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光合细菌处理豆制废水的实验研究[摘要]目的：光合细菌(PSB)能降解多种有机污染物，不带来二次污染，且经济、简便。方法：文章在厌氧光照条件下对影响RhodopseudomonaspalustrisNo.7生长的温度、光照、pH、溶解氧等条件进行了较系统的研究，并进行了豆制废水的动态处理降解实验。结果：通过正交实验，得出光合细菌生长的适宜条件为：光强1500lx、微好氧、30℃、pH8.0。经处理后，COD去除率达到了54.32%。结论：有效实现了有机废水的降解。[关键词]光合细菌；优化培养；污水处理；豆制废水StudyonTreatmentofSoybeanMilkWastewaterbyPhotosyntheticBacteriaFengJiannanAbstract:Objective:Manykindsoforganiccontaminantscanbedegradedbyphotosyntheticbacteria(PSB)withadvantagesofnosecondarypollutioninaeconomicalandsimpleway.Method:TheoptimalgrowthconditionsforRhodopseudomonaspalustrisNo.7werestudiedinthepaper,includingtemperature,illumination,pHanddissolvedoxygen.ThedynamictreatmentofhighconcentrationorganicwastewaterbyPSBwasstudied.Result:Withtheorthogonaldesignedexperiment,theoptimumcultureconditionsforPSBgrowswereobtained:illuminationintensity1500lx,faintaerobic,30℃,pH8.0.Aftertreatment,theremovalrateofCODhasreached54.32%.Conclusion:Thestudyprovidedreferencetovariousdegradationsoforganicwastewater.Keywords:photosyntheticbacteria；optimumcultivation；wastewatertreatment；productswastewater目前，有机废水的处理多采用生物处理法。但常规生物处理法存在动力消耗大，排出污泥量多，吸附一定量的毒性物质等问题，以光合细菌进行厌氧处理的方法正引起人们越来越多的关注[1]。光合细菌(PhotosyntheticBacteria，简称PBS)是多种广泛分布在海洋、河流、湖泊和土壤中，拥有2套能量代谢途径的微生物的总称。光合细菌能利用多种物质作为碳源和能源合成很多营养物质，如单细胞蛋白、生物高聚物、抗生素、泛酸以及一些药用物质[2]。因为PSB的生长不受氧浓度的限制，能够随着生长条件的变化而改变代谢类型，并且某些种类能够忍受高浓度有机物，具有去除和分解有机物的能力。通过光合作用，还可以维持物质循环，降解废弃有毒物，起到净化水质和环境的作用，确保人类的健康，所以已经在许多科学领域内引起了人们的高度重视[3]。近年来，国内外学者研究发现，光合细菌不仅能够降解简单的有机化合物，还能处理环境中较难降解的卤代化合物和芳香化合物[4]。如处理丙酮-丁醇废水[5]、柠檬酸废水[6]、淀粉废水[7]等，都取得了较好的结果。从而PSB应用研究获得了较大的发展[8]。由于能对多种高浓度有机废水进行高效率的处理，又具有比传统的活性污泥法工艺设备简单、能耗少等特点。有机质转化形成的菌体对人畜无害且蛋白含量高，并含有多种维生素和生理活性物质，极具广泛的应用价值[9]。本试验利用新型光合细菌RhodopseudomonaspalustrisNo.7对豆制品废水处理条件进行优化，旨在为大规模利用光合细菌处理豆制品废水提供理论依据。1材料与方法1.1材料RhodopseudomonaspalustrisNo.7由大连理工大学环境生物工程实验室提供。豆制废水来自大连民族学院豆制品加工厂。1.2方法1.2.1光合细菌生长测定采用660nm分光光度法。1.2.2培养基的选择及优化试验取光合细菌菌液10mL接种到密封瓶中，定容到140mL密封。在30℃光照厌氧条件下培养，光强为2000±100lx。每隔24h取样，测定OD660值。利用乙酸钠为碳源的(RCVBN)为基础培养基按3g·L-1的浓度分别加入以下基质：蛋白胨，柠檬酸钠，无水乙醇，抗坏血酸，葡萄糖；以去除硫酸铵的RCVBN为基础培养基分别加入1g/L的氯化铵，硫酸铵加碳酸氢钠；有机碳源筛选和培养基优化时，每种培养基取三个平行样，RCVBN作为空白对照。在30℃光照厌氧条件下培养，光强为2000±200lx。隔24h取样，测定细菌生长。1.2.3培养条件优化综合对PSB生长影响较大的四个因素即光照、溶解氧、pH、温度进行正交试验[10]，每个因素选取三个水平，选用L9(43)正交表对实验条件进行优化，具体见表1。选择以柠檬酸钠为碳源的RCVBN培养基，菌接种量均为5mL，稀释到140mL。培养6d后测细菌OD(660nm)值。由于正交实验中代表光强的R值最大。表明光强对光和细菌的生长影响最大。遂单独做一组不同光强对光合细菌生长的影响实验。选用以柠檬酸钠为碳源的RCVBN培养基，各实验菌液的接种量均为5mL，起始OD(660nm)值为0.061，稀释到140mL。培养温度30℃，光照强度依次为：1000lx，1500lx，2000lx，2500lx。每隔24h测一次OD(660nm)值。观察细菌生长情况。