光合细菌在污水处理上的应用

生物学污水处理法是指通过微生物酶的作用，分解和合成有机质。其中起主要作用的是细菌，污水中一些可溶性的有机物在胞内酶的作用下被菌体选择性地吸收；颗粒、胶体等难溶或不溶性的有机物先附着在菌体外，由菌细胞分泌的胞外酶分解成脂溶性和水溶性物质，再被菌体吸收。通过微生物体内的生化作用，反一部分有机物同化成自身，另一部分被异化成水分子有机物、二氧化碳、水等，从而使污染物质得到降解。光合细菌兼性厌氧很强的适应性，使其在污水发酵处理中，作用日益突出。例如光合细菌（荚膜红假单胞菌）可将致癌物亚硝胺转化为无毒的化合物，对于生化需氧量（BOD）高达数千mg/L的有机废水，一些生物膜法及活性污泥法等需氧处理法难以耐受，而光合细菌则可以承受，故在处理高浓度有机废水方面具有广泛的应用前景。环保污水处理用量：200-1000ppm。本文利用本课题组分离富集出的一株光合细菌处理生活污水和垃圾渗滤液，对其处理工艺和降解有机污染物的特性进行了研究。通过试验得到光合细菌处理这两种污水的最佳工艺条件:①当水温250C,水力停留时(‘e]48h，菌液投加量VaNi,M为1/4000.pH值为7.5，光合细菌在黑暗微好氧条件下对生活污水有最好的处理效果，COD,BOD去除率分别为70.88%和75.10%;②当水温250C，水力停留时间96h,pH值为8.0，光合细菌在黑暗好氧条件下对垃圾渗滤液有最好的处理效果，CODs,和BOD，去除率分别为69.07%和75.24%.结合试验现象和结果，本文对光合细菌降解有机物的机理进行了分析探讨。为使光合细菌法能直接应用于现有废(污)水处理系统，提高和改善现有活性污泥法的处理效果，本研究进行了光合细菌与活性污泥复配处理生活污水和垃圾渗滤液的试验。光合细菌和活性污泥复配后，比两者单独作用时更能有效降解有机物。传统活性污泥需要大量曝气，而光合细菌的引入，使处理体系在微量溶解氧的条件下也能很好地处理废(污)水，在一定程度上降低了能耗。①PSB-污泥处理生活污水时，在黑暗好氧条件下处理效果最好，CODs,和BOD5去除率分别为85.65%和81.03%,CODc,和BOD，值分别为32.46mg/L60mg/L和19.68mg/L20mg/L，达到我国污水综合排放标准(GB8978-1996)中一级排放标准:②PSB一污泥处理垃圾渗滤液也是在黑暗曝气条件下有较好的处理效果，CODs「和BODS去除率分别为86.80%和87.43%,CODs,和BOD5值分别为370.Omg/L300mg/L和77.57mg/L150mg/L,CODs「稍超出而BOD，值达到我国生活垃圾填埋污染控制标准(GB16889-1997)二级排放标准。为了克服光合细菌在处理废(污)水中存在的一些不足，迸一步完善光合细菌废(污)水处理技术，本研究采用了吸附和包埋两种方法固定光合细菌，并将固定后的光合细菌引入自制的生物滤塔，对生活污水和垃圾渗滤液进行处理。①包埋法处理生活污水效果好于吸附法，当水力负荷为50m‘/m‘d时，水力停留时间约为19min,CODC;和BOD、去除率分别可达91.73%和88.85%.CODC,和BOD，值降至22.18mg/L60mg/L和14.17mg/L20mg/L，处理出水水质达到我国污水综合排放标准(GB8978-1996)中城镇污水处理厂一级排放标准:②吸附法处理垃圾渗滤液的效果好于包埋法，当水力负荷为20m3/m2d时，水力停留时I‘HJ约为81min,CODC，和BOD，去除率分别可达96.62%和97.05%,CODC,和BODS值降至84.02mg/L100mg/L和23.33mg/L30mg/L,满足我国尘活垃圾填埋污染控制标准(GB16889-1997)所列渗滤液排放一级标准。固定化光合细菌法不需曝气，大大节省了能耗，产污泥量减少，明显比游离菌具有更优的降解效果，缩短水力停留时间，同时克服了游离光合细菌沉降困难，菌株浓度小，抗环境影响能力差等缺点。