摘要:寒冷地區(qū)冬季時(shí)低溫污水的生物處理長期以來存在著處理效果差、污水處理后難以達(dá)標(biāo)的問題 .雖通過降低污泥負(fù)荷 ,提高污泥濃度可得到一定程度的提高 ,但這樣無疑提高了運(yùn)行費(fèi) .從微生物角度對此問題進(jìn)行了研究 ,分離得到 4種在 0～ 9℃下可降解生活污水中有機(jī)物的耐冷菌 ,并作了單菌和混合菌的降解試驗(yàn) .結(jié)果表明 ,耐冷菌在低溫條件下具有較高的降解能力 ,在低溫污水處理中具有廣闊的應(yīng)用前景

關(guān)鍵詞:低溫,耐冷菌,生活污水,生物處理,微生物

有關(guān)資料表明 ,當(dāng)環(huán)境溫度低于 1 0℃時(shí) ,絕大部分的中溫微生物已不能代謝外源物質(zhì)[1] .但污水生物處理的實(shí)際工程中發(fā)現(xiàn) ,當(dāng)水溫低于1 0℃時(shí) ,活性污泥對生活污水仍有一定的凈化作用 .這是由于在活性污泥中除中溫菌外還具有另一種在低溫條件下能夠正常生長代謝的微生物 ,這就是冷適應(yīng)微生物 .　　

冷適應(yīng)微生物可分為兩類 :嗜冷菌和耐冷菌[2 ] .耐冷菌比嗜冷菌更能忍受溫度波動(dòng) ,從常冷到不穩(wěn)定的低溫環(huán)境中均可分離到 .另外 ,耐冷菌的生態(tài)分布也比嗜冷菌廣泛 ,更適合用于污水處理 .國外有資料報(bào)道 ,反硝化耐冷菌———熒光假單胞菌能夠在低于 1 0℃的條件下降解苯二甲酸[3 ] ,耐冷菌的某些種在低溫下能夠降解甲苯、氯酚等難降解有機(jī)物[4,5] .本實(shí)驗(yàn)分離純化到了 4種耐冷菌 ,它們在0～ 9℃條件下仍有較高的活性并能降解生活污水中的有機(jī)物 .本文同時(shí)測定了 1 0℃以下 ,4種菌株單獨(dú)和它們等量混合后對生活污水中COD的去除率

1　材料與方法

冬季低溫(10 ℃以下) 時(shí),從市政下水道取泥后,用滅菌的蒸餾水振蕩清洗,沉淀后取上清液接種于土壤浸汁蛋白胨(SEA) 液體培養(yǎng)基中富集培養(yǎng),3 d 后取富集液按稀釋法[6 ] 涂布于SEA 固體培養(yǎng)基上[7 ] ,4 ℃條件下培養(yǎng),分離單菌落. 將分離得到的單菌落純化培養(yǎng)并進(jìn)行初步鑒定.根據(jù)已有資料表明,我國北方冬季城市污水溫度一般不低于5 ℃[8 ] ,在實(shí)驗(yàn)過程中測量哈爾濱冬季污水最低溫度為4 ℃. 因此本文菌種分離及單菌實(shí)驗(yàn)均在此溫度(4 ℃下) 進(jìn)行. 分別測定各菌株在4 ℃條件下的生長曲線,以分析耐冷菌在低溫下的代謝活性. 測定4 ℃條件下單菌對實(shí)驗(yàn)用水中COD 的去除率,并在pH 值7. 0～7. 2 ,溫度0～9 ℃,不同初始COD 濃度條件下,測定混合菌的COD 去除率. 實(shí)驗(yàn)用水主要以牛肉膏蛋白胨配制,使COD 值在200～500 mgPL。

2 　結(jié)果與討論

2. 1 　菌種的分離
在4 ℃條件下培養(yǎng)得到的4 種耐冷菌菌落:C1 菌落大而扁平,邊緣整齊,乳白色;C2 菌落中等大小,扁平,邊緣整齊,乳白色;C3 菌落中等大小,稍隆起,邊緣整齊,乳白色;C4 菌落小,隆起,邊緣整齊,黃色. C1 為革蘭氏陽性球菌,C2 、C3 、C4 均為革蘭氏陰性桿菌. 各菌株顯微攝影照片見圖1.

2. 2 　耐冷菌在低溫下生長速率的測定
實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2. 隨著溫度的降低,耐冷菌的生長速率降低較慢[9 ] . 多數(shù)耐冷菌在接近最適生長溫度(15 ℃) 在土壤浸汁蛋白胨培養(yǎng)基上的比生長速率為(0. 050～0. 205)Ph ,而在0 ℃下的比生長速率為(0. 022 ～ 0. 047)Ph , 比生長速率降低1P6～1P2[10 ] . 本文分離到的四株耐冷菌在4 ℃條件下72 h 內(nèi)的比生長曲線如圖2 所示,根據(jù)生長曲線測得各菌比生長速率分別為0. 060Ph ,0. 065Ph ,0. 080Ph ,0. 075Ph ,由此看來這四種耐冷菌在低溫下的活性相對較高.

