摘要:寒冷地区冬季时低温污水的生物处理长期以来存在着处理效果差、污水处理后难以达标的问题 .虽通过降低污泥负荷 ,提高污泥浓度可得到一定程度的提高 ,但这样无疑提高了运行费 .从微生物角度对此问题进行了研究 ,分离得到 4种在 0～ 9℃下可降解生活污水中有机物的耐冷菌 ,并作了单菌和混合菌的降解试验 .结果表明 ,耐冷菌在低温条件下具有较高的降解能力 ,在低温污水处理中具有广阔的应用前景
关键词:低温,耐冷菌,生活污水,生物处理,微生物
有关资料表明 ,当环境温度低于 1 0℃时 ,绝大部分的中温微生物已不能代谢外源物质[1] .但污水生物处理的实际工程中发现 ,当水温低于1 0℃时 ,活性污泥对生活污水仍有一定的净化作用 .这是由于在活性污泥中除中温菌外还具有另一种在低温条件下能够正常生长代谢的微生物 ,这就是冷适应微生物 .
冷适应微生物可分为两类 :嗜冷菌和耐冷菌[2 ] .耐冷菌比嗜冷菌更能忍受温度波动 ,从常冷到不稳定的低温环境中均可分离到 .另外 ,耐冷菌的生态分布也比嗜冷菌广泛 ,更适合用于污水处理 .国外有资料报道 ,反硝化耐冷菌———荧光假单胞菌能够在低于 1 0℃的条件下降解苯二甲酸[3 ] ,耐冷菌的某些种在低温下能够降解甲苯、氯酚等难降解有机物[4,5] .本实验分离纯化到了 4种耐冷菌 ,它们在0～ 9℃条件下仍有较高的活性并能降解生活污水中的有机物 .本文同时测定了 1 0℃以下 ,4种菌株单独和它们等量混合后对生活污水中COD的去除率
1 材料与方法
冬季低温(10 ℃以下) 时,从市政下水道取泥后,用灭菌的蒸馏水振荡清洗,沉淀后取上清液接种于土壤浸汁蛋白胨(SEA) 液体培养基中富集培养,3 d 后取富集液按稀释法[6 ] 涂布于SEA 固体培养基上[7 ] ,4 ℃条件下培养,分离单菌落. 将分离得到的单菌落纯化培养并进行初步鉴定.根据已有资料表明,我国北方冬季城市污水温度一般不低于5 ℃[8 ] ,在实验过程中测量哈尔滨冬季污水最低温度为4 ℃. 因此本文菌种分离及单菌实验均在此温度(4 ℃下) 进行. 分别测定各菌株在4 ℃条件下的生长曲线,以分析耐冷菌在低温下的代谢活性. 测定4 ℃条件下单菌对实验用水中COD 的去除率,并在pH 值7. 0～7. 2 ,温度0～9 ℃,不同初始COD 浓度条件下,测定混合菌的COD 去除率. 实验用水主要以牛肉膏蛋白胨配制,使COD 值在200～500 mgPL。
2 结果与讨论
2. 1 菌种的分离
在4 ℃条件下培养得到的4 种耐冷菌菌落:C1 菌落大而扁平,边缘整齐,乳白色;C2 菌落中等大小,扁平,边缘整齐,乳白色;C3 菌落中等大小,稍隆起,边缘整齐,乳白色;C4 菌落小,隆起,边缘整齐,黄色. C1 为革兰氏阳性球菌,C2 、C3 、C4 均为革兰氏阴性杆菌. 各菌株显微摄影照片见图1.
2. 2 耐冷菌在低温下生长速率的测定
实验结果见图2. 随着温度的降低,耐冷菌的生长速率降低较慢[9 ] . 多数耐冷菌在接近最适生长温度(15 ℃) 在土壤浸汁蛋白胨培养基上的比生长速率为(0. 050～0. 205)Ph ,而在0 ℃下的比生长速率为(0. 022 ～ 0. 047)Ph , 比生长速率降低1P6～1P2[10 ] . 本文分离到的四株耐冷菌在4 ℃条件下72 h 内的比生长曲线如图2 所示,根据生长曲线测得各菌比生长速率分别为0. 060Ph ,0. 065Ph ,0. 080Ph ,0. 075Ph ,由此看来这四种耐冷菌在低温下的活性相对较高.
