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摘要:采用微生物学方法,冬季时从污水处理厂曝气池的活性污泥中分离出具有较高生物活性和代谢有机污染物能力的低温微生物x1005和x1213菌株,在此基础上分别进行低温条件下UASB法处理猪场废水降解能力的测定。试验结果表明:x1005和x1213菌株对污水中COD的去除率分别为72.5 %和67.1%;对BOD的去除率分别为56.7%和49.3%;对SS去除率分别为5.1 %和3.2 %。
关键词:低温微生物;猪场粪污;厌氧污泥床法
中图分类号:X703.1文献标识码:ADOI编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2009.03.003
Study on Application of Cold-adapted Microorganism in UASB
LIANG Hai-tian1,WANG Yu-hong2,LI Yu-hua1,LI Yan1,ZHAO Lin-na1,GAO Xian-biao1,SHEN Hong3,WANG Hong-yang3
(1.Tianjin Institute of Agriculture Resources and Environment,Tianjin300192,China;2. Tianjin Product Quality Inspection Technology Research Institute, Tianjin 300384, China;3.Environmental Protection Detection Station in Tianjin City Xiqing Area, Tianjin 300380,China)
Abstract:In this paper, cold-adapted microorganism x1005 and x1213 that have higher biological activity and metabolize ability of organic pollutants were isolated from activated sludge in winter by microbiology technique. On the base of it, the metabolize ability of x1005 and x1213 on piggery wastewater by UASB were tested in low temperature sewage. The results showed that the highest COD removal rate of x1005 and x1213 was 72.5% and 67.1%, respectively. The BOD removal rate of x1005和x1213 could reach to 56.7% and 49.3%. The SS removal rate of x1005 and x1213 was 5.1% and 3.2%.
Key words: cold-adapted microorganism;piggery wastewater;up-flow anaerobic sludge bed
近年来,随着我国经济的发展,生猪饲养的集约化水平逐年增高,集约化猪场对环境的污染和粪污的资源化是限制猪场发展的重要因素[1]。由于集约化猪场水冲式清粪产生的有机粪水具有高浓度和高固形物含量的特点,目前多采用厌氧法、活性污泥曝气氧化、氧化塘、生物膜处理等生物工艺对其进行处理。其中,活性污泥曝气法需要大的设备投资,能耗高,运行耗费用大[2];氧化塘处理法需要较大的占地面积,处理慢,时间长;生物膜法适合处理低浓度可溶性污染物的污水,但是容易发生滤床堵塞[3-5];厌氧法又包括厌氧接触工艺、下流式厌氧滤器、上流式厌氧污泥床(UASB)和厌氧滤器(AF)等工艺,其设备投资小,耗能低,运行耗费不高,并还可在处理污水的同时,获得沼气生物能源[4]。
自从1887年Forster分离出能在0 ℃条件下生长的微生物以来,低温微生物在环境修复领域中的作用越来越引起人们的关注。我国北方地区冬季低温期较长,低温会降低微生物对有机物质的降解效果,对微生物的生长产生明显的抑制作用[6,7],导致粪污资源化处理效率下降。而低温微生物的代谢机制使它们能够在低温下很好地生长和代谢,有些低温微生物产生胞外酶,能分解环境中的大分子物质,如蛋白质、碳水化合物或小分子的环境污染物,还可分解人工合成的一些化合物[8]。因此,在寒冷及适温环境条件下如果采用适当的菌种、起始温度和保持条件,大规模的牲畜粪便的厌氧耐冷分批消化是可行的。本研究根据集约化猪场的具体情况,研究低温微生物在UASB-生物接触氧化反应器中的初步应用。
1材料和方法
1.1材 料
分离菌株的样品来自天津、哈尔滨等地的污水处理厂、养猪场沼液及河泥等27个样品。对样品预处理后进行低温微生物菌株的分离筛选、纯化和保存。