2. 3 　單一菌種對有機(jī)物的降解能力及分析
單一菌種降解能力測定:配水主要用牛肉膏蛋白胨配制,使原水COD 值為500 mgPL. 實(shí)驗(yàn)條件:水溫4 ℃,pH 值7. 0～7. 2 ,將已培養(yǎng)好的OD值(吸光度) 在0. 4～0. 6 的處于對數(shù)期的菌種以3000 rPmin 的轉(zhuǎn)數(shù)離心20 min 后,以磷酸緩沖液稀釋至D650 0. 4 (650 nm 波長的吸光度為0. 4) , 按10 %接種量接種,曝氣時(shí)間6 h. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3.

從圖3 可以看出,各菌株在4 ℃條件下均能夠降解水中有機(jī)物. 各菌降解率的高低是與各菌的比生長速率相對應(yīng)的,比生長速率較高的菌株降解能力稍強(qiáng),但從總體來看各菌株的降解率不是很高. 這是因?yàn)槊糠N菌所能降解的有機(jī)物種類是有限的,而CODCr 法測定的是水中的全部有機(jī)物質(zhì),水中的有機(jī)物種類較多,單一菌只能有效降解其中的少數(shù)幾種有機(jī)物, 因此, 單一菌種對COD 的去除率不高是理所當(dāng)然的.

2. 4 　混合菌對有機(jī)物的降解能力及分析
實(shí)驗(yàn)條件及方法同“2. 3”,實(shí)驗(yàn)用水ρ (COD)在200～30 mgPL 各菌接種量為2. 5 % ,總接種量　圖4～6 表明:隨著溫度的降低耐低溫混合菌的COD 去除率隨之逐漸下降,當(dāng)溫度繼續(xù)下降到
接近0 ℃時(shí),混合菌對污水中的COD 仍具一定的去除能力. 對于不同的初始COD 質(zhì)量濃度,下降趨勢和幅度基本一致. 可以說,隨著溫度的下降耐冷菌活性降低,這一點(diǎn)與中溫菌是相同的. 但耐冷菌在10 ℃以下仍保持相當(dāng)高的去除率,而中溫菌已基本沒有去除效果[1 ] .具體參見http://m.dongaorq.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。

從圖4～6 可以看出: 混合耐冷菌在最初的1小時(shí)內(nèi)對COD 的去除率較低,不到10 % ,而在隨后的2、3 h 表現(xiàn)出較高的去除率,此后去除率變化明顯,到5 h 基本保持穩(wěn)定. 可以認(rèn)為,在投菌初期,混合菌對環(huán)境有一個(gè)適應(yīng)期,需經(jīng)短時(shí)間的停滯期,隨后活性逐漸提高,代謝能力加強(qiáng),并出現(xiàn)較好的去除效果,接著由于可利用的底物逐漸減少,其去除率不再增高趨于穩(wěn)定(混合耐冷菌在8～ 9 ℃最終去除率分別為68. 8 % , 78. 8 %,81. 9 %,0、1 ℃最終去除率分別為41. 5 %,52. 0 %,51. 5 %) .初始COD 濃度對去除率有一定的影響:初始COD 濃度200 mgPL 時(shí)在各溫度條件下去除率最低,初始COD 濃度500 mgPL 時(shí)在各溫度條件下去除率最高,而初始COD 濃度350 mgPL 時(shí)在各溫度條件下去除率居中. 這可以解釋為:在污水處理中COD 濃度是微生物生長繁殖的限制因子,在一定范圍內(nèi)提高初始COD 濃度有利于微生物的生長和繁殖, 表現(xiàn)為COD 去除率高. 反之, 初始COD 濃度降低可利用的底物少微生物活性低,表現(xiàn)為COD 去除率低. 如果初始COD 下降到一定水平,微生物的衰亡率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于繁殖率,微生物數(shù)量急劇減少,則COD 去除不明顯. 一般來說,生活污水的COD 濃度可以維持活性污泥中的微生物處于減衰增殖期.比較4 ℃條件下單一耐冷菌和混合耐冷菌COD 去除率,結(jié)果為:混合菌72 %;單一菌種去除率分別為C139 % ,C243 % ,C352 % ,C445 %. 混合菌去除率明顯高于各單菌去除率,多種菌之間的協(xié)同作用,減輕了中間產(chǎn)物的負(fù)反饋抑制,使底物的利用更徹底,因此混合菌對污水的凈化效果比單菌的效果好. 同時(shí)采用混合菌可以從整體上增強(qiáng)對不良條件的抵抗能力,使系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定.

3 　結(jié)　論
(1) 分離到4 種在低溫下活性較高的耐冷菌,它們的生長速率為(0. 060～0. 080)Ph ,并能在
低溫(10 ℃以下) 降解污水中的有機(jī)底物.
(2) 由于生活污水有機(jī)物種類繁多,混合耐冷菌比單一耐冷菌具有更高的COD 去除率. 從自然界分離更多種類的高活性的耐冷菌經(jīng)馴化后組成適合污水處理的微生物群,并結(jié)合固定化等工藝, 應(yīng)用于北方寒冷冬季生活污水(水溫在10 ℃) ,甚至其他低溫廢水處理,是提高處理效率的可行新方法.（哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院）