2. 3 单一菌种对有机物的降解能力及分析
单一菌种降解能力测定:配水主要用牛肉膏蛋白胨配制,使原水COD 值为500 mgPL. 实验条件:水温4 ℃,pH 值7. 0～7. 2 ,将已培养好的OD值(吸光度) 在0. 4～0. 6 的处于对数期的菌种以3000 rPmin 的转数离心20 min 后,以磷酸缓冲液稀释至D650 0. 4 (650 nm 波长的吸光度为0. 4) , 按10 %接种量接种,曝气时间6 h. 实验结果见图3.
从图3 可以看出,各菌株在4 ℃条件下均能够降解水中有机物. 各菌降解率的高低是与各菌的比生长速率相对应的,比生长速率较高的菌株降解能力稍强,但从总体来看各菌株的降解率不是很高. 这是因为每种菌所能降解的有机物种类是有限的,而CODCr 法测定的是水中的全部有机物质,水中的有机物种类较多,单一菌只能有效降解其中的少数几种有机物, 因此, 单一菌种对COD 的去除率不高是理所当然的.
2. 4 混合菌对有机物的降解能力及分析
实验条件及方法同“2. 3”,实验用水ρ (COD)在200～30 mgPL 各菌接种量为2. 5 % ,总接种量 图4～6 表明:随着温度的降低耐低温混合菌的COD 去除率随之逐渐下降,当温度继续下降到
接近0 ℃时,混合菌对污水中的COD 仍具一定的去除能力. 对于不同的初始COD 质量浓度,下降趋势和幅度基本一致. 可以说,随着温度的下降耐冷菌活性降低,这一点与中温菌是相同的. 但耐冷菌在10 ℃以下仍保持相当高的去除率,而中温菌已基本没有去除效果[1 ] .。
从图4～6 可以看出: 混合耐冷菌在最初的1小时内对COD 的去除率较低,不到10 % ,而在随后的2、3 h 表现出较高的去除率,此后去除率变化明显,到5 h 基本保持稳定. 可以认为,在投菌初期,混合菌对环境有一个适应期,需经短时间的停滞期,随后活性逐渐提高,代谢能力加强,并出现较好的去除效果,接着由于可利用的底物逐渐减少,其去除率不再增高趋于稳定(混合耐冷菌在8～ 9 ℃最终去除率分别为68. 8 % , 78. 8 %,81. 9 %,0、1 ℃最终去除率分别为41. 5 %,52. 0 %,51. 5 %) .初始COD 浓度对去除率有一定的影响:初始COD 浓度200 mgPL 时在各温度条件下去除率最低,初始COD 浓度500 mgPL 时在各温度条件下去除率最高,而初始COD 浓度350 mgPL 时在各温度条件下去除率居中. 这可以解释为:在污水处理中COD 浓度是微生物生长繁殖的限制因子,在一定范围内提高初始COD 浓度有利于微生物的生长和繁殖, 表现为COD 去除率高. 反之, 初始COD 浓度降低可利用的底物少微生物活性低,表现为COD 去除率低. 如果初始COD 下降到一定水平,微生物的衰亡率远远高于繁殖率,微生物数量急剧减少,则COD 去除不明显. 一般来说,生活污水的COD 浓度可以维持活性污泥中的微生物处于减衰增殖期.比较4 ℃条件下单一耐冷菌和混合耐冷菌COD 去除率,结果为:混合菌72 %;单一菌种去除率分别为C139 % ,C243 % ,C352 % ,C445 %. 混合菌去除率明显高于各单菌去除率,多种菌之间的协同作用,减轻了中间产物的负反馈抑制,使底物的利用更彻底,因此混合菌对污水的净化效果比单菌的效果好. 同时采用混合菌可以从整体上增强对不良条件的抵抗能力,使系统运行更稳定.
3 结 论
(1) 分离到4 种在低温下活性较高的耐冷菌,它们的生长速率为(0. 060～0. 080)Ph ,并能在
低温(10 ℃以下) 降解污水中的有机底物.
(2) 由于生活污水有机物种类繁多,混合耐冷菌比单一耐冷菌具有更高的COD 去除率. 从自然界分离更多种类的高活性的耐冷菌经驯化后组成适合污水处理的微生物群,并结合固定化等工艺, 应用于北方寒冷冬季生活污水(水温在10 ℃) ,甚至其他低温废水处理,是提高处理效率的可行新方法.（哈尔滨工业大学市政环境工程学院）
