原标题：污水处理技术篇：抗生素废水复合菌处理方法

转载：北极星环保网  来源:价值中国  作者:常治辉   

在抗生素生产过程中所排废水含有大量的有机物、残留的抗生素以及中间代谢产物。目前，对于该类废水处理主要以好氧、厌氧、好氧—厌氧以及水解酸化—好氧等生物处理法为主〔1〕，而且研究多集中在处理工艺上〔2〕，对废水中污染物具有降解作用的生物因素———高效菌株的研究甚少。

复合菌技术作为一种高效处理废水的技术，由于其利用了微生物的协同代谢作用及共氧化作用(共代谢作用)，能够高效地处理包括涂料废水、染化废水、造纸废水在内的多种高污染、难生化的工业废水〔3〕。但是，将该技术应用于处理抗生素废水的报道还较少。笔者应用分离自抗生素废水中的纯种微生物构建复合菌来处理该类废水，考察各种微生物的用量以及菌种间的配比对废水处理效果的影响，确定了复合菌中各微生物的最佳配比，为抗生素废水处理工程提供可行的参数。

1 材料与方法

1.1 试验废水

试验中所用的废水取自重庆市某抗生素生产企业的污水处理站调节池，废水的BOD5/COD 基本在0.4 左右，可生化性较好，其COD 3 000~8 000 mg/L，BOD 1 200 ~3 200 mg/L，NH3 -N 150 ~300 mg/L，SS100~500 mg/L，pH 4.0~6.0。

1.2 试验方法

1.2.1 菌株的分离纯化

试验中所用的菌种均分离自上述污水处理站曝气池的活性污泥，经实验室多次分离纯化后使用。由于活性污泥中所要分离的目标微生物量较少，所以首先对活性污泥中的目标微生物进行富集培养，待其占有一定的优势之后再进行分离。微生物的分离纯化采用平板划线分离法〔4〕。

光合细菌的富集培养基采用小林达治红螺科富集培养基〔5〕：NH4Cl 1.00 g，KH2PO4 0.20 g，CH3COONa˙3H2O 3.00 g，NaHCO3 1.00 g，酵母膏0.10 g，NaCl1.00 g，MgCl2˙6H2O 0.20 g，T. M 储液少量，蒸馏水1 000 mL，pH=7.0。分离培养基采用RCVBN 扩大培养基〔6〕：CH3COONa 3.0 g，(NH4)2SO4 1.0 g，MgSO4 0.2 g，NaCl 1.0 g，KH2PO4 0.3 g，K2HPO4 0.5 g，CaCl2 0.05 g，酵母膏0.1 g，微量元素1.0 mL，琼脂25 g，蒸馏水1 000 mL。

酵母菌的富集和分离培养基均采用蛋白胨酵母粉葡萄糖培养基(YPD 培养基)，其中富集培养基的成分为〔7〕：酵母粉5 g，蛋白胨10 g，葡萄糖20 g，蒸馏水1 000 mL，pH=4，0.25%的丙酸钠与50 U/mL 的青霉素液体;分离培养基的成分为：酵母粉5 g，蛋白胨10 g，葡萄糖20 g，琼脂20 g，蒸馏水1 000 mL，pH= 4。

放线菌的富集和分离培养基均采用高氏一号培养基，其中富集培养基的成分为〔8〕：可溶性淀粉20 g，KNO3 1 g，NaCl 0.5 g，KH2PO4 0.5 g，MgSO4˙7H2O 0.5 g，FeSO4˙7H2O 0.01 g，青霉素2 mg/L，K2Cr2O7 75 mg/L，蒸馏水1 000 mL，pH 7.2~7.4;分离培养基的成分为：可溶性淀粉20 g，KNO3 1 g，NaCl 0.5 g，KH2PO4 0.5 g，MgSO4˙7H2O 0.5 g，FeSO4˙7H2O 0.01 g，琼脂20 g，蒸馏水1 000 mL，pH 7.2~7.4。

1.2.2 菌株的筛选

将实验室分离纯化所得的各株光合细菌、酵母菌和放线菌按照3 g/L 的量加入到装有200 mL 废水的锥形瓶中，将锥形瓶置于30 ℃、160 r/min 的摇床中处理6 d。每个试验均做3 组平行试验。

