萬金保++鄔容偉+邱起地++萬莉

摘要：從某豬場廢水處理系統(tǒng)序批式生物膜反應器（sequencing batch biofilm reactor，簡稱SBBR）中分離純化得到菌株A和菌株B，經(jīng)形態(tài)學鑒定菌株A為乳白色、革蘭氏陽性長桿菌；菌株B為灰白色、革蘭氏陽性短桿菌。菌株A最佳生長條件為溫度30～50 ℃、鹽度1%～2%、pH值6～8；菌株B最佳生長條件為溫度20～40 ℃、鹽度1%～2%、pH值6～8。在不同因素組合下，將菌株A、B分別接種于供試廢水中，對廢水化學需氧量（chemical oxygen demand，簡稱COD）去除率最高分別為64.11%、54.74%；NH3-N最佳降解率分別為54.57%、55.54%。

關(guān)鍵詞：養(yǎng)豬廢水；序批式生物膜反應器（SBBR）；生物降解；形態(tài)特征；降解特性

中圖分類號： X703文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）12-0480-04

收稿日期：2015-10-28

基金項目：國家科技支撐計劃（編號：2007BAB23C02）；江西省教育廳科技落地計劃（編號：GJJ12433）；南昌市對外科技合作與成果轉(zhuǎn)化推廣計劃（編號：2013HZCG001）；南昌大學鄱陽湖環(huán)境與資源利用教育部重點實驗室開放基金（編號：13005875）。

作者簡介：萬金保（1952—），男，江西南昌人，教授，博士生導師，主要從事水污染控制及資源化技術(shù)研究。Tel：（0791）88305941；E-mail：jbwan@ncu.edu.cn。

養(yǎng)豬廢水中含有大量有機污染物、氨氮、總磷、病蟲卵、重金屬以及產(chǎn)生的惡臭氣體等[1-10]?？v觀人類廢水處理技術(shù)的發(fā)展史，微生物處理廢水有獨特的優(yōu)勢，它通過自身的新陳代謝來吸收、分解和轉(zhuǎn)化污染物，從而達到治理污染物的目的[11-15]。本研究采用江西省某豬場實際工藝升流式固體厭氧反應器（USR）與序批式生物膜反應器（sequencing batch biofilm reactor，簡稱SBBR）處理豬場廢水[16-19]，以實際養(yǎng)豬廢水的序批式生物膜反應器中生物膜和污泥為分離源[20-23]，采用Luria-Bertani（簡稱LB）培養(yǎng)基，通過培養(yǎng)、分離和純化等，以其中的化學需氧量（chemical oxygen demand，簡稱COD）和氨態(tài)氮（NH3-N）含量為檢測指標，旨在探討從 SBBR 中分離所得菌株的廢水處理特性以及生理特性。

1材料與方法

1.1LB液體培養(yǎng)基

在950 mL去離子水中加入10 g胰化蛋白胨、5 g酵母提取物、10 g NaCl，搖動容器直至溶質(zhì)溶解，調(diào)pH值為7.4，用去離子水定容至1 L，在0.103 45 MPa高壓下蒸汽滅菌 20 min。

1.2菌株

從某豬場廢水處理系統(tǒng)SBBR中取少量含生物膜的污水充分搖勻打碎，然后接種于LB液體培養(yǎng)基，在37 ℃下，振蕩培養(yǎng)1 d，重復操作2～3次，作為備用菌液。用倍比稀釋法選出長勢良好、形態(tài)不同的菌落，進行劃線分離，將分離得到的菌株A和菌株B的純菌進行斜面保存[24-26]。

1.3分析方法

菌株的形態(tài)學鑒定：參照《常見細菌系統(tǒng)鑒定手冊》[27]。

菌株的生長曲線測定：將菌株以1%接種量分別接種于裝有20 mL LB液體培養(yǎng)基的12支試管中，接種后首先取1支試管保存于4 ℃冰箱作為對照，之后將其余試管置于 37 ℃、180 r/min水浴恒溫振蕩器培養(yǎng)，每隔1～2 h取樣，于雙光束紫外-可見分光光度計下測定菌體生長吸光度D600 nm，即可繪制菌株的生長曲線[28]；溫度、鹽度、pH值對菌株生長的影響：將純菌液以1%接種量接種到裝有高溫滅菌過的LB液體培養(yǎng)基的錐形瓶中，通過調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的搖床溫度、鹽度，pH值，180 r/min水浴恒溫振蕩，培養(yǎng)24 h，測定培養(yǎng)液中菌體生長量（D600 nm）[30-33]。溫度梯度設置為4、10、20、30、40、50、60 ℃；鹽度為0.5%、1%、2%、3%、4%、5%、10%；pH值為4、5、6、7、8、9、10；COD定量測定：重鉻酸鉀法；NH3-N的定量測定：納氏試劑分光光度法。

