光合细菌在有机废水处理中的应用

一卷期环境科学专论与综述热“光合细菌在有机废水处理中的应用刘如林南开大学生物系摘要本文综述了国内外利用光合细菌处理有机废水的研究概况高浓度有机废水已成为主要的水污染源光合细菌处理法是一项新技术复杂的有机物先经异养菌降解,生成低级脂肪酸等小分子物质,再由光合细菌降解红螺菌科的一些菌在光照或黑暗、有氧或无氧条件下均能利用小分子有机物迅速增殖。废水由。二以上降至以下,使水质得以净化作为副产物的菌体蛋白可以综合利用关锐词光合细菌有机废水处理光合细菌是能进行光合作用的一类细菌,属于水圈微生物的一种,广泛分布于水田、池沼及江、河、湖、海中,尤其在有机物污染的积水处较多该菌能利用光能进行光合作用而生长发育,但与高等植物和藻类有所不同,其光合作用仅限于厌氧光照条件下进行,并且不产生氧气〔光合细菌包括绿硫细菌人口占。、红硫细菌。和红螺菌口,三个药、禽畜饲料和鱼虾饵料等因此,对于光合细菌的研究引起了世界上许多学者的注意利用光合细菌处理有机废水,是近二十年来环境科学的一项新进展表几种单细胞蛋白成分比较成分红色无单细胞蛋白单细胞蛋白硫细菌酵母细菌蛋白质脂肪碳水化合物灰分乡佳生素、“维生素拜维生素。拌维生素,产烟酸拌泛酸拌弓一一一一一一一一一一一。一一勺一科,前二者为光能自养菌,后者为光能异养菌光合细菌在污水净化、改善植物营养和塔进土壤肥力等方面均有重要作用其细胞富含蛋白质和族维生素表,可用于制一、国内外研究概况目前,高浓度有机废水已成为主要的水污染源,是环境保护领域中鱼待解决的重点而通常所用的活性污泥法又普遍存在占地面积大、维修管理复杂、基建及运转费用高等缺点,寻求先进实用的处理新技术是国内外均在大力追求的目标光合细菌用于高浓度有机废水的处理早已引起人们的高度重视由于此工艺设备简单、耗能少、菌体能综合利用、不造成二次污染,在国外已得到初步应用日本自六十年代起,小林正泰等首先开展了用法处理有机废水的试验研究,先后成功地用光合细菌对粪尿、食品、淀粉、皮革、豆制品等废水进行处理,建立了一批日处理几十、几百乃至几千吨高浓度有机废水的大中型实用系统,有的已运转十多年,效果良好,充分显示了法优于一般活性污泥法、具有重要开发利用价值等特点〔据报道,南朝鲜在日本微生物资源研究所的协助下,在大邱市酒精厂建卷斯成日处理吨、高达一万的大型处理场,”年投人运转近年来,澳大利亚、美国等也相继进行了这方面的研究工作我国对此也作了不少工作,取得了一些成绩中国科学院有关单位及部分高校曾对光合细菌进行多方面的基础理论研究,发表了不少论文浙江轻工研究所在处理高浓度合成脂肪酸废水研究方面取得了成绩辽宁环保研究所在肉类废水处理试验中也进展较快上海交通大学生物技术研究所利用光合细菌对豆制品、洗毛、牛粪尿等废水进行处理,通过了小试技术鉴定,并在小林正泰帮助下与南通发酵厂合作,用法成功地进行日处理吨柠檬酸废水的研究,取得了中试成果二、光合细菌处理有机废水的机理光合细菌之所以能在有机废水中起净化作用,是与其细胞结构和物质、能量的代谢分不开的特别是红色非硫细菌科的一些种,多见于有机物污染的水中,其胞内具有能营光合作用的载色体,它是由细胞膜分化而成的,直径约一入的球状体或胞状体载色体颗粒中密集地包含着细菌叶绿素和类胡萝卜素,进行着光合磷酸化反应和光氧化还原反应在好氧条件下,胞内缺少这种载色体,但只要将其置于光照条件下就很快地形成这就从细胞结构上为红色非硫细菌灵活地进行物质、能量代谢提供了可能研究表明,当红色非硫细菌处于好氧黑暗条件下时,它们能和好氧微生物一样地通过三梭酸循环来进行有机酸的代谢但在厌氧光照条件下,这一循环被抑制时,它们便迅速转换代谢通路,并能把有机酸异化与同化的氧化还原反应跟光氧化还原反应紧密地联结起来这种随生长条件的变化而灵活地改变代谢类型的特性,乃是光合细菌能够处理高浓度有机废水的主要原因〔‘,适合于红色非硫细菌的营养物质,主要是低分子有机酸、氨基酸和糖类除了油脂可直接被利用外,其它营养物质必须是低分子有机物才能被利用用法处理有机废