光合细菌和活性污泥联用净化有机污水的研究

杜苏萌，王人悦，赵金安

（1.太原工业学院环境与安全工程系，山西太原 030008；2.天津市食品研究所有限公司，天津 301609）

光合细菌和活性污泥联用净化有机污水的研究

杜苏萌1，王人悦2，赵金安1

（1.太原工业学院环境与安全工程系，山西太原 030008；2.天津市食品研究所有限公司，天津 301609）

摘 要：同步研究了3种碳源，5种不同接种量，5种蛋白胨浓度，5中起始pH条件下对光合细菌生长的菌体浓度影响，以及光合细菌净化有机污水9 d内的COD变化和pH变化情况。3种碳源培养光合细菌时柠檬酸OD值最大，可达0.36，葡萄糖次之，乙酸最差；从菌体密度增加的速度来看5种接种量以10%最适宜；5种蛋白胨浓度中，蛋白胨浓度达到2 g/L时，光合细菌OD值最大接近0. 900；5种起始pH中，起始pH为7.0时，菌体密度达到最大OD值0.850，并保持一段时间的稳定；有机污水前4天COD降低很快，第4天到第7天有所减缓，接上活性污泥后降解加快；整个污水处理过程中pH呈现先降低再上升再降低的趋势。

关键词：光合细菌；OD值；COD值；活性污泥；有机污水

光合细菌是自然界中重要的微生物类群，它们广泛存在于自然界的湖泊、水田、海洋、江河、土壤及活性污泥中，因为其固氮、固碳、产氢、脱硫，可氧化分解胺类、硫化氢及多种毒物的能力，且营养要求不高、生长繁殖快、生命力强、无毒，富含类胡萝卜素、蛋白质、维生素，净化水质等特点，被广泛应用到生物色素提取、污水处理等领域[1-3]。光合细菌主要包括外硫红螺菌（Ectothiorhodospiraceae）、绿色硫细菌（greensulfurbaeteria）、紫色非硫细菌（purplenonsulfurbaeteria），着色杆菌（Chromatiaceae）、螺旋杆菌（Helicobaeteraeeae）、多细胞丝状绿细菌（multieellularfilamentousgreenbaeteria）、含细菌叶绿素的专性好氧菌7大类群[4-5]。光合细菌均为革兰氏G-菌，形态多样，有多细胞和单细胞；有杆状、螺旋状、半环状、球状和卵圆形[6-8]，本文研究了光合细菌在3种不同碳源的培养下光合细菌OD值测定，5种不同接种量条件下光合细菌生长OD值测定，5种蛋白胨浓度条件下光合细菌生长OD值测定，5种pH条件下OD值测定，9 d内光合细菌处理有机污水COD变化以及净化有机污水过程中pH变化，其研究数据对光合细菌净化有机污水提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 光合细菌菌种来源及培养基

光合细菌来源于河南省鹤壁市人元生物技术发展公司生产的光合细菌液体肥。

活性污泥来源于太原市北郊污水处理厂。

培养基成分如下：液体培养基：MgSO40.2 g，CaSO40.076 g，NH4SO41.25 g，葡萄糖 2.5 g，KH2PO40.6 g，KHPO40.9 g，酵母膏 1 g，蒸馏水 1 000 mL，pH6.8～7.2。

1.2 实验水样

实验用水用人工配水，模拟某淀粉厂实际淀粉废水成份配制。lL淀粉废水中含有：蛋白陈1.5 g；可溶性淀粉 10 g；（NH4）2SO40.1 g；NaCl 3.0 g；KH2PO40.06 g；NaHCO30.1 g；CaCl20.06 g；MgSO40.09 g。

用配制好的淀粉废水与生活污水按照3∶1比例配制实验用水

1.3 仪器

光学显微镜：上海精密科学仪器有限公司；分光光度计：重庆光电仪器总公司；pH测定仪：上海益伦环境科技有限公司；培养箱：上海博讯实业有限公司。

1.4 方法

1.4.1 COD（化学需氧量）的测定

采用重铬酸钾法，即1 L水样中还原性物质消耗氧化剂的量，用mg/L表示，在强酸性溶液中，准确加入过量的重铬酸钾标准溶液，银盐作催化剂，加热回流，将水样中还原性物质（主要是有机物）氧化，过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液回滴，根据所消耗的硫酸亚铁铵的量计算水样化学需氧量。反应方程式为：

