焦化废水功能菌的筛选和过程探索_王怡梦

收稿日期:2004-12-16环保与三废利用焦化废水功能菌的筛选和过程探索王怡梦,刘爽,余兆祥(同济大学化学系,上海200092)摘要:介绍了一种利用Rank氧电极筛选焦化废水功能菌的方法。本实验所用焦化废水中含有结构不明的难降解的成色有机物。从驯化后的活性污泥中分离到一组对该物质有效果的菌株,利用Rank氧电极测定其对该物质的活性大小,筛选出活性较好的菌种用于废水生化处理的进一步研究。对于结构不明的物质降解,这种方法具有快速、简捷、灵敏度高等优点,可广泛应用于功能菌的筛选等方面。关键词:焦化废水;功能菌;Rank氧电极;菌种筛选中图分类号:X78文献标识码:A文章编号:1671-9905(2005)03-0048-03这是上海宝山钢铁集团和中科院成都生物所合作设立的焦化废水回用技术研究项目的第一阶段工作。本研究的主要目的是采集、分离、筛选高效降解菌,进行一些有效的组合并对其应用进行探索,实现高效菌对焦化废水中有色物质的有效降解,为焦化废水的回用创造条件。1基本机理——呼吸线和耗氧速率评定法[1]向细菌群体提供有机营养物,细菌进行生命活动并行繁殖,由于细菌的呼吸作用而耗氧,耗氧量将随时间而变化。耗氧量实际上是细菌代谢强度的一个指标,它反映细菌在不同底物条件下所具有的相应的生物活性,也就是说耗氧量是表示细菌活力强弱的一些指标,并可以用以间接地表示底物的生物降解性能。以时间为横坐标,以耗氧量为纵坐标,可得出一条具有特征的曲线,这一曲线称为生化呼吸线。生化呼吸线的特征主要取决于投加的有机营养物质的性质。当细菌进入内源呼吸期时,其呼吸耗氧速率将是恒定的,耗氧量与时间呈直线关系,这一直线称为内源呼吸线。当废水中含有某些对细菌能够产生抑制或毒害作用的物质时,它的生化呼吸线也将有明显的反映。生化呼吸线一般是用微量呼吸测定仪(瓦氏呼吸仪)或BOD测定仪(活性污泥呼吸率测定仪)或库仑仪(BOD5自动测定记录仪)测定的、耗氧量以mg·L-1或mg·g-1(活性污泥)表示。对内源呼吸线与生化呼吸线加以比较,则可能出现3种情况[2]:(1)内源呼吸线之上,说明废水中有机污染物能够为细菌氧化分解,二线间的间距越大,废水的可生物降解性能就越好。(2)生化呼吸线与内源呼吸线重合,说明废水中有机污染物不能为细菌所氧化分解,但对细菌的生命活动无抑制作用。(3)生化呼吸线位于内源呼吸线之下,说明废水对细菌产生明显的抑制作用。生化呼吸线离横坐标越近,则说明抑制作用越大,如与横坐标重合,则说明细菌呼吸停止,濒于死亡。第34卷第3期2005年06月化工技术与开发Technology&DevelopmentofChemicalIndustryVol.34No.3Jun.2005¥2仪器介绍及筛选过程研究2.1Rank氧电极介绍[3～4]Rank氧电极是专门设计用来测定细胞悬浮液、亚细胞粒子和酶系统中氧浓度的一种极谱式溶解氧测定仪。其结构如图1所示。图1Rank氧电极示意图该氧电极主要由两部分构成:底部是由铂阴极、银阳极和银质参比电极组成的工作电极,两极的空间内充以电解液,顶端被一层透氧膜覆盖;上部为反应室,外罩水夹套可保证反应在恒温条件下进行。反应室上方的活塞主要有两个作用:一是隔绝空气,二是通过活塞的升降调节样品室的容量。该电极可用于测量气态和溶解态的氧分压,测量范围为10-3～1atm。为方便观察,该设备以玻璃或有机玻璃为原料加工而成。Rank氧电极工作原理:微生物降解有机物过程中要消耗氧,因而有电子的转移。在外加电压的条件下,电子在两级间定向移动,产生一个微弱电流。电流的强度与样品中的氧浓度成正比关系。将这一电流信号转变成电压信号,并以溶解氧浓度的形式在自动记录仪上反应出来。测定微生物和基质的混合液在一定时间间隔内溶解氧含量的降低,可以得出其耗氧速率。试验过程中先将样品注入反应室,在电磁搅拌器的作用下使菌液混合均匀。待溶解氧达到稳定之后旋紧螺塞。在微生物的作用下,混合液中的溶解氧含量逐渐降低。用记录仪记录下这一过程。单位时间内溶解氧的消耗情况,体现出微生物对基质的氧化速度。溶解氧消耗越多说明微生物对基质的降解速度越快,活性越好。与同类型的其它设备相比,该设备体积小,需样量少(样品体积在1～7mL,浓度最低可达到10mg·L-1,灵敏度高、环境因素可控且操作过程简单、耗时短(样品制备好后只需十几分钟就可以得到测定结果)。2.2试验方法和步骤(1)制备菌悬液盐酸缓冲溶液洗涤3次,最后悬浮于2mL缓冲溶液中备用。(2)活性测定[5]取1.5mL菌悬液于Rank氧电极反应室中,30℃恒温搅拌,待溶解氧平衡后加盖。反应开始溶解氧有所降低。5min后从加样点注入100μL有色物质,溶解氧降低速度明显加大。再过5min加入50μL葡萄糖,走纸5min。(3)各株菌的耗氧速率计算