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UV誘變技術(shù)培養(yǎng)造紙廢水高效降解菌

2006-08-04 13:50 來源：中華印刷包裝網(wǎng) 責(zé)編：中華印刷包裝網(wǎng)

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中小型造紙企業(yè)排放的制漿黑液及漂白廢水量大、污染負(fù)荷高,其中的主要污染物——木質(zhì)素是目前公認(rèn)的微生物難降解的芳香族化合物之一。近些年來國內(nèi)外學(xué)者就此展開的研究主要集中于單一微生物菌株降解木質(zhì)素方面,而篩選優(yōu)勢混合菌,通過混合菌種的協(xié)同作用降解木質(zhì)素?zé)o疑具有更重要的意義。污泥的UV誘變就是在人工條件下加速開放系統(tǒng)的變異頻率,然后有目的地篩選適合造紙廢水處理的微生物菌群。UV誘變技術(shù)可以更容易地篩選到高效降解菌,減少馴化需要的時(shí)間,而且誘變污泥在擴(kuò)大培養(yǎng)過程中容易保持變異菌種的穩(wěn)定性為了適合廢水處理的特殊要求,采用特殊設(shè)計(jì)的連續(xù)流UV照射誘變技術(shù)進(jìn)行了污泥的誘變培養(yǎng),考察了最佳照射時(shí)間對誘變率的影響,并與普通馴化的污泥進(jìn)行了比較。

　　1　試驗(yàn)裝置及分析方法

　　1 1　試驗(yàn)裝置

　　①　間歇式污泥培養(yǎng)在污泥馴化期間主要采用間歇式培養(yǎng),在反應(yīng)瓶中插入曝氣頭,放在30℃的恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng),同時(shí)監(jiān)測COD濃度的變化。

　　②　UV誘變裝置反應(yīng)裝置見圖1,選擇活性高、生長旺盛的活性污泥倒入容器Ⅰ內(nèi),通過快速攪拌將絮狀污泥打碎,顆粒細(xì)小的污泥以一定的流速緩慢流過有紫外燈照射的石英玻璃管,流入有黑紙包裹不透光的沉淀池,經(jīng)沉淀后進(jìn)入容器Ⅱ(用黑紙包裹),加入木質(zhì)素培養(yǎng)液進(jìn)行曝氣培養(yǎng)。根據(jù)菌種誘變的一般方法選定照射時(shí)間,選擇40Ｗ的紫外燈管(紫外燈距離石英玻璃管15ｃｍ),污泥流速則根據(jù)紫外燈的長度和試驗(yàn)選擇的照射時(shí)間來確定。

　　1 2　分析方法

　　COD:密封法[1];細(xì)菌總數(shù):菌落計(jì)數(shù)法;存活率Ｓ=(N/N0)×100%,其中Ｎ0為照射前完全培養(yǎng)基上的菌落數(shù),Ｎ為照射后完全培養(yǎng)基上的菌落數(shù);木質(zhì)素:280ｎｍ處的紫外分光光度法。

　　1 3　降解

　　造紙廢水的污泥馴化取造紙廠排污口的底泥,加入一定的糖蜜和有機(jī)肥以保證污泥生長所需的營養(yǎng)物質(zhì),然后進(jìn)行曝氣培養(yǎng),待污泥增長到一定量以后,逐步從低濃度到高濃度加入稀釋的造紙黑液進(jìn)行馴化培養(yǎng),最后完全加入稀釋的造紙黑液。

　　2　試驗(yàn)結(jié)果和分析

　　2 1　最佳照射時(shí)間的確定照射時(shí)間與污泥中細(xì)菌存活率之間的關(guān)系見圖2。在曲線的拐點(diǎn)處,存活率由急劇下降到緩慢下降階段也是突變率最大的照射時(shí)間,而曲線切線的交匯處照射時(shí)間約為33ｓ時(shí),正是存活率從急劇下降到緩慢下降的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這主要是因?yàn)樵?3ｓ以前細(xì)菌濃度很高,紫外光照射的效應(yīng)也很強(qiáng),因此照射時(shí)間越長則突變率越大;超過33ｓ后細(xì)菌濃度很低,照射作用的效應(yīng)變差,輻射的大部分能量被死亡細(xì)菌所吸收,從而導(dǎo)致細(xì)菌存活率下降緩慢,同樣變異細(xì)菌數(shù)也將開始減少。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以確定最佳照射時(shí)間為33ｓ,適宜的照射時(shí)間范圍為30～40ｓ,這與前人的研究結(jié)果相同[2],也與細(xì)菌的誘變時(shí)間大致相同。

