酸堿度對(duì)磷酸鹽還原菌除磷性能影響研究

寧宇　馬興冠

[摘要]研究不同酸堿度培養(yǎng)條件對(duì)磷酸鹽還原菌除磷性能的影響，通過涂布法、劃線法、分離純化等方法進(jìn)行細(xì)菌提純，獲得具有磷酸鹽還原性的細(xì)菌菌種，設(shè)置pH=5、pH=6、pH=7、pH=8、pH=9五個(gè)酸堿度梯度分別對(duì)還原菌進(jìn)行培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量厭氧培養(yǎng)管內(nèi)的菌濁度獲得酸堿度對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的影響數(shù)據(jù)，并測(cè)量培養(yǎng)液內(nèi)的總磷含量的變化，得出培養(yǎng)液pH=8時(shí)處理效果最好，總磷去除率為34.17%。

[關(guān)鍵詞]磷酸鹽;還原菌;除磷性能;酸堿度

[中圖分類號(hào)]X505[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

微生物對(duì)磷酸鹽還原現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)了人們對(duì)于自然界中磷素循環(huán)的認(rèn)識(shí)，微生物對(duì)于磷酸鹽的還原工藝具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和高效的性能，成為目前除磷工藝研究過程中的重點(diǎn)方向。為了研究磷酸鹽還原菌在不同酸堿度條件下的除磷性能，利用磷酸鹽還原菌馴化作用及富集作用后的厭氧活性污泥作為菌種提取種泥，采用分離技術(shù)、提純技術(shù)及微生物鑒定相關(guān)技術(shù)提純出具有磷酸鹽還原功能的細(xì)菌菌種，設(shè)置不同pH值培養(yǎng)環(huán)境培養(yǎng)磷酸鹽還原菌，測(cè)定總磷的去除效率，驗(yàn)證最適宜除磷酸堿度。

1 實(shí)驗(yàn)菌種與方案

1.1 實(shí)驗(yàn)菌種

對(duì)磷酸鹽還原菌馴化作用與富集作用后的厭氧活性污泥進(jìn)行分離、提純，獲得具有磷酸鹽還原功能的細(xì)菌，使用涂布法將得到的污泥接種在培養(yǎng)基內(nèi)，進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)，培養(yǎng)周期為3～5d，等待培養(yǎng)基內(nèi)出現(xiàn)相應(yīng)細(xì)菌群體后，進(jìn)行觀察并記錄培養(yǎng)基內(nèi)細(xì)菌群落的形態(tài)及特征，挑選相應(yīng)形態(tài)細(xì)菌在對(duì)應(yīng)培養(yǎng)基內(nèi)利用劃線接種法進(jìn)行接種純化，提純出具有磷酸鹽還原性的細(xì)菌;等待培養(yǎng)基內(nèi)細(xì)菌群體純化后進(jìn)行細(xì)菌的初步篩選，挑選出除磷效果較好的細(xì)菌品種再進(jìn)行復(fù)篩，最終通過多次分離、多次純化等步驟挑選出具有磷酸鹽還原能力的細(xì)菌，進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

通過研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌菌液的濃度與吸光度在600nm光照下具有線性相關(guān)性，將取得磷酸鹽還原菌進(jìn)行培養(yǎng)，取生長(zhǎng)期細(xì)菌液，通過滅菌消毒后的注射器吸取2%濃度細(xì)菌液注射到厭氧管內(nèi)，將厭氧管放在恒溫震蕩培養(yǎng)箱內(nèi)以溫度為30℃，轉(zhuǎn)速為120r/min的條件進(jìn)行培養(yǎng)。利用分光光度計(jì)測(cè)定細(xì)菌菌液的吸光度，以O(shè)D600表示菌濁度即為所要測(cè)量的細(xì)菌濃度，同時(shí)檢測(cè)細(xì)菌在生長(zhǎng)過程中培養(yǎng)基內(nèi)TP的變化狀況，檢驗(yàn)磷酸鹽還原細(xì)菌的除磷能力。

為了研究不同酸堿度條件下磷酸鹽還原菌的除磷效果，設(shè)置不同種酸堿度梯度，分別設(shè)置pH=5、pH=6、pH=7、pH=8、pH=9五個(gè)酸堿度進(jìn)行培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，將菌種分別接種在10個(gè)厭氧管內(nèi)，每?jī)芍粎捬豕茉O(shè)置相同酸堿度條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將所有厭氧培養(yǎng)管放置在30℃條件下進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)，培養(yǎng)時(shí)間為48h，使用0.22μm 的微孔濾膜過濾后測(cè)定上清液中 TP 的含量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 初始pH值對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的影響