在工艺技术试验的基础上，本文对光合细菌生物德塔法进行了技术经济分析。结果表明，光合细菌生物滤塔法的造价成本和运行成本均低于常规二级生物处理法，应用于废(污)水处理具有明显的经济优势。本研究的成果已用于西藏拉萨市城市生活垃圾填埋场渗滤液的处理工程设计中。关健词:光合细菌，生活污水，垃圾渗滤液光合细菌在废水处理中的应用利用光合细菌净化高浓度有机费水，是废水生物处理法中的一个新发展。它具有有机物负荷高、占地面积小、投资废用少、动力消耗低、除氮效果好和耐盐能力强等优点，而产生的菌体又有可能作为重要的原料进行综合利用。因此正受到人们重视。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。目前用于有机废水净化的光合细菌主要是红螺菌种（Rhodospirillaceae）中的红假单胞菌属（Rhodopseudomonas）。目前已在人粪尿、家畜粪尿、食品、纤维、皮革、有机化学工业等废水的高负荷处理中获得很高的评价。1．利用光合细菌净化废水的作用原理，六十年代日本科学家观测了高浓度的粪便污水自然放置时的菌数变化见图5-1、5-2。他们发现在BOD值高达10000毫克/升以上的污水中，异氧细菌首先大量繁殖，把高分子的碳水化和物、脂肪、蛋白质分解，产生小分子物质、单糖、挥发酸和氨基酸。接着异氧细菌渐渐减少，光合细菌则利用小分子有机物而迅速繁殖，使污水的BOD值逐渐降低到1000毫克/升以下。约二星期后，光合细菌渐渐减少，由活性污泥微生物和绿藻所代替，并进一步把污水净化到BOD值30毫克/升以下。这一发现，揭示了自然界的高浓度有机污水是通过微生物的生态学演替而被净化的。2．利用光合细菌净化废水的方法：一般处理流程如下图6—16—26—3。PSB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光合细菌的优势。还要注意加大接种量，经常补充菌体和适当加入锰、铁等重金属离子，以及尽可能地减少处理过程中的杂菌量。3．试验及运转实例：a)南通发酵厂（1987年）处理柠檬酸发酵废水；b)上海交大俞吉安等（1987）应用光合细菌处理牛粪尿的工艺研究；c)华东师大史家梁等利用光合细菌处理上海粪便污水；d)太原工业大学吴国庆等利用光合细菌处理印染厂废水；e)美国（1984）利用猪粪水作为红色硫黄细菌的生长基质，蛋白产率达1.8克/升（猪粪水）；f)意大利（1987）利用养猪场废水在不同类型光合反应器中，于户外大量培养光合细菌的三年试验结果：六十年代日本微生物学家北村博教授和光合细菌处理法的创始人小林正泰先生在实验室水平做成废水处理的模型，用豆腐工场废水（BOD约8000PPM）作为处理对象逐渐扩展，处理废水种类增多；并且先后成功地建立了一批日处理达几十、几百乃至数千吨高浓度有机废水的大中型实用系统，效果良好。再如朝鲜建设处理量600立方/日车间，1981年春正式开工，原废水BOD为30000PPM经处理后流放水BOD100PPM左右。与活性污泥法相比有许多长处，但也有缺点，一是需要不断的添加新鲜菌体；二是菌体细胞自然沉降困难；三是有效最终BOD值在200毫克/升左右尚需活性污泥法或培养藻类等方法加以进一步处理。针对上述三个缺点，我国也有许多单位已经研究解决了或正在研究解决，例如固定化培养光合细菌就可以解决不断地添加菌体细胞。五、光合细菌菌体的利用七十年代中期日本京都大学小林达治教授进行了光合细菌菌体作为鱼类饵料，产卵鸡的饲料以及柿子、密柑、西红柿、水稻等使用，不仅产量增加，而且产品质量显著改善；八十年代又研究了低分子的有机物质能被植物直接吸收，并指出连作障碍是由于土壤中有益微生物与有害微生物的不平衡引起的，大量农药、化肥的施用导致有益微生物密度降低，提出了有机营养、有机栽培的新学说。利用的原理主要是增加有益微生物密度。因为光合细菌具有一定的固氮能力，并能促进与其共生的微生物增殖及浮游生物增殖；利用芳香醇类苯环碳元素作为能源的能力；菌体富含蛋白质、维生素、氨基酸、矿物质、类胡萝卜素以及活性物质；光合细菌新陈代谢是一个微产碱性的系统工程。