劉學(xué)欣

【摘要】研究混合投菌法處理生活污水的可行性，采用響應(yīng)曲面法探求三種COD高效降解菌混合處理生活污水的最佳配比。試驗(yàn)結(jié)果為：處理100mL城市生活污水，COD高效降解菌J3、J5、J9的最佳投加量分為1.8626、1.5566、1.6780mL菌液，此時(shí)COD去除率為最大值，可達(dá)到74.7511％。

【關(guān)鍵詞】投菌法 混合投加 最佳投加量 響應(yīng)曲面法

1引言

在通常情況下，環(huán)境中的污染物比較復(fù)雜，即使是對(duì)單一的污染物，利用單一菌種也很難達(dá)到理想效果。所以，對(duì)于污染物的充分降解必須依靠許多微生物類群的共同活動(dòng)來(lái)完成[1]。很多研究者都已發(fā)現(xiàn)，混合菌對(duì)于某些化合物的降解效果要明顯優(yōu)于單株培養(yǎng)菌[2-4]。本文對(duì)三株COD高效降解菌混合處理城市生活污水進(jìn)行了研究。

2材料與方法

2.1供試菌種

從某污水處理廠活性污泥中篩選得到3株COD高效降解菌，編號(hào)分別為J3，J5，J9，于本實(shí)驗(yàn)室保藏。

2.2菌懸液的制備

從斜面上挑取菌種溶于無(wú)菌水中，制成菌懸液，在660nm下測(cè)其OD值，并用無(wú)菌水調(diào)節(jié)使菌懸液OD值相同（均為0.3），即達(dá)到相同的菌液濃度。

2.3人工配水成分

所用配水成分仿生活污水，以葡萄糖為碳源，COD濃度約為500mg/L，以硫酸銨、磷酸二氫鉀為氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽，按BOD∶N∶P＝100∶5∶1配制。

2.4單菌去除率與混菌去除率的對(duì)比

100mL配水中分別投加4mL菌液，并進(jìn)行未投菌空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)，三天后將反應(yīng)液在10000r/min下離心10min，測(cè)定對(duì)COD的去除率。

2.5混合菌各菌種最佳配比的確定

采用響應(yīng)曲面法中的Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以三種菌的投加量作為三個(gè)因素，各取三個(gè)水平，利用minitab軟件設(shè)計(jì)一個(gè)三因素三水平共15個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)，其中12個(gè)為析因點(diǎn)，另外，為保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確，設(shè)3個(gè)零點(diǎn)來(lái)判斷分析誤差。按照各菌設(shè)計(jì)投加量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其它條件同上，三天后測(cè)定COD去除率。

3結(jié)果與分析

3.1單菌去除率與混菌去除率的對(duì)比

從圖1可以看出，這三種細(xì)菌對(duì)COD都有一定的去除率。將細(xì)菌等量?jī)蓛苫旌虾?，?duì)COD的去除率比每種細(xì)菌單獨(dú)作用都有明顯的增加，說(shuō)明這三種細(xì)菌之間存在著一定的協(xié)同作用，在混合后能夠提高對(duì)COD的去除效果。因此，可以考慮將三種菌混合，研究可達(dá)到最大COD去除率時(shí)三種菌的最佳配比（如圖1）。

3.2混合菌各菌種最佳配比的確定

Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表1。利用minitab軟件對(duì)表1的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)COD去除率的優(yōu)化分析結(jié)果見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出，3個(gè)因素都存在極值點(diǎn)。當(dāng)三種菌的投加量分別為1.8626、1.5566、1.6780mL時(shí)，COD去除率取最大值，可達(dá)到74.7511％。按照上述的最佳投加量進(jìn)行三次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)際所得COD去除率分別為74.3％、74.7％、74.2％，與軟件優(yōu)化所得到的結(jié)果非常接近，說(shuō)明利用響應(yīng)曲面法進(jìn)行投加量的優(yōu)化是可行的，具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

利用minitab軟件做因素交互作用的等高線圖，見(jiàn)圖3和圖4，進(jìn)而討論各菌種適宜的投加量范圍。圖3顯示了J9的投加量處于中心水平即1.3mL時(shí)，J3與J5的投加量對(duì)COD去除率的影響。從圖3中可以看出，當(dāng)J4的投加量在1.5～2.0mL之間，COD的去除率處于較大值，高于74％，而當(dāng)J5的投加量在1.3～1.7mL之間，COD的去除率也高于74％。同樣，從圖4中可以看出，J9的最佳投加量范圍在1.3～1.95mL之間。

4結(jié)論

從某污水處理廠活性污泥中篩選得到3株COD高效降解菌，研究表明，三種細(xì)菌在兩兩混合后比單獨(dú)作用時(shí)COD去除率有明顯提高，因此，采用響應(yīng)曲面法進(jìn)一步研究三種菌混合的最佳配比。利用minitab軟件得到的優(yōu)化結(jié)果為：當(dāng)三種菌的投加量分別為1.8626、1.5566、1.6780mL時(shí)，COD去除率可達(dá)到最大值74.7511％。同時(shí)進(jìn)行三次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)際結(jié)果與優(yōu)化結(jié)果非常接近，說(shuō)明利用響應(yīng)曲面法進(jìn)行投加量的優(yōu)化是可行的，具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

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