自然界中不同種微生物對(duì)于酸堿度的適應(yīng)能力不同，有耐酸性微生物、耐堿性微生物及中性微生物等，自然環(huán)境中的pH值約為5～9，大多數(shù)的微生物能夠生活在這個(gè)區(qū)間內(nèi)，雖然極端酸堿度條件下部分微生物也能夠存活，但微生物體內(nèi)的酸堿度處于一定的平衡狀態(tài)，多為中性，保證細(xì)菌的正常生命活動(dòng)的進(jìn)行，需要維持其適宜的生長(zhǎng)酸堿度，研究磷酸鹽還原菌在不同pH值下的生長(zhǎng)狀態(tài)，尋找適合磷酸鹽還原菌的生長(zhǎng)條件，實(shí)現(xiàn)除磷效果的高效化。

磷酸鹽還原菌在不同pH值條件下生長(zhǎng)狀況不相同，pH=5時(shí)細(xì)菌菌株數(shù)量最少，OD600值為0.963，處于較低水平;伴隨pH值增加，細(xì)菌菌株的數(shù)量在增加，OD600值也逐漸增大，當(dāng)pH=8時(shí)，OD600值為1.646，處于最高水平。該種磷酸鹽還原菌的堿性適應(yīng)能力較強(qiáng)，在 pH為7～9的條件下，生長(zhǎng)狀況較為良好，當(dāng)pH由中性過度到堿性的時(shí)候，即pH=9時(shí)，菌株的生長(zhǎng)能力開始減弱，此時(shí)OD600值為1.431。上述結(jié)果的原因與菌株的馴化富集條件有關(guān)，磷酸鹽還原菌的菌株馴化和富集過程中，pH一直穩(wěn)定在中性條件左右，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的馴化，使得菌株適應(yīng)中性的生長(zhǎng)條件，進(jìn)而當(dāng)環(huán)境pH不在中性時(shí)，菌株的生長(zhǎng)能力會(huì)因pH的改變而受到影響。

2.2 初始pH值對(duì)細(xì)菌除磷性能的影響

酸堿度對(duì)還原菌菌株除磷能力的影響較明顯，當(dāng)pH=5時(shí)，去除率為7.50%，處于較低水平;伴隨pH值的不斷增大，除磷能力也不斷增強(qiáng)，當(dāng)pH=8時(shí)，總磷濃度為7.90 mg/L，TP去除率為34.17%，達(dá)到實(shí)驗(yàn)最高水平;當(dāng)pH=9時(shí)，總磷濃度為8.70mg/L，TP去除率為27.50%，除磷能力下降。由于pH的改變會(huì)影響磷和磷的化合物的電極電勢(shì)，從而影響菌株對(duì)TP 的去除能力。

培養(yǎng)液中pH值對(duì)還原菌的影響主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。一是不同酸堿度條件下，會(huì)影響細(xì)菌細(xì)胞膜的通透能力，影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞體內(nèi)。二是不同酸堿度會(huì)影響電荷變化，影響細(xì)菌體內(nèi)部分酶的生命活性，進(jìn)而影響細(xì)菌的活性。三是酸堿度的變化可能增加培養(yǎng)液內(nèi)有毒物質(zhì)的產(chǎn)生，抑制細(xì)菌的生命活動(dòng)。綜上所述，pH的改變會(huì)影響TP的去除率和菌株的生長(zhǎng)能力，最適宜酸堿度條件為pH=8。

3 結(jié)論

酸堿度是影響微生物生長(zhǎng)繁殖的重要外界因素，較高酸堿度或較低酸堿度都不利于微生物的生存，研究最適宜酸堿度條件對(duì)提高磷酸鹽還原菌的除磷效率具有重要意義，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示該種磷酸鹽還原菌在不同酸堿度條件下生長(zhǎng)狀態(tài)不同，在pH=8時(shí)除磷效果較好，去除率為34.17%，在進(jìn)行微生物除磷時(shí)應(yīng)控制好環(huán)境酸堿度，有利于除磷效果的提高。

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