尹明銳， 汪 蘋(píng)， 劉健楠， 王 磊， 酒衛(wèi)敬

(北京工商大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院， 北京 100048)

味精廢水氮元素嚴(yán)重超標(biāo)，因此味精廢水的脫氮處理已經(jīng)成為行業(yè)的研究熱點(diǎn)與重點(diǎn). 生物脫氮技術(shù)具有成本低、易操作、達(dá)標(biāo)排放可靠性強(qiáng)且無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，因而逐漸成為味精行業(yè)廢水處理的主要方式. 異養(yǎng)硝化-好氧反硝化作用是近年來(lái)提出的與傳統(tǒng)的缺氧反硝化脫氮和自養(yǎng)型好氧硝化脫氮相比具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的生物脫氮技術(shù). 一方面，在有氧條件下進(jìn)行反硝化，硝化作用和反硝化作用可同時(shí)在一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，設(shè)備與操作成本大幅下降；另一方面，相比于傳統(tǒng)自養(yǎng)型硝化細(xì)菌，異養(yǎng)硝化菌世代周期短，生長(zhǎng)迅速，能適用有機(jī)廢水的環(huán)境. 硝化作用的產(chǎn)物可直接作為反硝化作用的底物，避免抑制硝化作用，硝化和反硝化進(jìn)程加劇. 目前，異養(yǎng)硝化-好氧反硝化作用越來(lái)越受到人們的關(guān)注，國(guó)內(nèi)外對(duì)于異養(yǎng)硝化菌、好氧反硝化菌的篩選研究也比較多[1-5]，但大多是關(guān)于單一菌種的. 單一菌株脫氮性能差，適應(yīng)復(fù)雜廢水的能力不強(qiáng)，啟動(dòng)慢，復(fù)合菌群在一定程度上可彌補(bǔ)單一菌種降解含氮廢水的這種缺陷. 目前,國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)有關(guān)異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌構(gòu)建復(fù)合菌群降解處理含氮廢水的報(bào)道.

本研究從實(shí)驗(yàn)室的活性污泥反應(yīng)器的污泥中和蓮花味精廠(chǎng)廢水處理系統(tǒng)末端的活性污泥中篩選出異養(yǎng)硝化-好氧反硝化細(xì)菌，構(gòu)建出比單一菌株脫氮性能高的菌群，并對(duì)菌群的脫氮特性進(jìn)行探討，為其在工業(yè)方面的實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

菌株另一來(lái)源為本實(shí)驗(yàn)室馴化成熟的A、B兩個(gè)好氧脫氮活性污泥反應(yīng)器(CODCr去除率為90%以上，TN去除率為80%以上的高效脫氮污泥)，從反應(yīng)器A篩出的菌依次命名為WYLW 1-x；從反應(yīng)器B篩出的菌依次命名為WYLW 2-x.

2) 培養(yǎng)基. BTB初篩培養(yǎng)基(g/L)[6]：瓊脂20，KNO31，KH2PO41，F(xiàn)eCl2·6H20 0.5，CaCl2·7H20 0.2，MgSO4·7H2O 1，琥珀酸鈉8.5，溴百里酚藍(lán)(BTB)(1%乙醇溶液)1 mL，用1 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)pH值至7.0～7.3，121 ℃滅菌20 min，備用.

LB液體培養(yǎng)基(g/L)：KNO31，KH2PO41，F(xiàn)eCl2·6H2O 0.05，CaCl2·7H2O 0.02，MgSO4·7H2O 1，琥珀酸鈉8.5，121 ℃滅菌20 min，備用.

硝化富集培養(yǎng)基(g/L)：(NH4)2SO40.47，KH2PO41.0，F(xiàn)eCl2·6H2O 0.5，CaCl2·7H2O 0.2，MgSO4·7H2O 1.0，檸檬酸三鈉4.08，121 ℃滅菌20 min，備用.

異養(yǎng)硝化培養(yǎng)基(g/L)：(NH4)2SO40.47，琥珀酸鈉5.62，50 mL維氏鹽溶液，121 ℃滅菌20 min，備用. 維氏鹽溶液(g)：K2HPO45.0，F(xiàn)eSO4·7H2O 0.05，NaCl 2.5，MgSO4·7H2O 2.5，MnSO4· 4H2O 0.05，溶解后加水定容至1 L.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1好氧反硝化菌株的篩選

1.2.2異養(yǎng)硝化菌株的篩選

1.2.3異養(yǎng)硝化-好氧反硝化復(fù)合脫氮菌群的構(gòu)建

盡管數(shù)字印刷技術(shù)有著“小批量、多品種”的優(yōu)勢(shì)，但談及關(guān)于盈利模式的問(wèn)題時(shí)，各家企業(yè)老總也只是撓撓頭，笑說(shuō)“這個(gè)真不賺錢(qián)”。所以當(dāng)走進(jìn)東南文化這家以數(shù)字印刷見(jiàn)長(zhǎng)的企業(yè)時(shí)，我們?cè)俅翁岢隽诉@個(gè)問(wèn)題，孫義也同我們分享了他的觀點(diǎn)：

表1 異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌株構(gòu)建的復(fù)合脫氮菌群Tab.1 Multiple heterotrophic nitrification-aerobic denitrification microorganisms

1.2.4高效脫氮菌群的耐鹽性研究

1.3 分析方法

2 結(jié)果與討論

2.1 異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌株的篩選

按照1.2.1經(jīng)過(guò)多次分離篩選，得到25株好氧反硝化菌，依次為WYLW1-1～WYLW1-10, WYLW2-1～WYLW2-9,LH1-1～LH1-3,LH2-1～LH2-3. 測(cè)定菌株的反硝化性能，選取反硝化性能60%以上的菌株15株，按照1.2.2中的方法，從中篩選出異養(yǎng)硝化菌株10株，選取硝化脫氮率較高的5株菌作為研究對(duì)象，分別為 WYLW1-10、WYLW2-4、LH1-1、LH2-1、LH2-3，菌株的脫氮性能見(jiàn)表2.