细菌富集培养基(SEA):500 g/L土壤浸汁100 mL,FePO4 10 mg,葡萄糖2.5 g,酵母粉0.5 g,蛋白胨5 g,琼脂20 g,蒸馏水900 mL;分离发酵培养基:牛肉膏蛋白胨培养基;酵母菌富集培养基:麦芽汁(7波美度)98 mL,琼脂2 g;分离发酵培养基:加富PDA。
1.2方 法
1.2.1低温微生物的富集将少量污泥样品加入100 mL富集液体培养基中,150 r/min 5 ℃摇床培养5 d,吸取10 mL 培养液转接入新鲜培养基中,连续转接3次。
1.2.2低温微生物的分离筛选采用稀释平板法进行分离,将富集培养液梯度稀释后,取0.1 mL稀释液分别涂布于平板培养基上,5 ℃培养72 h;将单菌落平板划线分离纯化,纯化的菌株转接斜面培养后保存。将获得的低温菌株,按照1.2.4的方法测定COD的去除率,进一步筛选菌株。
1.2.3猪粪水低温处理试验取一环菌株接于SEA液体培养基100 mL中,150 r/min 8 ℃培养72 h,3 500 r/min离心20 min,用无菌蒸馏水洗涤菌泥2次,离心后菌泥用100 mL无菌蒸馏水定容,以10%(体积比) 接种于装有灭菌猪粪水的三角瓶中,150 r/min 8 ℃培养,间隔一定时间测定COD、氨态氮、总磷。
1.2.4分析方法COD 测定:碱性高锰酸钾法;氨态氮测定:纳氏分光光度法;总磷测定:钼蓝比色法。
2结果与分析
2.1低温微生物的筛选及其处理效果
共筛选到32株能在5℃下生长的低温微生物。对32个菌株进行猪粪水处理应用试验表明,其中x1005和x1213对COD具有较高的去除效果。
2.1.1x1005和x1213菌株对COD 去除效果由图1可以看出,菌株x1005和x1213对COD均有较强的去除能力。在0～8 h,x1005菌株对COD的去除效果明显高于x1213菌株,达到了58.3%,表明此菌株更适于低温环境。48 h后COD的去除效果达到基本稳定,x1005和x1213的去除率分别为73.3%和65.7%。
2.1.2x1005和x1213菌株对氨态氮的去除效果由图2可以看出,经过48 h的摇床培养试验,2个菌株对氨态氮的利用均呈稳定上升趋势,最后分别达到了76.9%、64.5%。
2.1.3x1005和x1213菌株对全磷的去除效果由图3可以看出,在0~8 h,2个菌株对总磷去除效果均不明显,分别为10.2%、7.0%;随着时间的延长, x1213菌株对总磷去除效果显著提高,48 h时达到了53.9%,而x1005菌株对总磷的去除率只有14.0%。
2.2低温微生物在UASB-生物接触氧化反应器中的应用
在低温微生物菌株筛选试验中,我们筛选到了2株低温微生物菌株,分别是x1005和x1213,在48 h内对COD的去除率分别为73.3%和65.7%。但筛选试验是在实验室的三角瓶中完成的,现在需要把这两个菌株投入到UASB-生物接触氧化反应器的接触氧化池中,进行低温微生物实际的应用效果研究,发酵液3 500 r/min离心20 min,用无菌蒸馏水洗涤菌泥2次,离心后菌泥用等量无菌蒸馏水定容,投加量为5‰,对照为不投加低温微生物的处理,运行温度为10 ℃,主要测定指标为COD、BOD和SS。
2.2.1x1005和x1213菌株对COD的去除效果从表1可知,低温微生物x1005组和x1213组对UASB中猪粪水的COD的平均去除率均高于对照组,说明菌株x1005和x1213对UASB中污水的COD具有一定的降解效果。
2.2.2x1005和x1213菌株对BOD 的去除效果从表2可知,低温微生物x1005组对UASB中猪粪水的BOD的平均去除率高于对照组,而x1213组与对照组无明显差别,说明菌株x1005对污水中的BOD具有一定的去除效果。
2.2.3x1005和x1213菌株对SS的去除效果从表3可知,低温微生物x1005组和x1213组对UASB中猪粪水的SS的平均去除率与对照组无明显差别,说明菌株x1005和x1213对污水中的SS降解效果不明显。
3讨 论
本试验筛选的低温微生物x1005组和x1213组在实验室中对猪粪水中的COD、BOD和SS均有明显的去除效果,而在UASB-生物接触氧化反应器中去除效果则不明显,可能是由于在UASB-生物接触氧化反应器中微生物区系组成复杂,影响厌氧消化的因素较多,如温度、pH值、微生物量、营养状况、混合接触状况等。试验进水中可生物降解COD和可酸化COD比例的变化也可能对低温微生物的降解效果产生一定的影响。
综上所述,自然界中低温微生物对污染物的降解与转化,对物质循环起着重要的作用,由于低温微生物在低温条件下具有相对高的生长速率,因而在低温环境下对污染生物修复具有广泛的应用前景。
参考文献:
[1] 高云超,邝哲师,田兴山,等.猪场污水活性污泥——氧化塘处理效果及环境问题探讨[J].广东农业科学,2003(3):46-49.
[2] 杨伯起,俞伟波.常规废水生物处理方法优缺点比较及生物处理技术的新进展[J].环境保护,1998(10):43-47.
[3] 万维纲,韩相奎.废水的生物膜处理法[J].环境保护,1996 (1):11-13.
