序批式生物膜反应器处理养猪废水降解细菌特性

万金保++邬容伟+邱起地++万莉

摘要：从某猪场废水处理系统序批式生物膜反应器（sequencing batch biofilm reactor，简称SBBR）中分离纯化得到菌株A和菌株B，经形态学鉴定菌株A为乳白色、革兰氏阳性长杆菌；菌株B为灰白色、革兰氏阳性短杆菌。菌株A最佳生长条件为温度30～50 ℃、盐度1%～2%、pH值6～8；菌株B最佳生长条件为温度20～40 ℃、盐度1%～2%、pH值6～8。在不同因素组合下，将菌株A、B分别接种于供試废水中，对废水化学需氧量（chemical oxygen demand，简称COD）去除率最高分别为64.11%、54.74%；NH3-N最佳降解率分别为54.57%、55.54%。

关键词：养猪废水；序批式生物膜反应器（SBBR）；生物降解；形态特征；降解特性

中图分类号： X703文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2016）12-0480-04

收稿日期：2015-10-28

基金项目：国家科技支撑计划（编号：2007BAB23C02）；江西省教育厅科技落地计划（编号：GJJ12433）；南昌市对外科技合作与成果转化推广计划（编号：2013HZCG001）；南昌大学鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室开放基金（编号：13005875）。

作者简介：万金保（1952—），男，江西南昌人，教授，博士生导师，主要从事水污染控制及资源化技术研究。Tel：（0791）88305941；E-mail：jbwan@ncu.edu.cn。

养猪废水中含有大量有机污染物、氨氮、总磷、病虫卵、重金属以及产生的恶臭气体等[1-10]。纵观人类废水处理技术的发展史，微生物处理废水有独特的优势，它通过自身的新陈代谢来吸收、分解和转化污染物，从而达到治理污染物的目的[11-15]。本研究采用江西省某猪场实际工艺升流式固体厌氧反应器（USR）与序批式生物膜反应器（sequencing batch biofilm reactor，简称SBBR）处理猪场废水[16-19]，以实际养猪废水的序批式生物膜反应器中生物膜和污泥为分离源[20-23]，采用Luria-Bertani（简称LB）培养基，通过培养、分离和纯化等，以其中的化学需氧量（chemical oxygen demand，简称COD）和氨态氮（NH3-N）含量为检测指标，旨在探讨从 SBBR 中分离所得菌株的废水处理特性以及生理特性。

1材料与方法

1.1LB液体培养基

在950 mL去离子水中加入10 g胰化蛋白胨、5 g酵母提取物、10 g NaCl，摇动容器直至溶质溶解，调pH值为7.4，用去离子水定容至1 L，在0.103 45 MPa高压下蒸汽灭菌 20 min。

1.2菌株

从某猪场废水处理系统SBBR中取少量含生物膜的污水充分摇匀打碎，然后接种于LB液体培养基，在37 ℃下，振荡培养1 d，重复操作2～3次，作为备用菌液。用倍比稀释法选出长势良好、形态不同的菌落，进行划线分离，将分离得到的菌株A和菌株B的纯菌进行斜面保存[24-26]。

1.3分析方法

菌株的形态学鉴定：参照《常见细菌系统鉴定手册》[27]。

菌株的生长曲线测定：将菌株以1%接种量分别接种于装有20 mL LB液体培养基的12支试管中，接种后首先取1支试管保存于4 ℃冰箱作为对照，之后将其余试管置于 37 ℃、180 r/min水浴恒温振荡器培养，每隔1～2 h取样，于双光束紫外-可见分光光度计下测定菌体生长吸光度D600 nm，即可绘制菌株的生长曲线[28]；温度、盐度、pH值对菌株生长的影响：将纯菌液以1%接种量接种到装有高温灭菌过的LB液体培养基的锥形瓶中，通过调节培养基的摇床温度、盐度，pH值，180 r/min水浴恒温振荡，培养24 h，测定培养液中菌体生长量（D600 nm）[30-33]。温度梯度设置为4、10、20、30、40、50、60 ℃；盐度为0.5%、1%、2%、3%、4%、5%、10%；pH值为4、5、6、7、8、9、10；COD定量测定：重铬酸钾法；NH3-N的定量测定：纳氏试剂分光光度法。