表2 優(yōu)選的異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌的脫氮性能Tab.2 Performance of optimized heterotrophic nitrification-aerobic denitrification strains %

注：菌株的硝化、反硝化性能均為96 h后的測(cè)定結(jié)果.

2.2 異養(yǎng)硝化-好氧反硝化復(fù)合脫氮菌群的構(gòu)建

將篩選分離得到的5株異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌株進(jìn)行兩兩組合,結(jié)果見(jiàn)表3. 從表3可知,復(fù)合菌群F1、F4、F6在39 h后的TN去除率分別為95.18%，92.54%，92.16%. 復(fù)合菌群F2、F5、F7在39 h時(shí)，TN去除率均在90%以下，在48 h后TN去除率分別達(dá)到96.58%，95.23%，94.17%. 由表2和表3中的數(shù)據(jù)可知：以復(fù)合菌群F1為例，培養(yǎng)時(shí)間從單一菌株的96 h縮短至復(fù)合菌群的39 h，脫氮率也明顯提高(以TN去除率表示)，從單一菌株的78.95%和82.23%提高到95.18%. 對(duì)復(fù)合菌群F1、F2、F4、

表3 異養(yǎng)硝化-好氧反硝化復(fù)合脫氮菌群的脫氮性能

Tab.3 Performance of multiple heterotrophic nitrification-aerobic denitrification microorganisms

%

F5、F6、F7而言，與單一的菌株相比，復(fù)合菌群是由多種微生物組成的菌群,其脫氮效果更明顯,脫氮率比同等條件下單一菌株的脫氮率高，啟動(dòng)更加迅速，而且運(yùn)行及維護(hù)都比較方便. 復(fù)合菌群中的兩株菌之間無(wú)沖突現(xiàn)象，并能夠相互促進(jìn)，發(fā)揮其最大群體優(yōu)勢(shì)，從而使脫氮時(shí)間大大縮短.

根據(jù)EM(effective microorganisms)原理, 不同的脫氮菌共存于同一環(huán)境時(shí), 如果相互之間生態(tài)位分離, 形成了互生關(guān)系, 就能產(chǎn)生協(xié)同作用, 相互提供營(yíng)養(yǎng)及其他生活條件, 相互受益, 促進(jìn)彼此的生長(zhǎng)繁殖. 由此可以確定異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌WYLW1-10、WYLW2-4形成了有效微生物群,復(fù)合菌群F1的脫氮率遠(yuǎn)高于單一菌株WYLW1-10、WYLW2-4分別的脫氮率，而且脫氮時(shí)間大大縮短. 因此,根據(jù)反應(yīng)培養(yǎng)時(shí)間、脫氮率這兩個(gè)因素，選擇復(fù)合菌群F1作進(jìn)一步研究.

2.3 高效脫氮菌群F1的脫氮性能

2.3.1復(fù)合菌群F1的生長(zhǎng)曲線(xiàn)

圖1 復(fù)合菌群F1的生長(zhǎng)曲線(xiàn)以及脫氮特性Fig.1 Growth curve and characteristics of multiple microorganisms F1

2.3.2復(fù)合菌群F1的耐鹽性研究

圖2 不同鹽度下的濃度-時(shí)間變化情況Fig.2 Ammonia nitrogen concentration-time variations figure in condition of different salinity

圖3 不同鹽度下和TN去除率的比較Fig.3 Ammonia nitrogen and total nitrogen removal of different salinity

3 結(jié) 論

1) 從蓮花味精廠(chǎng)廢水處理系統(tǒng)末端的活性污泥中和本實(shí)驗(yàn)室的活性污泥反應(yīng)器的污泥中篩選出異養(yǎng)硝化-好氧反硝化細(xì)菌10株，經(jīng)進(jìn)一步的性能測(cè)定以及篩選，獲得5株高效脫氮的異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌WYLW1-10、WYLW2-4、LH1-1、LH2-1、LH2-3，這5株菌在96 h內(nèi)硝化和反硝化脫氮率均在60%以上，脫氮效果良好.

2) 通過(guò)用WYLW1-10、WYLW2-4、LH1-1、LH2-1、LH2-3這5株菌進(jìn)行菌群構(gòu)建研究，采用兩兩組合的方式，得到10種復(fù)合菌群，其中復(fù)合菌群F1、F4、F6的性能尤為突出，在39h時(shí)TN去除率分別達(dá)到95.18%，92.54%，92.16%. 證明復(fù)合菌群中的兩株菌之間存在協(xié)同作用,形成了有效微生物群,與單一菌株相比,復(fù)合菌群脫氮能力大大提高.