假單胞菌復(fù)合菌劑對高濃度廢水中氨氮總氮濃度降解的研究

吳 婧，鐘翔錦

(上田環(huán)境修復(fù)有限公司，江蘇 常州 213000)

工業(yè)快速發(fā)展，導(dǎo)致含氮化合物排放量日益增長。2017年，全國排入河道氨氮、總氮污染物分別為96.34萬噸和304.14萬噸，嚴(yán)重影響整體環(huán)境質(zhì)量。其中，各化工污染地塊中污染廢水或滲坑基坑水中存在大量氨氮、硝態(tài)氮及亞硝態(tài)氮污染[1-2]。如何去除超標(biāo)氨氮、總氮污染物，成為污染水體治理關(guān)鍵。常見治理方法包括吹脫法、膜技術(shù)等，廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水治理[3]。這些物化方法成本高，治理效果易反復(fù)，容易出現(xiàn)二次污染。生物處理技術(shù)，尤其微生物處理技術(shù)，具有工藝操作簡單、反應(yīng)過程穩(wěn)定性高、成本低、不易產(chǎn)生二次污染物等優(yōu)點(diǎn)，在污染水體治理中應(yīng)用越來越廣泛[4-5]。

微生物處理技術(shù)要點(diǎn)在于篩選出合適的菌劑，能耐受高濃度污染并持久高效地去除廢水中氨氮、總氮污染物[6]。常見方法篩選出的多為單菌株，需要在后期實(shí)際工程應(yīng)用中重新構(gòu)建復(fù)合菌群，并考慮各菌種之間的拮抗作用進(jìn)行配比[7]。本文從垃圾填埋場滲坑底泥中直接篩選馴化復(fù)合菌劑，通過實(shí)驗(yàn)確定營養(yǎng)物質(zhì)和菌液比例，并在高濃度廢水中進(jìn)行應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。

1 材料與方法

1.1 培養(yǎng)基

硝化富集培養(yǎng)基(NSM)(g/L)： (NH4)2SO40.945～4.725，檸檬酸鈉6.536，MgSO4·7H2O 1，NaCl 0.12，MnSO4·H2O 0.01，F(xiàn)eSO4·7H2O 0.05，KH2PO40.25，Na2HPO40.3。pH 7.0～7.5。固體培養(yǎng)基添加15～20 g/L瓊脂。

異養(yǎng)硝化培養(yǎng)基(NM)(g/L)： (NH4)2SO44.725，檸檬酸鈉12.25，MgSO4·7H2O 1，KH2PO40.25，Na2HPO40.3。pH 7.0～7.5。

1.2 富集培養(yǎng)與菌株篩選

活性污泥取自蘇州某垃圾填埋場滲濾液坑塘底部。取泥水混合物 5 mL，懸浮于 45 mL NSM，30 ℃、150 r/min 恒溫振蕩培養(yǎng) 6 h。取初始氨氮質(zhì)量濃度 200 mg/L 的NSM 100 mL，接入1%泥水混合物，30 ℃、150 r/min 富集培養(yǎng) 16 h;待培養(yǎng)液渾濁后取1%菌液接入NSM中，重復(fù)培養(yǎng)19次;待微生物適應(yīng)后，將NSM氨氮質(zhì)量濃度依次提升為 400 mg/L、600 mg/L、800 mg/L、1000 mg/L，每個(gè)氨氮濃度培養(yǎng)液中分別馴化微生物20代。

1.3 菌株鑒定

將馴化后的微生物復(fù)合菌劑，以及進(jìn)行多次純化后挑選的單克隆，送樣至上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司進(jìn)行16SrDNA菌株鑒定。上游引物為27f(5’-AGAGTTTGATCMTGGCTCAG-3’)，下游引物為1492r(5’-TACGGYTACCTTGTTACGACTT-3’)。基因測序后通過同源性序列分析構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹。

1.4 生物脫氮性能研究

選擇1代、40代、90代復(fù)合菌株為目標(biāo)菌株，以0.2%接入氨氮初始質(zhì)量濃度為約 1000 mg/L 的NM和某化工污染地塊現(xiàn)場廢水中，35 ℃、150 r/min 恒溫振蕩培養(yǎng) 25 d，定時(shí)取樣檢測培養(yǎng)液中總氮和氨氮含量，計(jì)算氨氮或總氮去除率。

1.5 檢測方法

氨氮采用納氏試劑分光光度法(HJ 535-2009)，總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(HJ 636-2012)。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合菌劑的篩選鑒定

