光合細菌對模擬海水養(yǎng)殖廢水COD的去除能力研究

王 冰，白 萱, 王嘉麗, 趙 樂，楊寶靈，吳 盼(大連民族大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，遼寧 大連 116605)

2016年，中國海水養(yǎng)殖總量1 963.13萬噸，比2015年增長4.67%[1]。海水養(yǎng)殖的剩余餌料、養(yǎng)殖生物排泄物及為防治病害使用的各種化學(xué)藥品(抗生素等)可導(dǎo)致局部海洋環(huán)境微生態(tài)破壞[2-4]。海水養(yǎng)殖廢水處理目的是降低廢水中懸浮物、化學(xué)需氧量、氨氮和磷濃度。生物方法與物理、化學(xué)法相比，不產(chǎn)生二次污染，經(jīng)濟、有效[5]。目前生物處理法有活性污泥法、生物膜法、生物絮凝法等。活性污泥法會帶來大量的剩余污泥處置問題，而生物膜法容易引起膜堵塞、啟動慢以及海水的鹽度效應(yīng)等問題，海水養(yǎng)殖廢水的處理研究仍處于起步階段[6-7]。

光合細菌是一種具有潛力的污水處理微生物[8]，已經(jīng)被用于多種污水的凈化，如制糖[9]、屠宰[10]、乳制[11]、染料[12]廢水。光合細菌生物里富含類胡蘿卜素[13]、輔酶Q10[14]和蛋白質(zhì)[15]等可作為動物的飼料使用。因此，光合細菌處理污水是一項污水資源化技術(shù)。本文以海水養(yǎng)殖廢水為處理對象，研究利用海水中分離的光合細菌在不同條件下的凈化效果。探討海水養(yǎng)殖廢水初始化學(xué)需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)濃度、細菌投加量對海水養(yǎng)殖廢水處理效果的影響及處理條件優(yōu)化，為光合細菌處理海水養(yǎng)殖廢水的實際應(yīng)用提供實驗基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

細菌：光合細菌(遼寧師范大學(xué)提供，編號為PSB001，從海水對蝦養(yǎng)殖池底泥分離純化而來)。

超凈工作臺(SW-CJ-1C，浙江蘇凈凈化設(shè)備有限公司)；臺式高速冷凍離心機(TGL-16K，湘儀離心機有限公司)；恒溫氣浴振蕩器(ZD-85，金壇市友聯(lián)儀器研究所)；高壓蒸汽滅菌鍋(MLS-3200，三洋SANYO)。

1.2 實驗方法

1.2.1 光合細菌的培養(yǎng)

配制光合細菌海水培養(yǎng)基，pH=7.2，培養(yǎng)基組成見表1。

表1 光合細菌培養(yǎng)基組成

(1)好氧培養(yǎng)。采用搖瓶培養(yǎng)，搖床轉(zhuǎn)速為150 r·min-1，溫度為25 ℃，好氧培養(yǎng)物為淡黃色。

(2)光照厭氧培養(yǎng)。在100 ml血清瓶中厭氧，光照培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng)(光照強度2 500 lux)，光厭氧菌液為紫紅色。

1.2.2 人工污水配置

人工污水的配方為COD:N:P=100:10:1，用葡萄糖增加COD含量，磷酸二氫鉀和氯化銨提供N、P元素。

1.2.3 COD凈化

(1)COD初始濃度對凈化效果的影響。取4份200 ml的細菌懸液，3 500 r·min-1離心15 min，棄上清液，取細菌沉淀分別加入到裝有100 ml人工污水(COD濃度非別為1 000、500、250、125 mg·L-1)的錐形瓶。放入25 ℃恒溫搖床，轉(zhuǎn)速為150 r·min-1。每隔1 d取樣，樣品離心10 min，取上清液測定污水COD含量。

(2)細菌投加量對凈化效果的影響。取不同體積(100、200、400 ml)的細菌懸液，3 500 r·min-1離心15 min，棄上清液，取細菌沉淀分別加入到裝有100 ml人工污水(COD濃度為500 mg·L-1)的錐形瓶。放入25 ℃恒溫搖床，轉(zhuǎn)速為150 r·min-1。每隔1 d取樣，樣品離心10 min，取上清液測定污水COD含量。

(3)光照與好厭氧環(huán)境對去除效果的影響。取4份200 ml的細菌懸液，3 500 r·min-1離心15 min，棄上清液，取沉淀加入到裝有100 ml人工污水(COD濃度為500 mg·L-1)中。環(huán)境1：恒溫搖床中進行好氧微光照處理。環(huán)境2：用鋁箔包裹錐形瓶放入恒溫搖床進行好氧黑暗處理。環(huán)境3：橡膠塞封口靜置于光照培養(yǎng)箱進行厭氧光照處理。環(huán)境4：用鋁箔包裹靜止放置進行厭氧黑暗處理。每隔1 d取樣，樣品離心10 min，取上清液測定污水COD含量。

1.2.4 化學(xué)指標測定

采用堿性高錳酸鉀法測定COD。化學(xué)指標測定方法出自《海洋監(jiān)測規(guī)范》第4部分(GB17378.4-1998)[16]。

2 結(jié)果與討論

初始COD濃度對COD去除的影響如圖1。COD初始濃度為1 000、500、250、125 mg·L-1時，每100 ml污水投放200 ml 光合細菌，4 d去除率分別為28.1%、75.0%、87.5、87.5%。COD去除量分別是281.0、375.0、218.8和109.4 mg·L-1。光合細菌COD凈化能力明顯優(yōu)于傳統(tǒng)生物處理方法——生物膜法[5]和活性污泥法[6]。

圖1 初始COD濃度對COD去除的影響

光合細菌投加量對COD去除的影響如圖2。污水COD初始濃度為500 mg·L-1，細菌OD 660 nm值為0.6，每100 ml污水投加200 ml光合細菌時COD去除效果較好，第四天COD去除率達到79.2%。COD去除效果高于嗜硫小紅卵菌[17]、生物膜法[5]和活性污泥法[6]。

圖2 光合細菌投加量對COD去除的影響

處理環(huán)境對COD去除的影響如圖3。660 nm處理環(huán)境為好氧微光、厭氧光照、好氧黑暗、厭氧黑暗時都能去除COD。但相比之下好氧自然光和好氧黑暗條件下去除效果相對較好，厭氧光照4 d后去除率可以達到好氧黑暗條件下的去除率。光合細菌去除COD效果高于嗜硫小紅卵菌[17]、生物膜法[5]和活性污泥法[6]。

圖3 處理環(huán)境對COD去除的影響

污水處理后光合細菌的干重見表2(表中數(shù)據(jù)為“均值±(標準差)”)。各處理條件下細菌均有生長，好氧微光環(huán)境下細菌增重最大，與其高COD去除率有關(guān)。說明此細菌凈化有機物的能力強。

表2 光合細菌干重

3 結(jié) 論

(1)每100 ml 污水投放200 ml 光合細菌，COD凈化效果最佳。(2)COD初始濃度為500 mg·L-1時，COD凈化效果最佳。(3)好氧環(huán)境要好于厭氧環(huán)境的COD凈化效果，光照環(huán)境要好于黑暗環(huán)境，厭氧光照4 d后可以達到好氧黑暗條件下的去除率。(4)光合細菌(PSB001)COD去除能力高，可作為海水養(yǎng)殖廢水生物凈化的強化菌株。

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