通過設計培養(yǎng)溫度、pH值、培養(yǎng)時間、碳氮比的4因素3[JP3]水平正交試驗，研究菌株去除廢水中COD、NH3-N的最佳條件。

1.4菌株的生物學特性

菌株A與菌株B的形態(tài)特征如表1所示，油鏡觀察結(jié)果及菌落形態(tài)如圖1至圖4所示[29]。

2.1溫度對菌株的生長影響

溫度主要影響微生物體內(nèi)的酶活性，高溫會破壞酶蛋白

質(zhì)活性，而低溫則會降低酶的活性。由圖5可見，菌株A最佳生長溫度介于30～50 ℃，且在20～50 ℃之間菌株A都能較好地生長；菌株B的最佳生長溫度介于20～40 ℃，且在 20～40 ℃之間都能較好地生長。菌株A、B的生長溫度范圍較廣，對溫度變化的適應性也較強。

2.2鹽度對菌株的生長影響

廢水中鹽度會影響微生物生長環(huán)境的滲透壓。在高鹽度下，微生物會失水，從而降低活性；低鹽度下，微生物會吸水，導致細胞膨脹甚至破裂。由圖6可見，菌株A最佳生長鹽度介于1%～2%，且在0.5%～2%之間都能較好地生長，而當鹽度大于3%后基本不生長，生長鹽度范圍相對較窄，對于鹽度變化適應性較弱；菌株B的最佳生長鹽度為1%～2%，且在0.5%～4%的鹽度之間都能較好地生長，生長鹽度范圍相對較廣，對于鹽度變化適應性相對較強。

2.3pH值對菌株的生長影響

pH值主要是影響微生物的酶活性，微生物體內(nèi)酶都有各自適應的pH值范圍。由圖7可見，菌株A最適生長pH值為6～8之間，且在pH值為5～10之間都能較好地生長，對于pH值變化適應性強；菌株B的最佳生長pH值介于 6～8之間，且菌株B在pH值為5～10之間同樣都能較好地生長，其生長pH值范圍也較寬，對于pH值變化適應性強。

2.4菌株的廢水處理特性試驗

將純菌液以5%接種量接種到供試廢水中，分別以pH值、碳氮比、培養(yǎng)時間和培養(yǎng)溫度為因素，各因素設3個水平，設計4因素3水平正交試驗，進行菌株培養(yǎng)條件優(yōu)化，以篩選出菌株降解養(yǎng)豬廢水中有機污染物的最佳條件。

2.4.1菌株A的廢水處理特性

2.4.1.1菌株A對供試廢水COD的去除結(jié)果

由表2、圖8可見，各因素對菌株A去除廢水中COD的影響由大到小依次是pH值>碳氮比>培養(yǎng)時間>培養(yǎng)溫度；去除最佳條件為培養(yǎng)溫度35 ℃、pH值75、培養(yǎng)時間72 h，碳氮比=4 ∶[KG-*3]1。

2.4.1.2菌株A對供試廢水NH3-N的去除結(jié)果

由表3、圖9可見，各因素對菌株A去除廢水中NH3-N的影響由大到小依次是培養(yǎng)時間>培養(yǎng)溫度>碳氮比>pH值；各因素對菌株A去除供試廢水中NH3-N的結(jié)果都有明顯的影響。菌株A對供試廢水中NH3-N的去除最佳條件為培養(yǎng)溫度 25 ℃、pH值6.5、培養(yǎng)時間72 h和碳氮比為1 ∶[KG-*3]1。

