農村生活污水高效降解菌的篩選?鑒定及工藝優化

魯姍 段開紅

摘要 [目的]篩選并優化能夠降解農村生活污水中有機物的高效降解菌。[方法]利用普遍適用性培養基和選擇性培養基進行菌株的分離篩選，以化學需氧量為評判指標進行復篩、鑒定及高效復合菌的初步構建，通過單因素及正交試驗優化高效降解菌的發酵條件。[結果]從35株初篩菌株中復篩出5株有機物降解率在40%以上的菌株，最優發酵條件為：接種量0.3%、發酵時間5 d、復合菌的配比B2（假單胞菌）∶N1（棒狀桿菌）為4∶1時，有機物降解率可達84.46%。[結論]該研究可為農村生活污水的治理提供參考。

關鍵詞 生活污水;化學需氧量;高效復合菌;優化

中圖分類號 X172文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）14-0080-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.14.025

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract [Objective] To screen and optimize highly efficient bacteria which can degrade organic matter in rural domestic sewage. [Method] The strains were isolated and screened by universal applicability medium and selective medium. The chemical oxygen demand （COD） was used as the evaluation index for rescreening， identification and preliminary construction of highefficiency composite bacteria. The fermentation conditions of highefficiency degradation bacteria were optimized by single factor and orthogonal test. [Result] Among the 35 strains， 5 strains with more than 40% degradation rate of organic matter were screened out. The optimum fermentation conditions were inoculation amount of 0.3%， fermentation time of 5 days， and the ratio of B2 （Pseudomonas sp.） to N1 （Corynebacterium sp.） was 4∶1， and the degradation rate of organic matter could reach 84.46%. [Conclusion] The study can provide reference for the treatment of rural domestic sewage.

Key words Domestic sewage;COD;Efficient compound bacteria;Optimization

作者簡介 魯姍（1993—），女，內蒙古通遼人，碩士研究生，研究方向：微生物處理污水。*通信作者，教授，碩士生導師，從事發酵工程研究。

收稿日期 2019-03-04;修回日期 2019-03-19

近年來，隨著我國經濟實力的快速發展，農村地區生活用水量增加的同時也伴隨著污水排放量的急劇增加，農村生活污水如何科學、高效的處理受到了政府及社會各界的重視[1]。《內蒙古自治區農村牧區人居環境整治三年行動方案（2018-2020年）》中也提到了梯次推進農村牧區生活污水治理及科學選擇污水處理模式等[2]。所以，尋求適合農村生活污水處理的方法成為當下要務。生物法是污水處理中最常用的技術手段之一，具有成本低、效率高、反應條件溫和及無二次污染等顯著優點，利用微生物技術處理污水，體現了可持續發展的理念。國內近幾年利用微生物處理污水的研究雖然取得一定進展，但國內微生物菌劑的研發仍需加快腳步以改變菌劑針對性不強及效果受多因素影響等問題[3- 6]。

內蒙古巴彥淖爾市五原縣塔爾湖鎮污水處理廠日平均處理污水350 t。當地生活污水中的主要污染物為淀粉、糖類、油脂、纖維素、蛋白質等無毒有機物，屬于生物易降解物質。該試驗主要目的是篩選出對農村生活污水具有高效降解能力的菌株，為工業化生產菌種、推廣農村生活污水處理技術及降低成本提供參考。為此，筆者試圖在塔爾湖鎮污水處理廠

的污泥及周邊土壤中篩選高效降解菌，以評價污水水質的化學需氧量（COD值）為評判指標進行降解試驗，并對高效降解菌的降解性能進行初步研究及工藝優化。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

內蒙古巴彥淖爾市五原縣塔爾湖鎮污水處理廠周邊土壤及廠內處理池中的污水（COD：663 mg/L）、污泥。

電子分析天平（FA1004B，上海佑科儀器儀表有限公司），手提式壓力蒸汽滅菌器（DSX-280KB30，上海申安醫療器械廠），恒溫培養搖床（HPY-92，上海躍進醫療器械有限公司），高速離心機（HC-3018，安徽中科中佳科學儀器有限公司），電熱鼓風干燥箱（DL100，天津市實驗儀器廠），生物顯微鏡（XSP-2CA，上海佑科儀器儀表有限公司），pH計（PHS-3C，上海晶磁儀器有限公司），COD消解裝置（COD-571-1，上海儀電科學儀器股份有限公司），化學需氧量（COD）測定儀（COD-571，上海儀電科學儀器股份有限公司）等。

1.2 方法

1.2.1 初篩。采用常用的細菌、放線菌、真菌普遍適用性培養基和篩選固氮菌所用的Ashby無氮培養基及篩選解磷菌所用的無機磷培養基[7]，將污泥及土壤稀釋成濃度為10-1、10-2、10-3、10-4、10-5 g/L的懸液，然后取10-4和10-5 g/L濃度的懸液涂布于篩選培養基相應的固體平板上，選擇其中出現時間早、出現次數多及長勢好的菌種進一步純化。