式中：V0为表示空白实验消耗的硫酸亚铁标准溶液体积，mL；V1为测定水样消耗的硫酸亚铁标准溶液体积，mL；C为硫酸亚铁溶液浓度，（mol/L）；V为水样体积，mL。

本研究测定了光合细菌净化有机污水9 d内的COD值，其中第8天已经接上活性污泥。

1.4.2 OD值测定

光合细菌生长过程中，吸光度与菌体浓度成正比，用分光光度计于580 nm下测不同条件下光合细菌OD值，了解光合细菌生长情况，（每次测定做3个平行，取其平均值）本研究分别测定了以乙酸、柠檬酸、葡萄糖分别为碳源测定光合细菌在8d内的OD值；10%、15%、20%、25%、30%5个接种量梯度下光合细菌生长 OD 值；蛋白胨浓度分别为 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g/L浓度下光合细菌8 d内生长OD值测定；pH分别为6.0、6.5、7.0、7.5、8.0 几个条件下光合细菌生长 OD 值。

1.4.3 pH测定

采用实验室pH测定仪。

本研究测定了光合细菌净化污水过程中9 d内的pH。

2 结果与分析

不同碳源条件下光合细菌生长OD值测定结果见图1。

图1 不同碳源条件下光合细菌生长OD值测定Fig.1 OD measuring of photosynthetic bacteria under different carbon sourse

从图1可以看出3种碳源中柠檬酸为碳源时光合细菌生长最快，浓度最高OD值可达0.36，葡萄糖次之，最高OD值可达0.24，乙酸最差，最高OD值为0.01。

不同接种量条件下光合细菌生长的OD值测定结果见图2。

图2 不同接种量条件下光合细菌生长的OD值测定Fig.2 Effect of inoculum on the OD of photosynthetic bacteria

从图2可以看出接种量越大光合细菌生长OD值越大，当接种量达到30%时最高OD值可达0.950。

不同蛋白胨浓度条件下光合细菌生长OD值测定结果见图3。

图3 不同蛋白胨浓度条件下光合细菌生长OD值测定Fig.3 Effect of peptone concentration on the OD of photosynthetic bacteria

从图3可以看出蛋白胨浓度对光合细菌生长影响很大，适当提高蛋白胨浓度可以提高OD值，当蛋白胨浓度达到2 g/L时，光合细菌最大OD值接近0.900，当蛋白胨浓度达到1.5 g/L时，光合细菌最大OD值达0.850。

不同pH条件下光合细菌生长OD值测定结果见图4。

图4 不同pH条件下光合细菌生长OD值测定Fig.4 Effect of original pH on the OD of photosynthetic bacteria

从图4可以看出pH为7.0和7.5时光合细菌生长OD值可以达到最大值0.850，之后在pH为7.5时，OD值下降迅速，而pH为7.0时OD值下降缓慢。

光合细菌净化污水过程中COD变化图见图5。

图5 光合细菌净化污水过程中COD变化图Fig.5 COD determination of purification using ptotosynthetic bacteria

从图5可以看出光合细菌净化污水过程中COD不断下降，从最初300 mg/L降到100 mg/L，从曲线斜率看前4天COD下降明显快于第4天到第7天的COD，第7天接上活性污泥后COD降低明显加快。