[4] 程树培.环境生物技术[M].南京:南京大学出版社,1994:363-372.
[5] 俘玉衡.实用废水处理技术[M].北京:化学工业出版社,1998:200-223.
[6] 姜安玺,孟雪征,曹相生,等. 耐冷菌的分离及在低温污水处理中的应用研究[J].哈尔滨工业大学学报,2002,34 (4): 563-569.
[7] 孟雪征,曹相生,姜安玺.利用耐冷菌处理低温污水处理中的研究[J].山东建筑工程学院学报,2001,16 (2) : 39-44.
[8] 唐兵,李广武. 低温生物学[M]. 长沙:湖南科学技术出版社,1998.
关键词:低温微生物;猪场粪污;厌氧污泥床法
中图分类号:X703.1文献标识码:ADOI编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2009.03.003
Study on Application of Cold-adapted Microorganism in UASB
LIANG Hai-tian1,WANG Yu-hong2,LI Yu-hua1,LI Yan1,ZHAO Lin-na1,GAO Xian-biao1,SHEN Hong3,WANG Hong-yang3
(1.Tianjin Institute of Agriculture Resources and Environment,Tianjin300192,China;2. Tianjin Product Quality Inspection Technology Research Institute, Tianjin 300384, China;3.Environmental Protection Detection Station in Tianjin City Xiqing Area, Tianjin 300380,China)
Abstract:In this paper, cold-adapted microorganism x1005 and x1213 that have higher biological activity and metabolize ability of organic pollutants were isolated from activated sludge in winter by microbiology technique. On the base of it, the metabolize ability of x1005 and x1213 on piggery wastewater by UASB were tested in low temperature sewage. The results showed that the highest COD removal rate of x1005 and x1213 was 72.5% and 67.1%, respectively. The BOD removal rate of x1005和x1213 could reach to 56.7% and 49.3%. The SS removal rate of x1005 and x1213 was 5.1% and 3.2%.
Key words: cold-adapted microorganism;piggery wastewater;up-flow anaerobic sludge bed
近年来,随着我国经济的发展,生猪饲养的集约化水平逐年增高,集约化猪场对环境的污染和粪污的资源化是限制猪场发展的重要因素[1]。由于集约化猪场水冲式清粪产生的有机粪水具有高浓度和高固形物含量的特点,目前多采用厌氧法、活性污泥曝气氧化、氧化塘、生物膜处理等生物工艺对其进行处理。其中,活性污泥曝气法需要大的设备投资,能耗高,运行耗费用大[2];氧化塘处理法需要较大的占地面积,处理慢,时间长;生物膜法适合处理低浓度可溶性污染物的污水,但是容易发生滤床堵塞[3-5];厌氧法又包括厌氧接触工艺、下流式厌氧滤器、上流式厌氧污泥床(UASB)和厌氧滤器(AF)等工艺,其设备投资小,耗能低,运行耗费不高,并还可在处理污水的同时,获得沼气生物能源[4]。
自从1887年Forster分离出能在0 ℃条件下生长的微生物以来,低温微生物在环境修复领域中的作用越来越引起人们的关注。我国北方地区冬季低温期较长,低温会降低微生物对有机物质的降解效果,对微生物的生长产生明显的抑制作用[6,7],导致粪污资源化处理效率下降。而低温微生物的代谢机制使它们能够在低温下很好地生长和代谢,有些低温微生物产生胞外酶,能分解环境中的大分子物质,如蛋白质、碳水化合物或小分子的环境污染物,还可分解人工合成的一些化合物[8]。因此,在寒冷及适温环境条件下如果采用适当的菌种、起始温度和保持条件,大规模的牲畜粪便的厌氧耐冷分批消化是可行的。本研究根据集约化猪场的具体情况,研究低温微生物在UASB-生物接触氧化反应器中的初步应用。
1材料和方法
1.1材 料
分离菌株的样品来自天津、哈尔滨等地的污水处理厂、养猪场沼液及河泥等27个样品。对样品预处理后进行低温微生物菌株的分离筛选、纯化和保存。