通过设计培养温度、pH值、培养时间、碳氮比的4因素3[JP3]水平正交试验，研究菌株去除废水中COD、NH3-N的最佳条件。

1.4菌株的生物学特性

菌株A与菌株B的形态特征如表1所示，油镜观察结果及菌落形态如图1至图4所示[29]。

2.1温度对菌株的生长影响

温度主要影响微生物体内的酶活性，高温会破坏酶蛋白

质活性，而低温则会降低酶的活性。由图5可见，菌株A最佳生长温度介于30～50 ℃，且在20～50 ℃之间菌株A都能较好地生长；菌株B的最佳生长温度介于20～40 ℃，且在 20～40 ℃之间都能较好地生长。菌株A、B的生长温度范围较广，对温度变化的适应性也较强。

2.2盐度对菌株的生长影响

废水中盐度会影响微生物生长环境的渗透压。在高盐度下，微生物会失水，从而降低活性；低盐度下，微生物会吸水，导致细胞膨胀甚至破裂。由图6可见，菌株A最佳生长盐度介于1%～2%，且在0.5%～2%之间都能较好地生长，而当盐度大于3%后基本不生长，生长盐度范围相对较窄，对于盐度变化适应性较弱；菌株B的最佳生长盐度为1%～2%，且在0.5%～4%的盐度之间都能较好地生长，生长盐度范围相对较广，对于盐度变化适应性相对较强。

2.3pH值对菌株的生长影响

pH值主要是影响微生物的酶活性，微生物体内酶都有各自适应的pH值范围。由图7可见，菌株A最适生长pH值为6～8之间，且在pH值为5～10之间都能较好地生长，对于pH值变化适应性强；菌株B的最佳生长pH值介于 6～8之间，且菌株B在pH值为5～10之间同样都能较好地生长，其生长pH值范围也较宽，对于pH值变化适应性强。

2.4菌株的废水处理特性试验

将纯菌液以5%接种量接种到供试废水中，分别以pH值、碳氮比、培养时间和培养温度为因素，各因素设3个水平，设计4因素3水平正交试验，进行菌株培养条件优化，以筛选出菌株降解养猪废水中有机污染物的最佳条件。

2.4.1菌株A的废水处理特性

2.4.1.1菌株A对供试废水COD的去除结果

由表2、图8可见，各因素对菌株A去除废水中COD的影响由大到小依次是pH值>碳氮比>培养时间>培养温度；去除最佳条件为培养温度35 ℃、pH值75、培养时间72 h，碳氮比=4 ∶[KG-*3]1。

2.4.1.2菌株A对供试废水NH3-N的去除结果

由表3、图9可见，各因素对菌株A去除废水中NH3-N的影响由大到小依次是培养时间>培养温度>碳氮比>pH值；各因素对菌株A去除供试废水中NH3-N的结果都有明显的影响。菌株A对供试废水中NH3-N的去除最佳条件为培养温度 25 ℃、pH值6.5、培养时间72 h和碳氮比为1 ∶[KG-*3]1。

2.4.2菌株B的废水处理特性

2.4.2.1菌株B对供试废水中COD的去除结果

由表4、图10可见，对菌株B去除供试废水COD的结果各因素影响大小依次是培养时间>碳氮比>pH值>培养温度；菌株B对供试废水COD去除的最佳条件为培养温度30 ℃、pH值75、培养时间48 h、碳氮比=2 ∶[KG-*3]1。

2.4.2.2菌株B去除供试废水中NH3-N的去除结果

由表5、图11可见，菌株B去除供试废水中NH3-N的结果各因素的影响大小为碳氮比>培养时间>pH值>培养温度；菌株B去除供试废水中NH3-N的最佳条件为培养温度25 ℃、pH值7.0、培养时间 72 h、碳氮比=1 ∶[KG-*3]1。

3结论

从江西省某养猪场废水处理系统SBBR中分离纯化得到菌株A和菌株B，经倍比稀释法、平板划线法以及形态学鉴定表[CM（25]明，菌株A为乳白色、革兰氏阳性长杆菌；菌株B为灰白[CM）]

色、革兰氏阳性短杆菌。菌株A的最佳生长条件为温度30～50 ℃、盐度1%～2%、pH值为6～8；菌株B的最佳生长条件为温度20～40 ℃、盐度1%～2%、pH值为6～8。经试验可得，菌株A对供试废水中COD的最佳去除条件为培养温度35 ℃、pH值7.5、培养时间72 h、碳氮比=4 ∶[KG-*3]1；菌株B对供试废水中COD的最佳去除条件为培养温度30 ℃、pH值7.5、培养时间 48 h、碳氮比=2 ∶[KG-*3]1。菌株A对NH3-N最佳去除条件为温度25 ℃、pH值6.5、培养时间72 h和碳氮比为 1 ∶[KG-*3]1；菌株B对NH3-N最佳去除条件为培养温度25 ℃、pH值为7、培养时间为72 h、碳氮比为1 ∶[KG-*3]1。

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