污水净化过程中pH变化曲线见图6。

图6 污水净化过程中pH变化曲线图Fig.6 Diversification of pH during purification of sewage

从图6可以看出pH由7.0降到6.5，之后不断上升到8.0，第7天后从8.0下降到7.5。

3 讨论

3.1 不同条件对光合细菌生长的影响

乙酸、葡萄糖和柠檬酸都可以作为光合细菌生长的碳源，从图1可以看出当柠檬酸作为碳源时本研究选取的光合细菌生长最好，菌体密度最大，最大OD值达到0.36，其次是葡萄糖，乙酸作为碳源时光合细菌生长最差，最大OD值才为0.01，在净化污水过程中，最好不要选用乙酸作为光合细菌碳源，因为光合细菌生长受到影响时，处理污水效果也会很差。蛋白胨作为光合细菌生长的氮源，其浓度对菌体密度有影响，从图3可以看出，当蛋白胨浓度达到2 g/L时，光合细菌最大OD值接近0.900，当蛋白胨浓度达到1.5 g/L时，光合细菌最大OD值达0.850，所以在用光合细菌净化有机污水时蛋白胨浓度选用2 g/L和1.5 g/L都比较合适。光合细菌最初的接种量对其菌体密度也有影响，从图2可以看出接种量越大，细菌生长加快，菌体密度越高，当接种量达到30%时最高OD值可达0.950，接种量越小，菌体浓度越低，但第四天后，从曲线斜率看，只有起初接种量为10%的光合细菌菌体浓度增长加快，而其它接种量的光合细菌生长减缓，这可能是后期光合细菌出现营养竞争的原因，所以在净化污水过程中要保持光合细菌长时间的快速增长，10%的接种量也是一个合适的选择。起始pH对光合细菌生长也有很大影响，从图4可以看出，在起始pH为7.0和7.5时，光合细菌到了第5天菌体浓度达到最大，OD值为0.850，之后起始pH为7.5的菌体浓度迅速下降，而起始pH为7.0的菌体浓度基本保持不变，所以本研究选用的光合细菌在净化污水过程中起始pH选为7.0。

3.2 光合细菌净化污水过程中COD和pH变化

光合细菌和活性污泥都是生物法处理有机污水中常用的微生物，光合细菌可以在黑暗好氧和光照厌氧下进行代谢，相比其它生物法具有独特优势，活性污泥处理有机废水效率有限，往往经单一生物法处理后达不到国家排放标准，但是经二者联用净化有机污水，效率大大提高[9-10]。从图5可以看出光合细菌净化污水过程中前4天COD降低很快，而第4天到第7天COD降低减缓，这可能是随着营养物质的不断消耗，营养物质成了光合细菌生长的限制因素，这和光合细菌的生长曲线基本一致，到了第7天，接上活性污泥，COD下降加快，这可能是污水经过光合细菌处理一段时间后，污水营养成分更适合活性污泥生长，第7天后COD的下降加快是因为活性污泥净化的原因。光合细菌净化污水过程中pH也呈现曲折变化，从图6可以看出前两天pH从7.0下降到6.5，第2天到第7天pH不断上升到8.0，之后又下降到7.5，这可能是前2天，随着大分子物质的不断降解产生了更多的低分子有机酸导致pH下降，之后光合细菌不断消耗污水中的低分子有机酸使得pH升高，到了第7天接上活性污泥后，污水中残留的一部分大分子物质被活性污泥降解导致pH降低。

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Studies on the Purification of Organic Sewage Using Photosynthetic Bacteria and Activated Sludge

DU Su-meng1，WANG Ren-yue2，ZHAO Jin-an1
（1.Taiyuan Institute of Technology，Environment and Safety Engineering Department，Taiyuan 030008，Shanxi，China；2.Tianjin Food Rosearch Institute Co.，Ltd.，Tianjin 301609，China）

Abstract：BInfluence including three carbon source，five different inoculum，five concentration of peptone and five original pH on the concentration of photosynthetic bacteria were studied.The change of COD（Chemical Oxygen Demand）and pH during purification of organic sewage using photosynthetic bacteria were also researched.When photosynthetic bacteria were cultured，citric acid made the OD （optical density） be the most of three carbon source，which was 0.36， glucose took the second place，acetic acid was worst.From the increasing speed of OD，10%inoculum was the optimum.Of the five concentration of peptone， 2 g/L made the value of OD be the most， being close to 0.900.When the original pH is 7.0，OD was the most being 0.85， and retained stable for a short time.During the purification of organic sewage，the COD of the first 4 days reduced rapidly，yet slowed down from fourth day to seventh day，speeded up after the inoculum of activated sludge.The pH first decreased then increased during the whole purification of organic sewage.Fig 2，Tab 2，Ref 22.

Key words：photosynthetic bacteria；value of OD；value of COD；activated sludge；organic sewage

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2013.15.022

太原工业学院青年基金（2012LQ07）

杜苏萌（1982—），女（汉），助教，硕士，研究方向：环境微生物学。

2013-06-09