细菌富集培养基(SEA):500 g/L土壤浸汁100 mL,FePO4 10 mg,葡萄糖2.5 g,酵母粉0.5 g,蛋白胨5 g,琼脂20 g,蒸馏水900 mL;分离发酵培养基:牛肉膏蛋白胨培养基;酵母菌富集培养基:麦芽汁(7波美度)98 mL,琼脂2 g;分离发酵培养基:加富PDA。
1.2方 法
1.2.1低温微生物的富集将少量污泥样品加入100 mL富集液体培养基中,150 r/min 5 ℃摇床培养5 d,吸取10 mL 培养液转接入新鲜培养基中,连续转接3次。
1.2.2低温微生物的分离筛选采用稀释平板法进行分离,将富集培养液梯度稀释后,取0.1 mL稀释液分别涂布于平板培养基上,5 ℃培养72 h;将单菌落平板划线分离纯化,纯化的菌株转接斜面培养后保存。将获得的低温菌株,按照1.2.4的方法测定COD的去除率,进一步筛选菌株。
1.2.3猪粪水低温处理试验取一环菌株接于SEA液体培养基100 mL中,150 r/min 8 ℃培养72 h,3 500 r/min离心20 min,用无菌蒸馏水洗涤菌泥2次,离心后菌泥用100 mL无菌蒸馏水定容,以10%(体积比) 接种于装有灭菌猪粪水的三角瓶中,150 r/min 8 ℃培养,间隔一定时间测定COD、氨态氮、总磷。
1.2.4分析方法COD 测定:碱性高锰酸钾法;氨态氮测定:纳氏分光光度法;总磷测定:钼蓝比色法。
2结果与分析
2.1低温微生物的筛选及其处理效果
共筛选到32株能在5℃下生长的低温微生物。对32个菌株进行猪粪水处理应用试验表明,其中x1005和x1213对COD具有较高的去除效果。
2.1.1x1005和x1213菌株对COD 去除效果由图1可以看出,菌株x1005和x1213对COD均有较强的去除能力。在0～8 h,x1005菌株对COD的去除效果明显高于x1213菌株,达到了58.3%,表明此菌株更适于低温环境。48 h后COD的去除效果达到基本稳定,x1005和x1213的去除率分别为73.3%和65.7%。
2.1.2x1005和x1213菌株对氨态氮的去除效果由图2可以看出,经过48 h的摇床培养试验,2个菌株对氨态氮的利用均呈稳定上升趋势,最后分别达到了76.9%、64.5%。
2.1.3x1005和x1213菌株对全磷的去除效果由图3可以看出,在0~8 h,2个菌株对总磷去除效果均不明显,分别为10.2%、7.0%;随着时间的延长, x1213菌株对总磷去除效果显著提高,48 h时达到了53.9%,而x1005菌株对总磷的去除率只有14.0%。
2.2低温微生物在UASB-生物接触氧化反应器中的应用
在低温微生物菌株筛选试验中,我们筛选到了2株低温微生物菌株,分别是x1005和x1213,在48 h内对COD的去除率分别为73.3%和65.7%。但筛选试验是在实验室的三角瓶中完成的,现在需要把这两个菌株投入到UASB-生物接触氧化反应器的接触氧化池中,进行低温微生物实际的应用效果研究,发酵液3 500 r/min离心20 min,用无菌蒸馏水洗涤菌泥2次,离心后菌泥用等量无菌蒸馏水定容,投加量为5‰,对照为不投加低温微生物的处理,运行温度为10 ℃,主要测定指标为COD、BOD和SS。
2.2.1x1005和x1213菌株对COD的去除效果从表1可知,低温微生物x1005组和x1213组对UASB中猪粪水的COD的平均去除率均高于对照组,说明菌株x1005和x1213对UASB中污水的COD具有一定的降解效果。
2.2.2x1005和x1213菌株对BOD 的去除效果从表2可知,低温微生物x1005组对UASB中猪粪水的BOD的平均去除率高于对照组,而x1213组与对照组无明显差别,说明菌株x1005对污水中的BOD具有一定的去除效果。
2.2.3x1005和x1213菌株对SS的去除效果从表3可知,低温微生物x1005组和x1213组对UASB中猪粪水的SS的平均去除率与对照组无明显差别,说明菌株x1005和x1213对污水中的SS降解效果不明显。
3讨 论
本试验筛选的低温微生物x1005组和x1213组在实验室中对猪粪水中的COD、BOD和SS均有明显的去除效果,而在UASB-生物接触氧化反应器中去除效果则不明显,可能是由于在UASB-生物接触氧化反应器中微生物区系组成复杂,影响厌氧消化的因素较多,如温度、pH值、微生物量、营养状况、混合接触状况等。试验进水中可生物降解COD和可酸化COD比例的变化也可能对低温微生物的降解效果产生一定的影响。
综上所述,自然界中低温微生物对污染物的降解与转化,对物质循环起着重要的作用,由于低温微生物在低温条件下具有相对高的生长速率,因而在低温环境下对污染生物修复具有广泛的应用前景。
参考文献:
[1] 高云超,邝哲师,田兴山,等.猪场污水活性污泥——氧化塘处理效果及环境问题探讨[J].广东农业科学,2003(3):46-49.
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[8] 唐兵,李广武. 低温生物学[M]. 长沙:湖南科学技术出版社,1998.