水的反应过程,其第一阶段与沼气发酵的产酸阶段本质相同,先由异养细菌将复杂的有机物降解,生成低级脂肪酸等小分子有机物而在好氧条件下,酸发酵的速度可比厌氧时增加几倍在酸发酵之后,甲烷细菌或活性污泥细菌均难以生长这是因为可溶化的有机废水中往往含有一定量的丙酸,它对一般细菌有很强的抑制作用而光合细菌却能在醋酸与丙酸以共存时,达到最大增殖速率〔无论在好氧还是厌氧条件下,它们都能生长,耐受相当高的有机物浓度,降解有机物的速率也远比甲烷发酵快所以在酸发酵之后,培养光合细菌最有利在污水净化过程中,光合细菌还有另一。。自它、比婆深目嫩卜‘的。。事州山头吞了”。天数图光合细菌的生长与二甲基亚硝胺的分解光合细菌的生长,二甲基亚硝胺浓度个重要作用〔‘,它能代谢二甲基亚硝胺,后者是一种致癌、致畸、致突变的化合物有人在污水里发现了四亚甲基二胺、五亚甲基二胺和其它二胺这些化合物均能转化成亚硝胺试验表明,光合细菌能利用二胺化合物,也能代谢二甲基亚硝胺图光合细菌的这一特性有可能用来净化被二甲基亚硝胺污染的水体。在生态系统的物质循环中,光合细菌作为还原者之一,对环境中的臭味物质豆卷期的分解起着积极的作用它能利用硫化氢、腐胺和尸胺在产生臭味物质的环境中接种光合细菌,往往可以大大减少释人大气的令人讨厌的气体三、用光合细菌处理有机废水的方法六十年代,日本科学家观测到￡,,浓厚的有机废水在自然净化过程中出现微生物群落生长演替图生长的程序为有机营养型微生物的繁殖光合细菌的生长繁殖藻类他们发现,在值高达以上的粪便污水中,异养细菌首先大量繁殖,把高分子的碳水化合物、脂肪、蛋白质分解,产生低级脂肪酸等低分子物质接着异养细菌渐渐减少,光合细菌则利用低级脂肪酸等小分子有机物迅速繁殖,使污水的值逐渐降到,以下约两周后,光合细菌渐渐减少,由活性污泥微生物科学。流八,去,、异养菌,‘、。匕高浓度高分子有机物竺竺军低级脂肪几此、,二藻类或活性污泥水,卜。酸二‘低浓度有机物塑二宜全兰二竺上三掌废水获得净化光合细菌在处理复杂的有机物质时,先要经过第一步使之转化为低分子物质,亦称为可溶化处理法应用成功的关键在于基质的可溶化和保持处理系统‘中的优势还要注意加大接种量,经常补充菌体和适当加人锰、铁等重金属离子由于对紫外线不敏感并能耐受浓度的余氯,尽可能地减少处理过程中的杂菌量是十分必要的法处理有机废水一般采用两种方法,即半好气半黑暗法和厌气光照法处理流程见图和图〔’川工、彭纂界浑洲很天数图光合细菌半好气半黑暗处理法图有机物质分解过程中微生物区系的变化异养微生物光合细菌藻类和绿藻所代替,并进一步把污水净化到值压以下这一发现揭示了自然界的高浓度有机废水是通过微生物的生态学演替而被净化的故使高浓度的有机废水达到净化,可用人工模拟方法,加人光合细菌,达到迅速净化水质的目的处理高浓度有机废水的路线分三步,即光合细菌是一大类在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细菌的总称自前用于有机废水处理的光合细菌主要是红螺菌科的红假单胞菌属“二如球形红假单胞菌‘和荚膜红假单胞菌户户,“等因这类光合细菌在厌氧光照、好氧光嫉或好氧黑暗条件下都能利用低分子有机物迅速增殖,应用潜力很大也有试验用红硫细心‘卷菌和绿硫细菌的,它们是严格厌氧菌机废水成分复杂,故采用混合菌株为好期因有四、运转实例图咯光合细菌厌气一光照处理目前,利用光合细菌处理有机废水的试验,少数已进人工业化运转,大量工作仍处于试验研究阶段,已有许多专利发表已见到用法处理有机废水的报道有数十例〔,废水的值除少数在左右外,大多数高达。。以上经可溶化处理进而培养光合细菌后,废水去除率多达外以上,甚至高达务其中已成功投产的有豆腐加工、浓粪便、水产加土、制氨工业和酵母工业的废水试验中取得显著成效的有养猪、羊毛洗涤、淀粉工业、柠檬酸、罐头工业、豆腐工厂、啤酒厂、生活污水、屠场、油脂工业等废水处理结果表明〔,化表瞥油工业废水处理结果项目可溶化槽!