1.2.2 復篩。將純化后的單一菌株菌懸液（活菌數>108 CFU/mL，LB液體培養基）以1%的添加量接入200 mL滅菌生活污水中，放入25 ℃、140 r/min的搖床中振蕩。每24 h測一次COD值，監測周期為120 h。選擇COD去除率在40%以上的菌株進行后續研究。

為去除懸浮物的影響，測定COD時需把消解后的待測樣品于8 000 r/min離心5 min，取上清液測定COD值。

1.2.3 鑒定。將已分離、純化的菌株交由上海生工生物工程技術服務有限公司進行16SrDNA測序。將測序結果通過基因數據庫（NCBI）進行相似性比對，下載相似性最高序列，采用MEGA7構建進化樹。

1.2.4

復合菌的初步構建。將復篩出的、互相之間沒有拮抗作用的降解菌，進行等體積隨機復配并測定其降解有機物的性能，選擇其中降解有機物能力最好的復合菌進行研究。

1.2.5

發酵條件的優化。將降解有機物能力最好的復合菌的菌懸液接入滅菌生活污水中，對接種量、反應時間、復合菌的配比進行單因素試驗：接種量：0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、1%、1.5%、2%;反應時間：3、4、5、6、7、8、9 d;復合菌的配比（B2∶N1）：1∶4、1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1、4∶1。

考慮單因素試驗優化得到的結果，建立3因素3水平的正交試驗，確定復合菌的發酵條件參數，并根據結果計算極差進行分析。工藝優化正交試驗因素水平見表1。

2 結果與分析

2.1 降解性菌株的篩選

2.2 16SrDNA序列分析

通過鑒定結果比對NCBI可知：B1、B4為芽孢桿菌屬（Bacillus），B2為假單胞菌屬（Pseudomonas），B6為克雷伯氏菌屬（Klebsiella），N1為棒狀桿菌屬（Corynebacterium），Blast比對相似度均為99%。

菌種B1、B4為促生、分解磷鉀化合物細菌類菌種，分別為短小芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌，能夠分解污水中的磷鉀化合物;菌種B2所屬的假單胞菌多分布于土壤和水中的各種植物體，有極強的分解有機物的能力，可以將多種有機物作為能源來源，Misiak K等[10]、Su J J等[11]做過關于Pseudomonas knackmussii用于廢水處理中膜曝氣生物反應器的研究，結果表明假單胞菌在生物法處理污水中具有降解氨氮的能力。菌種B6為產酸克雷伯氏菌，王強等[12]的研究表明其具有降解污水中苯酚的能力;菌種N1為帚石南棒桿菌（Corynebacterium callunae），已有研究報道將該菌種作用于化工污水處理[13]。

2.3 復合菌系的構建 將所篩得的5株降解菌在LB培養基中兩兩劃線觀察是否有拮抗作用，發現5株菌之間均無拮抗。將5株降解菌的單菌及隨機復配按等體積混合的菌懸液1%的接種量接入滅菌生活污水中反應84 h，每24 h監測一次COD值，采用COD值最低點計算COD去除率，從而確定其降解有機物的性能。結果表示（表3），B2、N1等體積混合處理污水的COD去除率為72.08%，優于單菌及其他復合菌的處理效果。

2.4 發酵工藝的優化結果

2.4.1 單因素試驗。根據按所設置的參數將復合菌接入滅菌生活污水中，以化學需氧量（COD值）為評價指標，對其降解污水中有機物能力進行評估。圖2～4表明，接種量0.3%時，COD去除率最高;發酵時間5 d，COD去除率最高;復合菌配比（B2∶N1）3∶1時，COD去除率最高;當接種量0.3%、發酵5 d、復合菌配比（B2∶N1）3∶1時，COD去除率為79.24%。

3 結論

該試驗共篩選出細菌21株、真菌5株、放線菌10株，且分離出來的菌株對污水中的有機物都有一定的降解作用。復篩出來的5株高效降解菌經鑒定后得出均為細菌，說明細菌是生活污水中的主要降解類群，這與黃世臣等[14]、李德舜 等[15]的研究結果一致。

以化學需氧量（COD值）為評價指標，對5株高效降菌及等體積隨機復配的復合菌降解污水中有機物能力進行測定，選擇效果最好的單菌或復合菌進行研究;對反應時間、接種量、復合菌的配比3個因素進行考察，通過正交試驗進一步確定了復合菌處理污水的最優工藝。結果表明，將菌株B2（Pseudomonadaceae knackmussii）與N1（Corynebacterium callunae）復合降解污水中有機物的效果最好;當反應時間5 d、接種量0.3%、復合菌配比（B2∶N1）4∶1時，有機物降解率達到84.46%。該研究對農村污水的治理具有一定的參考作用。

參考文獻

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