1.2.3 菌种用量单因素试验

分别选用3、5、7、9、11 g/L 5 个质量浓度梯度来考察菌种的用量对废水处理效果的影响。将相应量的菌种加入到装有200 mL 废水的锥形瓶中，将锥形瓶置于30 ℃、160 r/min 的摇床中处理6 d。每个试验均做3 组平行试验。

1.2.4 菌种复配试验

分别考察单菌种、两菌种复合、三菌种复合对废水的处理效果，以确定菌种间是否具有协同作用。其中，菌种总量选用3 g/L，复配菌种均按1∶1 的比例混合。将相应量的单菌种/复合菌种加入到装有200 mL废水的锥形瓶中，将锥形瓶置于30 ℃、160 r/min 的摇床中处理6 d。每个试验均做3 组平行试验。

1.2.5 复合菌种配比正交试验

根据菌种单因素试验结果，确定正交试验的因素和水平。将相应量的复合菌种加入到装有200 mL废水的锥形瓶中，将锥形瓶置于30 ℃、160 r/min 的摇床中处理6 d。每组试验均做3 组平行试验。


1.3 测试仪器与方法

废水在4 000 r/min 的离心机中离心5 min，取上清液测定其中的COD。COD 的测定采用快速消解分光光度法(HJ/T 399—2007)，分光光度计采用Hach公司生产的DR2800 便携式分光光度计。正交试验结果采用SPSS 软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 菌种分离纯化结果

2.1.1 光合细菌分离纯化结果

光合细菌以光和热为能源，以有机物及其分解产物为基质，合成氨基酸、核酸、糖类等多种能促使其他生物生长发育的有用物质，成为其他有用微生物增殖所必须的养分。光合细菌不像好氧的活性污泥菌胶团细菌那样受污水中氧浓度的限制，可以利用光能进行高效的能量代谢，即使微弱的光照下也能进行，也不像严格厌氧的甲烷细菌等对氧存在着高度敏感性，其可以在有氧条件下分解有机物，通过氧化磷酸取得能量。同时，光合细菌能够在高浓度的低级脂肪酸下进行繁殖。正是基于上述原因，光合细菌能够被广泛应用于高浓度有机污水的处理中〔9〕。

笔者试验最终分离纯化得到3 株光合细菌，经过初步的鉴定，3 株菌都属于光合细菌中的红假单胞菌。

2.1.2 酵母菌分离纯化结果

酵母菌为异养型、好氧、兼性厌氧菌，是重要的营养功能性菌，可对光合细菌合成的氨基酸及糖类、废水中的有机物进行合理的转化和高效率吸收，为其他生物提供高质量的营养物质和生理活性物质〔10〕。

试验最终分离纯化得到3 株酵母菌，经过初步的鉴定，3 株菌都属于酵母菌中的产朊假丝酵母菌。

2.1.3 放线菌分离纯化结果

放线菌具有较强的分解复杂含氮和不含氮有机物的能力，能够利用光合细菌合成的氨基酸等物质产生抗菌物质，抑制病原菌，并提前利用有害霉菌和有害细菌增殖中所需要的物质，抑制有害霉菌和有害细菌增殖，为其他有用微生物创造良好的环境。在污水的处理中，与光合细菌共存混合处理后，放线菌所发挥的净菌作用比放线菌单独存在时成倍增加〔11〕。

试验最终分离纯化得到3 株放线菌，经过初步的鉴定，3 株菌都属于放线菌中的诺卡氏菌。

2.2 菌株筛选结果

图 1、图 2、图 3 分别显示的是3 株光合细菌、3 株酵母菌和3 株放线菌处理抗生素废水的结果。从图 1~图 3 可以看出，3 株光合细菌中，光合细菌2#的处理效果最好，COD 去除率达到27.24%;3 株酵母菌中，酵母菌1# 的处理效果最好，达到22.69%;3 株放线菌种中，放线菌3# 的处理效果最好，达到16.31%。故最终确定光合细菌2#、酵母菌1# 和放线菌3# 作为后续试验的菌种。