表1正交试验因素表(L43)Tab.1FactorsandlevelsofL(43)orthogonalexperiment水平因素1231、光照/lx0150025002、溶解氧/(mg·L-1)0123、温度/℃2530354、pH6781.2.4光合细菌处理污水的动态研究取厌氧培养瓶和好氧培养瓶，分别注入20mL光合细菌，加100mL豆制废水。将一个厌氧瓶和一个好氧瓶放在光照下培养。其余两个放在黑暗处培养。温度为30℃。放在恒温培养箱和光照培养箱内培养。5d后测COD值。2结果与分析2.1培养基的优化试验培养基中的氮源或碳源不同时，光合细菌的生长状况也不相同。从图1可以看出，光合细菌RhodopseudomonaspalustrisNo.7在蛋白胨中生长稳定，在10d时达到停滞期。在RCVBN培养基中加入碳酸氢钠的培养基中生长的光合细菌在生长早期生长的最快，但不稳定。光合细菌在乙醇培养基和葡萄糖培养基中，菌液浓度变化不大，说明这两种培养基不适合光合细菌RhodopseudomonaspalustrisNo.7生长。在抗坏血酸培养基中有较小的增长。在以氯化铵为氮源的培养基和以柠檬酸钠为碳源的培养基生长中生长的最快，最先达到对数期，且在柠檬酸钠培养基中的速度更快。[收稿日期]2011-04-20[基金项目]大连民族学院太阳鸟项目；大连民族学院创新工作室项目[作者简介]冯健男(1987-)，男，辽宁朝阳人，本科，主要研究方向为光合细菌处理废水。*为通讯作者。2011年第8期广东化工第38卷总第220期·113·0246810120.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0OD(606m)n时间/d氯化铵培养基乙醇培养基柠檬酸钠培养基蛋白胨培养基碳酸氢钠及RCVBN培养基RCVBN培养基葡萄糖培养基抗坏血酸培养基图1光合细菌在各培养基中的生长曲线Fig.1GrowthcurveofPhotosyntheticbacteria2.2培养条件的优化试验由表2可以看出PSB生长的最适宜条件为光照强度为1000lx、微好氧、温度为30℃、pH为8.0。由于光强的影响最大，于是单独做一组不同光强对PSB生长的影响。表2正交实验结果Tab.2Theresultsoforthogonaltest项目光照溶解氧温度pHOD值111110.142212220.168313330.244421231.488522311.356623121.34731321.244832131.299933211.23K10.5542.7322.7812.728K24.1842.8232.8862.752K33.7332.8142.8440.303R3.630.0910.1050.3032.3光强对光合细菌的生长的影响02468100.00.20.40.60.81.01.21.41.6DO60(nm)t/d1000lux1500lux2000lux2500lux图2光强对光合细菌生长影响Fig.2Influenceofilluminationintentiononthegrowthofphotosyntheticbacteria由图2可以看出光合细菌在2000lx光照最先进入对数期，之后在1500lx、2000lx条件下生长最快，这与李朝霞等[11]研究一样。在1000lx光照下从第六天密度达到最大。2.4生长环境对光合细菌处理污水的影响厌氧黑暗好氧黑暗厌氧光照好氧光照02000400060008000100001200014000OC/(mDg·L1-)处理前COD处理后COD图3光合细菌在不同生长条件下处理污水的影响Fig.3Photosyntheticbacteriaindifferentgrowingconditionsundertheimpactofsewagetreatment由图3可以看出光合细菌在好氧黑暗时去除COD的效果最好。在黑暗好氧条件下，PSB和好氧微生物一样，通过三羧酸循环来处理有机物的代谢，再厌氧光照的条件下这一循环被抑制时PSB便迅速转化代谢类型，这是PSB处理有机废水的主要原因。在PSB处理高浓度有机废水时，首先是异养微生物大量繁殖，将分子有机物分解成低级脂肪酸、氨基酸等，这时异养菌减少，PSB迅速繁殖，将低级脂肪酸等分解至低浓度[12]。3结论(1)以柠檬酸钠为碳源的RCVBN培养基最适菌株RhodopseudomonaspalustrisNo.7生长。(2)温度、光照、pH和溶解氧等因素会影响PSB的生长，其中光照的影响最大，温度影响次之，溶解氧影响最小。实验得出PSB生长的最适宜条件为光照强度为1000lx、微好氧、温度为30℃、pH为8.0。(3)污水经处理转变成含有大量光合细菌的菌液，既可作菌肥又可作饲料添加剂直接使用，不造成二次污染。PSB在有氧的条件下处理效果优于厌氧，但在厌氧的条件下PSB繁殖较快。(4)光合细菌对高COD的豆制品污水处理有较好效果。参考文献[1]何萍，陈育如，杨启银．光合细菌处理有机污水的方法[J]．南京师范大学学报，2002，2(1)：56-59．[2]戴晓，张光明．光合细菌(Z08)啤酒废水资源化研究[J]．哈尔滨工业大学学报，2010，42(6)：937-940．[3]揭晶，赵诚．光合细菌应用的研究进展[J]．广东药学院学报，2006，24(1)：11．[4]冯钟敏，胡莜敏，董怡华，等．光合细菌好氧降解2-氯酚的特性研究[J]．环境科学与技术，2010，33(12)：47-51．[5]王宇新，刘学选，钱新民．关合细菌法综合处理丙酮丁酮发酵废水[J]．水处理技术，1995(21)：291-294．[6]饶汉东，韩永峰，羡永．柠檬酸有机废水的生化处理研究[J]．环境科学，1993，14(3)：7-12．[7]王宇新，许平，钱新民．利用光合细菌柱式生物膜法处理淀粉废水[J]．环境科学，1993，14(5)：39-42．[8]吕红，周集体，王竞．光合细菌降解有机污染物的研究进展[J]．工业水处理，2003，23(10)：9-12．[9]谢红刚，王三