光合细菌第一槽第二槽第三槽第四槽分离液”“”.Un行f月,0”j,‘叮」411水温(℃)pH时间(h)BOD(ppm)NH,一N(ppm)有机酸〔ppm)菌体V·P(mL){’0塑季}7·”塑里7.0调正52000307.0调正--翻卜242760267.3l265”””.OJ七通‘,J,‘1450024724086214076029。312145。2J,八””n丹“,‘nŽ1.叮才乃甘,山,、J.遴.2JV.P—IL废液经10000rpm离心30min后获得的菌体(功1)表3处理榴中羊毛废水的BOD值和H乃含且冬季(气温O一8℃)早春至夏季(气温15一28℃)试验处理BOD(Ppm)H25(ppm)BOD(Ppm)H25(pPm)废水原液处理槽I槽11槽111弓00003000021。015000一2000010一175000一70005。0一10.03000一50003。0一5。5500一8000。3一0.51000一20000。3一0.550一2000一0。l槽1—有机营养微生物;槽11—光合细菌;槽111—藻类村瑟2期工厂有机废水的BOD由s000ppm降至10一60ppm;猪场污水的BOD由660oppm降至巧PPm.表2是用PSB法处理酱油工业废水的结果切;表3是羊毛工厂废水的处理结果〔吕,.另外,用PsB法处理有机废水的副产物—含光合细菌细胞的有机物也可作为单细胞蛋白用于饲喂鱼虾和禽畜‘,,101.这主要是由于光合细菌细胞无毒、增殖快,且细胞中含有许多氨基酸和蛋白质等易于消化的物质.日本学者的试验表明,用0.1外的PSB细胞饲养卿鱼鱼苗,一个月后的成活数为3860尾,比对照多1088尾,成活率达96.,外,比对照提高27.2多;用0.01多的PSB细胞养鸡,六个月内的产卵总数由对照的24408个增至28116个;200只母鸡产卵的平均数,对照为136土l弓个,用PSB喂养的为156土7个,卵重也有所增加.表4是净化水对植物产量的影响〔8,.与活性污泥法相比,用PSB法处理有机废水有以下三个优点(‘,:(l)可以直接处理高浓度(BOD为几千至上万PPm)的有机废水,不需稀释,因而适用于缺水地区.污水的BoD值越高,效果越好.(z)不存在污泥的处置问题;处理后的污泥是很好的有机肥料,其中的单细胞蛋白还可用作饲料.(3)所需的场地小(仅为活性污泥法的1/4一1/,),而且费用低.因此,这种处理法日益受到重视.此法也有其不足之处〔2J,即处理后的废水含有菌体,自然沉降较困难,必须借助于离心机或化学凝聚剂,增加了处理费用.但总起来看,PSB法不失为一种良好的废水处理方法.相信在工艺路线和设备以及寻找高效处理菌等方面继续努力,将为更多的工厂所采用。主要参考文献[l[3[2曰[5[6[7[8口[10[11表4光合细菌净化水对菠菜产t的影响洲寸训价12月19日播种,3月23日收获;气温0一3℃.五、PSB法处理有机废水的优缺点韩守谨,营口水产科技,6,33(1987)周晓云,工业微生物,1,20(1983)小林正泰,充酵乏工桨,36(9),753(1978)星野八洲雄,凳酵乏工巢,肠(7),552(1978)北村博,凳酵乏工巢,36(8),659(1978)魏开谓,生态学杂志,2,36(1984)富金原孝,凳酵乏工举,36(11),941(1978)韩静淑,应用微生物,6,1(1983)荻野珍吉,充酵乏工巢,36(10),836(1978)shipman,R·A二etal一Ad夕·A户户l·Microbiol·,21.161(1977)5iefert,E.,etal二ibid.,35(1),38(19,6)(收稿日期:1990年5月16日)、九钾曰,一一一一~一一一~一一一~~尸一~、一一~~~一~~~~一一一一~~户~~~~一~~~~-~~~~~‘~~、一、一~,声~、一一~一一一一一、‘-一.一、.户目户.护、户、碑、~欢迎您订阅《产业与环境》中文版受联合国环境规划署委托,将于1”1年起出版发行欢产业与环境》(IndustyaodEnviromen,)中文版