水处理枯草芽孢杆菌的研究

张云泽，张 磊，张 礼，刘洪岩，李炳乾

(中盐工程技术研究院有限公司，天津 300450)

随着我国工业的蓬勃发展和人民生活水平的不断提高，城市污水产生量越来越大。由于目前我国的污水处理能力严重不足，导致近50%的城市污水未经任何处理就被排入河流、湖泊或海洋，造成了部分水体中氮、磷等含量、化学需氧量(COD)及重金属严重超标，不仅威胁到了水生生物的生存，而且也影响到了人的身体健康。

微生物作为一种生态调节剂能够增加溶氧(DO)、降低氨氮与亚硝酸盐氮、抑制有害微生物，如蓝藻的繁殖并迅速降解有机物、维持水生生态平衡的功能，具有高效率、低成本、见效快等特点，成为最有前景的净水方法。芽孢杆菌作为水产微生物水质改良剂，是常用于调节水质的一类有益微生物。它能强烈地分解碳系、氮系、磷系、硫系污染物，分解复杂多糖、蛋白质和水溶性有机物，在水环境中能形成优势菌群，使水体中有机氮、金属离子、混浊度、COD(化学需氧量)、BOD(生化需氧量)、SS(浮游生物)等均下降至国标标准以下,而DO(溶解氧)上升,显著改善水质[1-5]。

1 材料和方法

1.1 微生物来源

所用枯草芽孢杆菌菌种单位自有。

1.2 实验方法

1.2.1 实验用微生物培养

枯草芽孢杆菌用LB液体培养基活化培养，培养基配方：

蛋白胨(Tryptone) 10g/L，酵母提取物(Yeast extract) 5g/L，氯化钠(NaCl) 5g/L，调节pH值为7，121 ℃高压灭菌20 min，接种后置于35 ℃培养48 h。

1.2.2 氨态氮检测方法

(1)方法原理。

(2)试剂及其配制。

①无氨纯水。1 L纯水中加0.5 mol/L的NaOH溶液15 mL和过硫酸钾(K2S2O8)2 g与玻璃蒸馏水器中，敞口煮沸10 min后接冷凝管收集馏出液于聚乙烯瓶中。

②铵标准溶液。标准贮备液：称取0.660 7 g(NH4)2SO4(AR,经115 ℃烘1 h)，溶解后以纯水在1 000 mL容量瓶中定容，加1 mL氯仿避光保存。此溶液1 mL含氨氮10.0 μmol(N)。

标准使用液。准确移取标准贮备液10.0 mL于100 mL容量瓶中以纯水定容。混匀后1 mL此溶液内含氨氮1.00 μmol(N)。

③奈氏试剂。称取5 g IK溶于5 mL纯水中，分次加入少量的HgCl2溶液(2.5 g HgCl2溶于10 mL热的纯水中)，可边搅拌边加入直至出现朱红色沉淀为止。冷却后加入50%KOH溶液30 mL，再次冷却后加水稀释至100 mL。静置1 d，将澄清的液倒出置于带橡皮塞的棕色试剂瓶中，此溶液有效期30 d左右。

④KOH溶液。(50%)50 g KOH固体溶于120 mL纯水中，加热蒸发至总体积为100 mL。

⑤酒石酸钾钠溶液。(50%)50 g酒石酸钾钠(KNaC4H4O6·4H2O)溶于纯水中，加热煮沸以驱除氨，冷却后用纯水稀释至100 mL。

(3)测定步骤。

标准工作曲线的制定。

①在6支清洁干燥的50 mL具塞比色管中分别移入标准使用液0 mL、0.50 mL、1.00 mL、1.50 mL、2.00 mL、2.50 mL，并加无氨纯水至刻度。

②分别加酒石酸钾钠1 mL，摇匀；再加入奈氏试剂1.5 mL，摇匀后放置10 min显色。

③用分光光度计在420 nm波长处于20 mm比色皿对照纯水测定上述溶液吸光度E(其中未加标准使用液为试剂空白E0)。

④记录吸光度数值。以吸光度(E-E0)为纵坐标，氨的浓度为横坐标作图，得标准工作曲线。

水样测定。

①量取50 mL澄清水样于50 mL具塞比色管中，参照工作曲线过程的(2)、(3)步骤显色，并测定水样的吸光度EW。

②另取澄清水样，参照上述(3)步骤，测定水样由浑浊引起的吸光度Et。

(4)结果计算。

水样中由氨氮引起的吸光度En=E-E0-Et

由En在工作曲线上查得水样中氨氮的浓度。

2 结果与分析

2.1 氨氮标准曲线的绘制

表1为氨氮标准使用液测量浓度和吸光度，图1为氨氮工作曲线。从图1可以看出，氨氮标准使用液测试浓度与吸光度之间成很好的线性关系。

2.2 不同量枯草芽孢杆菌对氨氮的处理效果

以相同浓度(NH4)2SO4未添加菌液为对照， 设置枯草芽孢杆菌添加量梯度10 mL(枯草芽孢杆菌菌液)/L(水)、20 mL(枯草芽孢杆菌菌液)/L(水)、40 mL(枯草芽孢杆菌菌液)/L(水)、60 mL(枯草芽孢杆菌菌液)/L(水)、80 mL(枯草芽孢杆菌菌液)/L(水)、100 mL(枯草芽孢杆菌菌液)/L(水)，每个梯度设置3个平行，每24 h取样测定一次，结果见表2、图2。从表2、图2可以看出，接种后的样品中氨氮浓度均经历了一个下降稳定的趋势。样品中的氨氮在第2 d～第5 d开始快速下降，说明接种枯草芽孢杆菌对水中氨氮的分解速度开始加快，最终各不同枯草芽孢杆菌添加量的样品的氨氮浓度均稳定在0.087 μmol/mL左右，氨氮去除率达63.75%，说明经过一定的反应时间，所接枯草芽孢杆菌样品中的氨氮均具有很好的去除效果。

表1 氨氮标准使用液测量浓度和吸光度Tab.1 Measure concentration and absorbance of ammonia nitrogen standard solution

图1 氨氮标准工作曲线Fig.1 Wording curve of ammonia nitrogen standard

表2 各系列氨氮浓度随时间的变化Tab.2 Variation of ammonia nitrogen concentration in each series with time

图2 氨氮浓度随时间变化曲线图Fig.2 Variation curve of ammonia nitrogen concentration with time

3 结论

枯草芽孢杆菌能在含氨氮的水中具有良好的活性，并能大幅降低水中的氨氮含量，不同枯草芽孢杆菌添加量的在第7 d后最终结果几乎相同，去除率为63.75%，说明添加不同量的枯草芽孢杆菌，对降氨氮的速度有一定影响，但最终效果基本无影响。