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UV誘變技術培養造紙廢水高效降解菌

2006-08-04 13:50 來源：中華印刷包裝網責編：中華印刷包裝網

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小C專訪｜正博總經理范

小C專訪·煒岡股份董事

中小型造紙企業排放的制漿黑液及漂白廢水量大、污染負荷高,其中的主要污染物——木質素是目前公認的微生物難降解的芳香族化合物之一。近些年來國內外學者就此展開的研究主要集中于單一微生物菌株降解木質素方面,而篩選優勢混合菌,通過混合菌種的協同作用降解木質素無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誘變技術可以更容易地篩選到高效降解菌,減少馴化需要的時間,而且誘變污泥在擴大培養過程中容易保持變異菌種的穩定性為了適合廢水處理的特殊要求,采用特殊設計的連續流UV照射誘變技術進行了污泥的誘變培養,考察了最佳照射時間對誘變率的影響,并與普通馴化的污泥進行了比較。

　　1　試驗裝置及分析方法

　　1 1　試驗裝置

　　①　間歇式污泥培養在污泥馴化期間主要采用間歇式培養,在反應瓶中插入曝氣頭,放在30℃的恒溫培養箱中進行培養,同時監測COD濃度的變化。

　　②　UV誘變裝置反應裝置見圖1,選擇活性高、生長旺盛的活性污泥倒入容器Ⅰ內,通過快速攪拌將絮狀污泥打碎,顆粒細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,經沉淀后進入容器Ⅱ(用黑紙包裹),加入木質素培養液進行曝氣培養。根據菌種誘變的一般方法選定照射時間,選擇40Ｗ的紫外燈管(紫外燈距離石英玻璃管15ｃｍ),污泥流速則根據紫外燈的長度和試驗選擇的照射時間來確定。

　　1 2　分析方法

　　COD:密封法[1];細菌總數:菌落計數法;存活率Ｓ=(N/N0)×100%,其中Ｎ0為照射前完全培養基上的菌落數,Ｎ為照射后完全培養基上的菌落數;木質素: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肥以保證污泥生長所需的營養物質,然后進行曝氣培養,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行馴化培養,最后完全加入稀釋的造紙黑液。

　　2　試驗結果和分析

　　2 1　最佳照射時間的確定照射時間與污泥中細菌存活率之間的關系見圖2。在曲線的拐點處,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間,而曲線切線的交匯處照射時間約為33ｓ時,正是存活率從急劇下降到緩慢下降的轉折點。這主要是因為在33ｓ以前細菌濃度很高,紫外光照射的效應也很強,因此照射時間越長則突變率越大;超過33ｓ后細菌濃度很低,照射作用的效應變差,輻射的大部分能量被死亡細菌所吸收,從而導致細菌存活率下降緩慢,同樣變異細菌數也將開始減少。根據試驗結果可以確定最佳照射時間為33ｓ,適宜的照射時間范圍為30～40ｓ,這與前人的研究結果相同[2],也與細菌的誘變時間大致相同。

　　2 2　降解能力的比較

　　取等量的馴化污泥和誘變污泥進行靜態間歇試驗,測定在不同進水COD和木質素濃度下二者的去除情況,結果分別見圖3、4。

　　結果表明,在污泥濃度為2ｇ/L、PH值為8.8、培養24ｈ條件下,誘變污泥對COD和木質素的去除效果明顯優于普通馴化污泥,這主要是因為經UV照射后,活性污泥微生物的變異頻率增加,在后期的培養馴化過程中向著更有利于降解纖維素、木質素及其衍生物的方向發展,所以對COD和木質素的去除效果較好。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時達到最大,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素降解過程中產生的酚類中間代謝產物具有毒性,抑制了污泥的活性,導致絕對去除量下降。

　　從試驗結果可以看出,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和木質素的去除率也隨著進水濃度的增加而降低,但絕對去除量在逐漸增加。只是當進水COD>1400mg/L后去除量穩定在630mg/L左右,分析可能是污泥量增加限制了去除量的繼續增加。這些充分說明了誘變污泥的生物活性沒有受到木質素代謝中間產物的抑制,更適宜去除造紙廢水的COD和木質素。

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

　　3　結論

　　①UV誘變照射的最佳時間是33ｓ,誘變后可以得到高效降解菌,即細菌更快地適應對木質素的代謝,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COD和木質素濃度分別高達1800和615mg/L時,UV誘變細菌的降解效果明顯高于自然篩選的細菌,對COD和木質素去除率平均提高20%和15%。

　　③活性污泥經誘變后得到降解木質素的多種群生態群體,比單個菌種有更強的競爭力。

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