2.4.2菌株B的廢水處理特性

2.4.2.1菌株B對供試廢水中COD的去除結(jié)果

由表4、圖10可見，對菌株B去除供試廢水COD的結(jié)果各因素影響大小依次是培養(yǎng)時間>碳氮比>pH值>培養(yǎng)溫度；菌株B對供試廢水COD去除的最佳條件為培養(yǎng)溫度30 ℃、pH值75、培養(yǎng)時間48 h、碳氮比=2 ∶[KG-*3]1。

2.4.2.2菌株B去除供試廢水中NH3-N的去除結(jié)果

由表5、圖11可見，菌株B去除供試廢水中NH3-N的結(jié)果各因素的影響大小為碳氮比>培養(yǎng)時間>pH值>培養(yǎng)溫度；菌株B去除供試廢水中NH3-N的最佳條件為培養(yǎng)溫度25 ℃、pH值7.0、培養(yǎng)時間 72 h、碳氮比=1 ∶[KG-*3]1。

3結(jié)論

從江西省某養(yǎng)豬場廢水處理系統(tǒng)SBBR中分離純化得到菌株A和菌株B，經(jīng)倍比稀釋法、平板劃線法以及形態(tài)學鑒定表[CM（25]明，菌株A為乳白色、革蘭氏陽性長桿菌；菌株B為灰白[CM）]

色、革蘭氏陽性短桿菌。菌株A的最佳生長條件為溫度30～50 ℃、鹽度1%～2%、pH值為6～8；菌株B的最佳生長條件為溫度20～40 ℃、鹽度1%～2%、pH值為6～8。經(jīng)試驗可得，菌株A對供試廢水中COD的最佳去除條件為培養(yǎng)溫度35 ℃、pH值7.5、培養(yǎng)時間72 h、碳氮比=4 ∶[KG-*3]1；菌株B對供試廢水中COD的最佳去除條件為培養(yǎng)溫度30 ℃、pH值7.5、培養(yǎng)時間 48 h、碳氮比=2 ∶[KG-*3]1。菌株A對NH3-N最佳去除條件為溫度25 ℃、pH值6.5、培養(yǎng)時間72 h和碳氮比為 1 ∶[KG-*3]1；菌株B對NH3-N最佳去除條件為培養(yǎng)溫度25 ℃、pH值為7、培養(yǎng)時間為72 h、碳氮比為1 ∶[KG-*3]1。

參考文獻：

[1]范文軍，寧站亮，劉勇誠. 我國水資源現(xiàn)狀探討[J]. 北方環(huán)境，2011，23（7）：68.

[2]陳蘇蘭. 豬場污水中脫氮微生物的分離與鑒定的研究[D]. 武漢：華中農(nóng)業(yè)大學，2007.

[3]梁鵬，謝英，邱俊. 養(yǎng)豬廢水處理工藝應用研究[J]. 江西畜牧獸醫(yī)雜志，2012（6）：24-26.

[4]孟佳. 養(yǎng)豬廢水厭氧消化液的亞硝化調(diào)控與功能微生物分析[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2013.

[5]宋煒，付永勝，李小華. 豬場廢水處理技術(shù)研究進展[J]. 養(yǎng)豬，2006（2）：44-46.

[6]蔣昕. 廣州市規(guī)?；B(yǎng)豬場廢水污染調(diào)查與防治對策探討[J]. 環(huán)境研究與檢測，2011，30（1）：69-72.

[9]Sánchez E，Borja R，Travieso L，et al. Effect of organic loading rate on the stability，operational parameters and performance of a secondary upflow anaerobic sludge bed reactor treating piggery waste[J]. Bioresource Technology，2005，96（3）：335-344.

[10]馬彥濤，薛金鳳. 養(yǎng)豬廢水處理技術(shù)進展[J]. 環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2009，34（5）：29-32.

[11]Rittman B E，Mclarty P L. Environmental biotechnology：principles and applications[M]. New York：McGraw-Hill Education，2001.

[12]梁立偉，趙興龍，林李娟，等. 生物強化技術(shù)在污水處理中的應用[J]. 油氣田環(huán)境保護，2006，16（4）：1-3.

[13]顧夏聲，胡洪營，文湘華，等. 水處理生物學[M]. 4版. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[14]楊世平，閻立華，程琳. 廢水生物處理技術(shù)及其研究進展[J]. 遼寧化工，2009，38（9）：636-638.

