确定
取十个250mL 的锥形瓶向其中加入50mL 焦化废水，将其pH 调节为5、6、7、8、9，并标上标签，取1mL 菌种W4*10-6, Z3*10-6分别加入锥形瓶中，每组五个，将其放入摇床上30℃，140r/min,培养5天，测定pH 对降解率的影响，当pH 为9时，两种菌种对焦化废水的降解率最高，分别为33%，37%，及两种菌种最佳pH 为9
，试验中因调节pH 的酸碱浓度较低，对实验结果有一定的影响，下为降解率柱形图。

PH 对w4*10-6
菌种降解率的影响 PH 对w4*10-6
菌种降解率的影响
（3）投加量的确定
取十个250mL的锥形瓶向其中加入50mL焦化废水，调节PH为中性，分别取0.1mL、0.5mL、1mL、1.5mL、2mL菌种W4*10-6, Z3*10-6加入锥形瓶中，每组五个，并标上标签为0.1、0.5、1、1.5、2将其放入摇床上30℃，140r/min,培养5天，测定投加量对降解率的影响，当W4*10-6投加量为1.5mL，Z3*10-6投加量为1mL时对焦化废水的降解率最高，分别为43%，32%，即确定W4*10-6最佳投加量为1.5mL，Z3*10-6最佳投加量为1mL。

下为降解率柱形图
由于焦化废水的色度较大，影响分光光度计对其OD测定，这里用纯培养基代替焦化废水进行生长曲线的测定。

每种菌细胞能吸收和散射通过它们的光，每种菌的散射光强及吸收光度与细胞总数有相对应的关系。

利用分光光度计测定悬液减少光线透过的程度，用光密度（OD）表示，OD的透光率的对数函数同细胞总数成正比。

光密度可用光电比色计或分光光度计测定。

测定细菌生长曲线了解其生长繁殖规律，这对有效地利用和控制菌的生长具有重要的意义。

在适宜的条件下，培养细菌要经历延迟期、对数期、稳定期和衰亡期四个阶段。

对在基础培养基中的生长繁殖情况为菌种W4*10-6的迟缓期为0-5h，对数生长期为5-17h，稳定期为17-27h，衰亡期为27h之后；菌种Z3*10-6的迟缓期为0-3h，对数生长期为3-15h，
稳定期为15-21h，衰亡期为21h之后
生长曲线
从下图可知菌种W4*10-6为菌态形状为椭圆形，即细菌为球状菌，且通过镜检细菌为革兰氏阳性菌，因在显微镜下拍照效果不佳，未能采集到图片
2000倍扫描电镜下的细菌形态 10000倍扫描电镜下的细菌形态
6、结论与建议
（1）结论
通过实验我们对污泥和泥样中的菌种进行了提取和筛选，通过对菌种是否能再含有焦化废水的培养基中生长，粗略的筛选了13种菌种，对着这些菌种进行驯化，通过菌种对焦化废水降解率的比较，筛选出2种菌种，并对其不同和条件下对焦化废水降解率的影响，确定
其最佳环境因子，W4*10-6
菌种在35℃，pH 为9，投加量在1:33的情况下生长最佳, 得出
Z3*10-6
菌种在35℃，pH 为9，投加量在1:50的情况下生长最佳，并在最佳的生长条件下培养，通过测定得到菌种的生长曲线。

（2）建议
试验中由于工作量较大、时间较紧，未采用重铬酸钾标准法测定COD，采用了重铬酸钾快速测定，存在一定的误差；建议在时间充裕的条件下，采用重铬酸钾标准法测定，以减小实验误差。

由于在实验中生化培养摇床紧缺，所做实验都没有进行平行试验，这样会难以降低误差的影响，建议在以后实验中每组实验设置2个平行试验，以减少偶然误差带来的影响。

为了提高菌种对焦化废水的降解能力，优化培养基时是一种有效途径，所以在今后研究中，应进一步加深对优化培养基的研究。

实验中未时间进行菌种碳氮比的实验，建议做一下碳氮比，进一步分析菌种生存的环境因子。

将筛选出来的菌种，做生理生化实验，显微镜观察以鉴定它们所属的科属。