图 1 各株光合细菌处理废水的效果

图 2 各株酵母菌处理废水的效果

图 3 各株放线菌处理废水的效果

在废水中加入分离所得的纯种微生物之后，COD 的去除率较对照组有了明显的升高，说明这几种微生物对抗生素废水有一定的降解能力。在所有的试验组中，废水COD 的去除率都有先升高、再降低、最后再升高的过程。造成这种结果有以下两种可能的原因〔4〕：(1)微生物首先利用废水中小分子、可溶性的有机物用于代谢活动，将大分子的有机物吸附在细胞的表面。随后这些大分子的有机物在胞外酶的作用下分解成小分子有机物供微生物的代谢所用。(2)虽然试验中所用的9 株微生物都分离自抗生素废水中，但由于分离后的微生物生长在纯的培养基中，加到抗生素废水中之后会有一个适应的过程，一些能够适应该废水的微生物开始降解废水中的有机物，而适应不了的微生物经过几天后会死亡、分解。

2.3 菌种用量单因素试验结果

菌种用量对处理效果的影响试验结果表明，光合细菌、酵母菌、放线菌的投加量分别为9、7、3 g/L时，在各自的试验组中对COD 的去除效果最好，COD 的去除率分别可以达到61%、47%、36%。其中，光合细菌和酵母菌的试验中，微生物用量都有一个拐点。在这个拐点之前，废水的处理效果随着微生物用量的增加而提高，因为这时微生物生长代谢所需的营养物质充足，微生物之间的竞争相对较少，所有的微生物基本都能获得足够的营养物质，所以增加微生物投加量会提高废水的处理效果;相反，在拐点之后，随着微生物投加量的增加，废水的处理效果反而下降，因为这时微生物量已经达到了废水所能供养的微生物的上限，随着微生物投加量的增加，微生物之间的竞争作用越来越明显，使得大量的微生物由于缺乏营养物质而死亡、分解，致使对废水的处理效果下降。所以，在拐点附近选取光合细菌和酵母菌的用量比较合适。

在放线菌的试验中，随着放线菌投加量的增加，废水的处理效果降低。对于这一现象，笔者认为有以下两种可能的原因：(1)放线菌对该类废水没有去除能力，加入的放线菌基本都死亡、分解，从而使得加入的放线菌量越大处理效果越差;(2)该类废水中只有一小部分的营养物质可供放线菌生长，由于该类物质的含量较少，只能供养很少一部分的放线菌，因而随着放线菌用量的增加，微生物之间的竞争加剧，使得大量微生物由于缺乏营养物质而死亡、分解，造成对废水处理效果的下降。

2.4 菌种复配试验结果

菌种复配试验结果见表 2。由表 2 可见，不同菌种复配之后对废水的处理效果要好于单菌种，其中3 种菌复配的处理效果最好，可以达到53.81%，说明这3 种菌之间有协同作用。放线菌对该抗生素废水具有一定的去除效果，所以上述单因素试验中放线菌用量的试验结果可能是由第二种原因引起的。因此，使用复合菌种处理该抗生素废水是可行的。


2.5 复合菌种配比正交试验结果

复合菌种配比正交试验结果见表 3。由表 3 可知，通过比较R 得到影响次序为：A>B>C。所以，在该抗生素废水处理的过程中，光合细菌所起的作用最大，其次是酵母菌，放线菌所起的作用略小。通过正交试验确定复合菌种最佳配比方案A3B1C1，确定光合细菌、酵母菌和放线菌的用量分别为10、6、2 g/L。


3 结论

(1)笔者课题组自行分离的光合细菌2#、酵母菌1# 和放线菌3# 对所采集的抗生素废水具有较好的去除效果。所有的菌株在处理废水的过程中，去理效率均有一个先升高、后降低、最后再升高的过程。

(2)单种菌处理废水时，光合细菌和酵母菌都有一个最佳的投加量，而放线菌随着菌种投加量的增加，处理效率降低。

(3)使用光合细菌、酵母菌和放线菌组成的复合菌处理该抗生素废水是可行的。

(4)在复合菌处理抗生素废水的过程中，光合细菌所起的作用最大，酵母菌次之，放线菌所起的作用最小。综合考虑废水的处理效果和微生物培养的工作量和成本，笔者试验确定光合细菌、酵母菌和放线菌的最佳投加量分别为10、6、2 g/L，此时的COD 去除率可以达到60.48%。