通過DNA提取、PCR擴(kuò)增、樣品純化、基因檢測等，將檢測結(jié)果與NCBI數(shù)據(jù)庫比對。結(jié)果顯示，氨氮降解菌單克隆菌落與以下4種微生物序列結(jié)果100%匹配：蒙特利假單胞菌(Pseudomonas monteilii strain)、假單胞菌(Pseudomonas strain)、巴氏假單胞菌(Pseudomonas baetica strain)和惡臭假單胞菌(Pseudomonas putida strain)。同時(shí)，通過分類學(xué)分析確定復(fù)合菌劑中微生物的種屬和相對豐度，結(jié)果顯示1代復(fù)合菌中有68.14%為假單胞菌屬，18.29%為未分類的腸桿菌，6.52%為腸桿菌屬；40代復(fù)合菌中99.99%都是假單胞菌屬。綜合分析復(fù)合菌主要成分為各種假單胞菌屬菌株。如圖1所示。

圖1 氨氮降解菌單菌落的比對結(jié)果與進(jìn)化樹

2.2 復(fù)合菌劑對NM的氨氮總氮降解效果

如圖2所示，未接入微生物的對照組NM中氨氮質(zhì)量濃度有小幅度下降，20 d 后趨于穩(wěn)定，最終氨氮質(zhì)量濃度為 1033.67 mg/L，去除率維持在13%左右；接入1代、40代和90代復(fù)合菌液的NM中，氨氮質(zhì)量濃度均有顯著降低，25 d后趨于穩(wěn)定，氨氮質(zhì)量濃度最低為 89.87 mg/L，去除率最高達(dá)90.3%。反應(yīng) 16 d 前，1代微生物對NM中氨氮去除率高于馴化篩選后期的40代和90代微生物；反應(yīng) 25 d 后，1代微生物對NM中氨氮去除率低于40代和90代微生物。而總氮濃度的變化情況與氨氮有一定區(qū)別。隨著反應(yīng)時(shí)間增加，NM中總氮濃度有一定升高。接入1代復(fù)合菌液反應(yīng) 25 d 后，總氮質(zhì)量濃度沒有顯著降低趨勢，反而有一定增加，平均總氮質(zhì)量濃度從 645.59 mg/L 升高至 677.10 mg/L；接入40代或90代微生物菌液后，NM中總氮質(zhì)量濃度有顯著降低，平均總氮質(zhì)量濃度從 659.38 mg/L 降至 282.88 mg/L，總氮去除率最高達(dá)59.5%。綜上，復(fù)合菌液對NM中氨氮和總氮都具有一定去除效果，對氨氮去除效果更佳，且經(jīng)過多次馴化篩選后的復(fù)合菌液降解效果更顯著。

圖2 高濃度NM中不同馴化代數(shù)復(fù)合菌對氨氮和總氮的降解效果

2.3 復(fù)合菌劑對修復(fù)場地廢水中氨氮總氮的降解效果

如圖3所示，未接入微生物的對照組廢水中氨氮濃度有小幅度波動(dòng)，25 d 后趨于穩(wěn)定，平均質(zhì)量濃度為 830.42 mg/L，平均去除率為4.7%；接入各代復(fù)合菌液后，廢水的氨氮濃度均有顯著降低，15 d 后趨于穩(wěn)定，氨氮質(zhì)量濃度最低為 38.28 mg/L ，去除率最高達(dá)95.4%。其中，反應(yīng) 8 d 前，1代微生物對廢水中氨氮去除率高于40代和90代微生物；反應(yīng) 25 d 后，1代和40代微生物的氨氮去除率低于90代微生物作用。總氮濃度的變化情況與圖2有一定區(qū)別。隨著反應(yīng)時(shí)間增加，廢水中總氮濃度變化起伏較大，有一定程度升高，平均質(zhì)量濃度為 930.03 mg/L。接入1代或40代復(fù)合菌液反應(yīng) 25 d 后，總氮濃度初始具有降低趨勢，平均質(zhì)量濃度為 654.92 mg/L，但 15 d 后有一定升高，可能與部分氨氮轉(zhuǎn)化為總氮污染物有關(guān)。接入90代菌液后，總氮濃度顯著降低，平均質(zhì)量濃度降至 330.68 mg/L，總氮去除率最高達(dá)66.2%。該復(fù)合菌液對修復(fù)場地高濃度廢水中的氨氮總氮都具有一定降解效果，對氨氮降解效果更佳，且經(jīng)過多次馴化篩選后的復(fù)合菌液對總氮降解效果更顯著。

圖3 高濃度污染廢水中不同馴化代數(shù)復(fù)合菌對氨氮和總氮的降解效果

3 結(jié)論

通過對填埋場滲坑底泥中土著微生物菌種的篩選馴化，獲得一種能高效持久降解氨氮和總氮的復(fù)合菌劑，經(jīng)鑒定由不同的假單胞菌菌種構(gòu)成，對高濃度氨氮或總氮污染廢水具有長期高效降解的作用。該微生物復(fù)合菌劑擴(kuò)培所需的營養(yǎng)物質(zhì)配置簡便，對高濃度污染水體中的氨氮和總氮具有高效持久的降解作用，無二次污染，操作簡便，有利于大規(guī)模推廣應(yīng)用于污染水體的治理。