UV诱变技术培养造纸废水高效降解菌

中小型造纸企业排放的制浆黑液及漂白废水量大、污染负荷高,其中的主要污染物——木质素是目前公认的微生物难降解的芳香族化合物之一。UV诱变技术可以更容易地筛选到高效降解菌,减少驯化需要的时间,而且诱变污泥在扩大培养过程中容易保持变异菌种的稳定性为了适合废水处理的特殊要求,采用特殊设计的连续流UV照射诱变技术进行了污泥的诱变培养,考察了最佳照射时间对诱变率的影响,并与普通驯化的污泥进行了比较。 　　1　试验装置及分析方法 　　1 1　试验装置 　　①　间歇式污泥培养在污泥驯化期间主要采用间歇式培养,在反应瓶中插入曝气头,放在30℃的恒温培养箱中进行培养,同时监测COD浓度的变化。 　　②　UV诱变装置反应装置见图1,选择活性高、生长旺盛的活性污泥倒入容器Ⅰ内,通过快速搅拌将絮状污泥打碎,颗粒细小的污泥以一定的流速缓慢流过有紫外灯照射的石英玻璃管,流入有黑纸包裹不透光的沉淀池,经沉淀后进入容器Ⅱ(用黑纸包裹),加入木质素培养液进行曝气培养。根据菌种诱变的一般方法选定照射时间,选择40Ｗ的紫外灯管(紫外灯距离石英玻璃管15ｃｍ),污泥流速则根据紫外灯的长度和试验选择的照射时间来确定。 　　1 2　分析方法 　　COD:密封法[1];细菌总数:菌落计数法;存活率Ｓ=(N/N0)×100%,其中Ｎ0为照射前完全培养基上的菌落数,Ｎ为照射后完全培养基上的菌落数;木质素:280ｎｍ处的紫外分光光度法。 　1 3　降解 　　造纸废水的污泥驯化取造纸厂排污口的底泥,加入一定的糖蜜和有机肥以保证污泥生长所需的营养物质,然后进行曝气培养,待污泥增长到一定量以后,逐步从低浓度到高浓度加入稀释的造纸黑液进行驯化培养,最后完全加入稀释的造纸黑液。 　　2　试验结果和分析 　　2 1　最佳照射时间的确定照射时间与污泥中细菌存活率之间的关系见图2。在曲线的拐点处,存活率由急剧下降到缓慢下降阶段也是突变率最大的照射时间,而曲线切线的交汇处照射时间约为33ｓ时,正是存活率从急剧下降到缓慢下降的转折点。这主要是因为在33ｓ以前细菌浓度很高,紫外光照射的效应也很强,因此照射时间越长则突变率越大;超过33ｓ后细菌浓度很低,照射作用的效应变差,辐射的大部分能量被死亡细菌所吸收,从而导致细菌存活率下降缓慢,同样变异细菌数也将开始减少。根据试验结果可以确定最佳照射时间为33ｓ,适宜的照射时间范围为30～40ｓ,这与前人的研究结果相同[2],也与细菌的诱变时间大致相同。 　　2 2　降解能力的比较 　　取等量的驯化污泥和诱变污泥进行静态间歇试验,测定在不同进水COD和木质素浓度下二者的去除情况,结果分别见图3、4。 　　结果表明,在污泥浓度为2ｇ/L、PH值为8.8、培养24ｈ条件下,诱变污泥对COD和木质素的去除效果明显优于普通驯化污泥,这主要是因为经UV照射后,活性污泥微生物的变异频率增加,在后期的培养驯化过程中向着更有利于降解纤维素、木质素及其衍生物的方向发展,所以对COD和木质素的去除效果较好。从两种污泥的绝对去除量来看,普通驯化的污泥在COD为1000mg/L时达到最大,超过这一浓度后去除量开始下降,这可能是由于原水中和木质素降解过程中产生的酚类中间代谢产物具有毒性,抑制了污泥的活性,导致绝对去除量下降。 从试验结果可以看出,普通驯化污泥对COD的去除量为250～350mg/L。UV诱变驯化的污泥虽然对COD和木质素的去除率也随着进水浓度的增加而降低,但绝对去除量在逐渐增加。只是当进水COD>1400mg/L后去除量稳定在630mg/L左右,分析可能是污泥量增加限制了去除量的继续增加。这些充分说明了诱变污泥的生物活性没有受到木质素代谢中间产物的抑制,更适宜去除造纸废水的COD和木质素。 　　由图表明,普通驯化的污泥在进水COD为1000mg/L、木质素为315mg/L的条件下,培养9ｈ后对COD和木质素的去除才能达到一个较高的稳态,而诱变污泥在培养6ｈ后去除率就达到了较高的稳态。这说明诱变污泥对造纸废水不仅具有更强的适应能力和去除效果,而且去除效率也明显优于普通驯化的污泥(对COD的去除率平均增加20%,对木质素的去除率平均增加15%)。由试验结果分析,认为对单个菌种的诱变处理只能得到在种群水平上更适应木质素分解产生的毒性和降解能力较强的菌种,而活性污泥在诱变、筛选过程中可以得到由多个种群形成的更适合木质素降解的生态群体,这些种群在木质素的降解过程中是相辅相成、互相影响的,共同作用于木质素的降解,较之单个菌种有更强的竞争力,而且这种生态群体一旦形成,就具有一定的稳定性。 　　3　结论 　　①UV诱变照射的最佳时间是33ｓ,诱变后可以得到高效降解菌,即细菌更快地适应对木质素的代谢,提高了降解速率。 　　②对比研究证明,诱变污泥比普通驯化的污泥具有更高的活性,当COD和木质素浓度分别高达1800和615mg/L时,UV诱变细菌的降解效果明显高于自然筛选的细菌,对COD和木质素去除率平均提高20%和15%。 　　③活性污泥经诱变后得到降解木质素的多种群生态群体,比单个菌种有更强的竞争力。 信息来源于：中国工业设备网