　　2 2　降解能力的比較

　　取等量的馴化污泥和誘變污泥進(jìn)行靜態(tài)間歇試驗(yàn),測定在不同進(jìn)水COD和木質(zhì)素濃度下二者的去除情況,結(jié)果分別見圖3、4。

　　結(jié)果表明,在污泥濃度為2ｇ/L、PH值為8.8、培養(yǎng)24ｈ條件下,誘變污泥對COD和木質(zhì)素的去除效果明顯優(yōu)于普通馴化污泥,這主要是因?yàn)榻?jīng)UV照射后,活性污泥微生物的變異頻率增加,在后期的培養(yǎng)馴化過程中向著更有利于降解纖維素、木質(zhì)素及其衍生物的方向發(fā)展,所以對COD和木質(zhì)素的去除效果較好。從兩種污泥的絕對去除量來看,普通馴化的污泥在COD為1000mg/L時(shí)達(dá)到最大,超過這一濃度后去除量開始下降,這可能是由于原水中和木質(zhì)素降解過程中產(chǎn)生的酚類中間代謝產(chǎn)物具有毒性,抑制了污泥的活性,導(dǎo)致絕對去除量下降。

　　從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,普通馴化污泥對COD的去除量為250～350mg/L。UV誘變馴化的污泥雖然對COD和木質(zhì)素的去除率也隨著進(jìn)水濃度的增加而降低,但絕對去除量在逐漸增加。只是當(dāng)進(jìn)水COD>1400mg/L后去除量穩(wěn)定在630mg/L左右,分析可能是污泥量增加限制了去除量的繼續(xù)增加。這些充分說明了誘變污泥的生物活性沒有受到木質(zhì)素代謝中間產(chǎn)物的抑制,更適宜去除造紙廢水的COD和木質(zhì)素。

　　由圖表明,普通馴化的污泥在進(jìn)水COD為1000mg/L、木質(zhì)素為315mg/L的條件下,培養(yǎng)9ｈ后對COD和木質(zhì)素的去除才能達(dá)到一個(gè)較高的穩(wěn)態(tài),而誘變污泥在培養(yǎng)6ｈ后去除率就達(dá)到了較高的穩(wěn)態(tài)。這說明誘變污泥對造紙廢水不僅具有更強(qiáng)的適應(yīng)能力和去除效果,而且去除效率也明顯優(yōu)于普通馴化的污泥(對COD的去除率平均增加20%,對木質(zhì)素的去除率平均增加15%)。由試驗(yàn)結(jié)果分析,認(rèn)為對單個(gè)菌種的誘變處理只能得到在種群水平上更適應(yīng)木質(zhì)素分解產(chǎn)生的毒性和降解能力較強(qiáng)的菌種,而活性污泥在誘變、篩選過程中可以得到由多個(gè)種群形成的更適合木質(zhì)素降解的生態(tài)群體,這些種群在木質(zhì)素的降解過程中是相輔相成、互相影響的,共同作用于木質(zhì)素的降解,較之單個(gè)菌種有更強(qiáng)的競爭力,而且這種生態(tài)群體一旦形成,就具有一定的穩(wěn)定性。

　　3　結(jié)論

　　①UV誘變照射的最佳時(shí)間是33ｓ,誘變后可以得到高效降解菌,即細(xì)菌更快地適應(yīng)對木質(zhì)素的代謝,提高了降解速率。

　　②對比研究證明,誘變污泥比普通馴化的污泥具有更高的活性,當(dāng)COD和木質(zhì)素濃度分別高達(dá)1800和615mg/L時(shí),UV誘變細(xì)菌的降解效果明顯高于自然篩選的細(xì)菌,對COD和木質(zhì)素去除率平均提高20%和15%。

　　③活性污泥經(jīng)誘變后得到降解木質(zhì)素的多種群生態(tài)群體,比單個(gè)菌種有更強(qiáng)的競爭力。

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