1．菌体分成见表5—1、5—2、5—3和6—1、6—2a）一般成分及氨基酸的组成b）色素及维生素的含量；色素随着光照强度、CO2浓度、基质种类，以及其它培养条件状况而在明显地变动。维生素含量丰富特别是VB12含量之多，受人关注。上述组成成分含量均表明光合细菌富含营养物质，B族维生素的种类及含量不低于酵母，以利于提高存活率、促进生长以及改善品质的良好作用。2．作为水产饵料的利用据观测自然界水域中，当光合细菌生长增多后动物性浮游生物也随之发生增多，有着相关性；光合细菌被浮游生物捕食利用，较之绿藻更具有相当大的增殖力，成为仔鱼丰富的开口饵料，生存率大大增加，几乎很少死亡，体重亦有所增加（见表7）。再者目前公害中，首先令人苦恼的是池沼中发生的H2S，倘有红色和绿色硫黄细菌，H2S是它们利用的最佳物质，池水得以净化。浙江省上虞县水产养殖场于1991年使用光合细菌鱼苗成活率可提高5--28%，亩产可提高15--30%，饵料系数下降20--23%。光合细菌添加用量占饵料量的2%的较好的经济效益。江苏吴县水产养殖总场饲养金鱼施用光合细菌（1990-1991年），对其促长、增色、防病均有明显效果，其中使金鱼的转色率提高3个百分点。中国水产科学院淡水渔业中心于1989--1991年进行了鱼塘和虾塘试验，均有明显的效果。鱼塘施用：a)以DO平均值计净增氧0.5mg/L--0.8mg/L，增幅达18.0%--28.3%，COD去除率为26.1%--33.5%，BOD去除率为2.7%--14.7%，大肠菌群数量下降32.0%--44.6%，总氮去除率为21.3%--30.0%，总磷去除率为28%--38%；b)藻类的结构组成上，光合细菌对有害的兰藻水花种群有明显的控制作用；浮游生物方面主要为原生动物和大型水蚤，而未施用的主要为轮虫等；c)增产和经济效益，增产22.0%--31.8%，按平均鱼价4元/kg，计净增效益494元--876元/亩。虾塘施用：1990年20亩虾塘共使用光合细菌120kg，共收获对虾4200kg，亩产210kg，产量提高121%，平均亩产盈利1725元，取得显著的经济效益。江苏太湖地区农科所养鳗场1992年施用光合细菌：a)池水PH值均为8.4左右呈微碱性；b)溶解氧平均含量达溶氧饱和度的94.12%；c)10天不换水时化学耗氧量明显递增高达13.44毫克/升；d)铵态氮明显上升，最高达到0.935mg/L；e)亚硝态氮含量减少；f)透明度为30cm.鳗鱼增重16%、节约用水75%、饵料利用提高22%。厦门生物有限公司自94年以来光合细菌销量每年100吨以上，主要供于厦门漳州、三明及邵武等市郊罗非鱼养殖场，产品取名“罗肥宝”。罗非鱼是这些地方居民餐桌上主要淡水鱼种，市科委说近几年罗非鱼又大又肥可能与施用光合细菌有关。另外山东海洋学院在海水养殖、沈阳农业大学在养螃蟹上施用均有一定的面积，据悉获益匪浅。最近召开的第二届全国海洋与淡水微生物学，第二届全国海洋生物工程学联合学术讨论会总结报告中提及：“光合细菌方面，选育了一些优良菌株，将开发成为饵料和饲料添加剂”。3．利用作为畜产饲料光合细菌菌体中有多量维生素及其它活性物质，在产蛋鸡饲料中仅加1/10000，产蛋率就增加15--20%，在气候不顺的季节，产卵的效果显得尤为显著。其次菌体中类胡萝卜素较多因此能提高卵黄的色度和对照相比卵黄中类胡萝卜素及维生素A含量提高了20%，因此提高蛋的质量（表8）。苏州市职业大学分校王应铨、杨雪南、许福康等于1988--1990年在蛋鸡、肉鸡及鹌鹑应用效果；肉鸡增重9--12%、提高饲料利用7--9%、按1989年价格计（鸡价6元/kg、饲料0.9元/kg、菌液0.08元/升）每只鸡多收入0.20元至0.51元，具有较好的经济效益。鹌鹑成活率提高3%--9%，体重增6%--8%，产蛋重量增4.7%--8.7%。个体比较均匀、羽毛发亮、毛色较深、目光有神、活泼好动。蛋鸡通