[15]國家環(huán)境保護總局. 水和廢水監(jiān)測分析方法[M]. 北京：中國環(huán)境科學出版社，2002.

[16]馬文靜. SBBR工藝及影響因素探討[J]. 科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2010，20（10）：148-150.

[17]陳曉娟，皇甫錚. SBBR廢水生物處理新工藝的研究發(fā)展及應用[J]. 廣州化工，2011，39（23）：31-33.

[18]王亞宜，李探微，彭永臻，等. 序批式生物膜（SBBR）法和SBR法的對比研究[J]. 工業(yè)用水與廢水，2002，33（6）：4-6.

[19]楊治國. SBR法在養(yǎng)豬廠廢水處理中的應用[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2013（13）：254-255.

[20]萬風，王海燕，周岳溪，等. 養(yǎng)豬廢水處理技術(shù)研究進展[J]. 農(nóng)業(yè)災害研究，2012，2（1）：25-29.

[21]高廷耀，顧國維，周琪. 水污染控制工程（下冊）[M]. 北京：高等教育出版社，1999.

[22]Xu G J，Xu X C，Yang F L，et al. Partial nitrification adjusted by hydroxylamine in aerobic granules under high DO and ambient temperature and subsequent anammox for low C/N wastewater treatment[J]. Chemical Engineering Journal，2012，213（12）：338-345.

[23]Cheng J，Liu B. Nitrification/denitrification in intermittent aeration process for swine wastewater treatment[J]. Journal of Environmental Engineering，2001，127（8）：705-711.

[24]符吳萸，杜麗明，楊平，等. 養(yǎng)殖水體氨氮降解菌的分離與降解特性研究[J]. 廣東石油化工學院學報，2013，23（4）：22-26.

[25]裴瑞林，信欣，張雪喬，等. 養(yǎng)豬廢水培養(yǎng)微生物絮凝劑產(chǎn)生菌群B-737及發(fā)酵特性[J]. 環(huán)境科學，2013，34（5）：1951-1957.

[26]方會，陳梅雪，秦德韜，等. 集約化養(yǎng)豬廢水SBR中17β-雌二醇高效降解菌的分離鑒定及其降解特性[J]. 環(huán)境工程學報，2012，6（10）：3361-3366.

[27]東秀珠，蔡妙英. 常見細菌系統(tǒng)鑒定手冊[M]. 2版. 北京：科學出版社，2001，364-398.

[28]Chiemchaisri C，Jaitrong L，Honda R，et al. Photosyntheetic bacteria pond system with infra-red transmitting filter for the treatment and recovery of organic carbon from industrial wastewater[J]. Water Science and Technology，2007，56（7）：109-116.

[29]陳源源. 基于分子標識的工業(yè)微生物資源快捷分類與鑒定[D]. 無錫：江南大學，2012.

[30]江紫薇. 二甲四氯降解菌的分離鑒定及降解特性研究[D]. 長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學，2012.

[31]楊新萍. 污水處理中脫氮功能微生物特性及固定化應用研究[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學，2009.

[32]張海軍. 兩株擬除蟲菊酯類農(nóng)藥降解菌的分離鑒定及其降解特性研究[D]. 杭州：浙江大學，2010.

[33]王莉. 甲胺磷降解菌株的分離鑒定、降解特性及菌株MAP-1的應用研究[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學，2010.

[34]劉瑞江，張業(yè)旺，聞崇煒，等. 正交試驗設計和分析方法研究[J]. 實驗技術(shù)與管理，2010，27（9）：52-55.

[35]陳翔，梁衛(wèi)玖. 建立Excel宏快速處理正交試驗設計數(shù)據(jù)[J]. 中國衛(wèi)生檢驗雜志，2009，19（11）：2696-2697.

[36]董如何，肖必華，方永水. 正交試驗設計的理論分析方法及應用[J]. 安徽建筑工業(yè)學院學報：自然科學版，2004，12（6）：103-106.

[37]Wu L，Peng C Y，Peng Y Z，et al. Effect of wastewater COD/N ratio on aerobic nitrifying sludge granulation and microbial population shift[J]. Journal of Environmental Sciences，2012，24（2）：234-241.