微生物处理技术在垃圾降解中的应用

2013-12-05贾昌梅

资源节约与环保 2013年1期

贾昌梅

（广东石油化工学院化工与环境工程学院广东茂名525000）

1 引言

近年来，微生物处理技术在废弃物降解方面发挥着重要的作用，主要包括对城市垃圾的处理，废气的脱硫；实验室废液中大分子有机物的降解等等[1]。本文就硫酸盐还原菌处理实验室含铬废液进行了研究。

在工业上，含铬废水主要来自电镀车间的清洗阶段。零价铬本身无毒，Cr3+有一定的毒性，Cr6+毒性相当大，主要污染水源，也会危害水生作物、农作物和土壤。Cr6+通过大气水循环进入土壤后，会造成板结现象[2]。环保部门对铬的排放标准十分严格，GB5058.3-1996中规定，固体废弃物浸出液标准为1.5 mg·L-1（Cr6+），GB5749-2006中规定，生活饮用水的水质标准为 0.05 mg·L-1（Cr6+）。在排放时，不能简单用稀释法进行处理。

硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing Bacteria，SRB)属于厌氧型微生物，广泛存在于河水、海水、土壤、地下管道等缺氧环境中，由Beijerinck于1895年首次发现[3]。现已发展为一类细菌的统称，包括12个属40多个种，其功能是在无氧情况下，能利用某些有机物作为碳源，膜内产氢并将处于相对高价的硫元素、硫氧化物(包括硫代硫酸盐、亚硫酸盐、硫酸盐等)还原生成硫化氢，从该过程中获得能量。在处理废液方面，SRB的优点为：首先，SRB的代谢产物H2S可与废液中的Cd2+、Pb2+、Zn2+等二价离子形成硫化物沉淀，降低其溶解度，达到去除重金属的目的。其次，SRB既可以消耗含硫物质，从而净化硫酸盐废水；又可以将高价重金属离子还原为低价离子，降低了其毒性和溶解度，达到净化废水的目的。再次，在自然条件下，SRB在修复环境污染的同时又会造成污染，所以要取长补短，才能起到以废治废的作用。SRB在处理废液的过程中能抑制H2S的负面影响，在生长过程中能消耗重金属废水中的SO42-和有机废水中的富营养化影响，同时实现了去除污染和节约成本。最后，利用SRB法处理废液，投资少成本低，能耗小污染少，操作简单，设备简易，排放的水可以再利用，污泥量少，克服了污泥膨胀的问题，金属可回收利用，处理工艺稳定，无废物排放，实现了绿色化清洁生产的目的。

2 试验材料、仪器和药品

2.1 试验用废水

试验用废水来自本校实验室的自产含铬废水，提前利用NaOH或HCl调节至适当的pH值。

2.2 仪器

907 0MBE型号电热鼓风恒温干燥器，上海博讯；多头磁力加热搅拌器HJ-6，常州国华电器有限公司；数显pH计，无锡梅湖数显ph计厂；HS/YH-100L型恒温恒湿培养箱，上海一华仪器设备有限公司；CSR-1-50型纯水仪，北京爱思泰克科技开发有限责任公司；电子天平MAX=129G D=0.1MGAY120，日本岛津；LGJ-10型冷冻干燥机，北京松源华兴科技发展有限公司；ZG09-2型全自动高压灭菌锅，诸城市众工机械有限公司；DT5-1B型台式离心机，北京时代北利离心机有限公司；UV755B型紫外可见分光光度计，上海精密科学仪器公司。

2.3 药品

乳酸钠、蛋白胨、酵母膏、二苯碳酞二阱、重铬酸钾、磷酸、磷酸氢二钾、浓硫酸、氯化铵、无水硫酸钠、硫酸镁、无水氯化钙、盐酸、硫酸亚铁铵、氯化钡、氯化钠、碳酸氢钠、丙三醇，均为分析纯。

3 试验方法

3.1 SRB的富集与培养

由各种微生物组成的厌氧污泥取自于本市工业区的废液流经地区，将污泥接种于培养基中培养并反复富集，以增强其活性。其培养基配方为：乳酸(90%)10 mL，纯水2000 mL，葡萄糖2.0 g，MgSO44.0 g，NH4Cl 2.0 g，Na2SO49.0 g，NaCl 2.0 g，KH2PO41.0 g，无水CaCl20.12 g，FeSO41.0 g。培养条件为，将污泥以5%的比例接种到200 mL装满培养基的输液瓶中，按照厌氧条件进行密封，保持35℃恒温，以培养液变黑作为硫酸盐还原的依据，其时间长短作为衡量SRB活性的标准。本实验所用接种量均为5%，经过反复富集最终获得活性相对较强的SRB。

3.2 SRB的驯化

驯化培养液的配制为：NaH2PO48.4 g，Na2HPO45.5 g，KCl 0.26 g，NH4Cl 0.62 g，纯水2000 mL。将富集完毕的混合菌群接种于培养液中，通过驯化获得强还原能力和高耐受性的SRB作为优势菌群。依次提高待处理废液中Cr6+的浓度并筛选菌群，最终确定耐铬性最强为100 mg·L-1Cr6+的厌氧混合菌群。

4 结果与讨论

据文献报道，在SRB还原Cr6+的过程中，环境因素所起的作用很大，主要包括温度和pH值等影响因素。为了研究不同环境因素对于SRB还原Cr6+的影响，以优化SRB还原Cr6+的反应条件，本实验分别考察了不同温度和pH值对SRB还原Cr6+的结果，为将其综合应用于实验室的废液处理提供依据。

4.1 温度对SRB还原Cr6+的影响

本实验先确定Cr6+的起始浓度为80 mg·L-1，分别改变温度，测定在25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃时，厌氧条件下孵化36 h后，Cr6+的剩余浓度。其结果见图1。

图1 温度对SRB还原Cr6+的影响

由图1可见，当温度为25℃时，Cr6+的剩余浓度为43.1 mg·L-1，说明低温会导致SRB生长缓慢，致使还原Cr6+的速度较慢。当温度为30℃时，Cr6+的剩余浓度为14.1 mg·L-1，当温度升高至45℃时，Cr6+的剩余浓度为19.5 mg·L-1，说明SRB能适应的温度范围较宽，且温度相对其他菌群较高时，仍能保持较好的代谢活性。

4.2 pH值对SRB还原Cr6+的影响

本实验先确定Cr6+的起始浓度为80 mg·L-1，分别改变pH值，测定在pH值依次增加时，厌氧条件下孵化36 h后，Cr6+的剩余浓度。其结果见图2。

图2 pH值对SRB还原Cr6+的影响

由图2可见，pH值对于SRB的生长及活性有重要影响。当pH值介于6-8之间时，SRB具有一定程度的还原能力，尤其当pH值介于6.5-7.5之间时，Cr6+的剩余浓度都低于10 mg·L-1，说明在此条件下SRB菌群的活性较强。当pH值小于6或大于8时，Cr6+的剩余浓度急剧升高，说明该pH值条件对SRB菌群具有相当的抑制作用，延迟了菌群的适应期。