光合细菌及其在化工有机废水处理方面的应用

2003年8月化工环保ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY第23卷第4期光合细菌及其在化工有机废水处理方面的应用宋志文，郭本华，曹军(1．青岛建筑工程学院环境工程系，山东青岛266033；2．中国科学院沈阳应用生态研究所，辽宁沈阳110016)[摘要]光合细菌作为一类古老的细菌类群，已经在众多领域得到应用。利用光合细菌处理有机废水具有处理有机负荷高、占地面积小、便于管理、能耗低、投资费用少、菌体可以回收利用等优点，已经引起人们的重视。对光合细菌在处理化工有机废水方面的研究和应用进行了综述，指出光合细菌处理法的优缺点和发展趋势，认为光合细菌在有机废水处理方面的应用前景广阔。[关键词]光合细菌；生物法；废水处理[中图分类号]x7o3[文献标识码]A[文章编号]1006．1878(2003)04-0209-05光合细菌(PhotosyntheticBacteria，简称PSB)是自然界中广泛存在的比较古老的细菌类群，是具有原始光能合成体系的原核生物，能在厌氧条件下进行不放氧的光合作用。目前所知的PSB可分为着色杆菌科、外硫红螺菌科、紫色非硫细菌、绿色硫细菌、多细胞丝状绿细菌、螺旋杆菌科、含细菌叶绿素的专性好氧菌等7大类群¨J，其中紫色非硫细菌由于其分解利用有机物能力强，因而得到广泛应用。PSB广泛分布在海洋、湖泊、水田、污泥、土壤、极地、温泉等各个角落。由于PSB能耐受高浓度有机物，具有去除和分解有机物的能力，人们开始研究利用PSB这一生理特性来处理高浓度有机废水。在此过程中PSB表现出处理有机负荷高、占地面积小、能耗低、投资费用少等优势，同时产生的菌体还可以进行综合利用，因此PSB处理有机废水越来越受到人们重视。1PSB研究历史1836年Ehrenberg最早记录了2种使沼泽、湖泊变红的光合微生物，这类微生物的生长与光、Hs的存在有关；1883年Engelman根据“红色微生物”聚集生长在波长与细菌内色素吸收波长相一致的光线下的事实，认为这类微生物能进行光合作用；1931年VanNiel提出光合作用的共同反应式，用生物化学统一性观点解释生物的光合成现象后，才把这类细菌称为PSB，对其进行了分类和生理学研究，奠定了现代PSB研究工作的基础J。20世纪前半叶，人们一直没有发现PSB的实际应用价值，到20世纪60年代，许多科学家先后证实了PSB能显著降低有机废水中的BOD和COD。1978年，Et本小林正泰等提出利用PSB处理有机废水的设想和工艺，先后成功地对粪尿、食品、淀粉、皮革及豆制品加工废水进行处理，建立了一批日处理几十、几百乃至几千吨高浓度有机废水的大、中型实用系统，效果良好。美国、澳大利亚、英国、法国、德国、丹麦等国使用此类技术处理城市污水，也取得了比较好的效果。我国早在20世纪50年代就开始对PSB进行多方面的基础理论研究，1987年11月“第一届中日光合细菌国际学术会议”在上海召开，大大推动了我国PSB的研究和应用。2PSB处理有机废水的基本原理20世纪60年代Et本学者小林正泰观测到高浓度粪便污水在自然放置时，生物类群在污水中交替[收稿日期】2002—10-26；[修订日期】2002—12-26[基金项目]山东省教育厅项目(J02L05)[作者简介]宋志文(1966一)，河北省玉田县人，博士，青岛建筑工程学院环境与市政工程学院副教授，主要从事环境生物技术方面的研究。转载http://www.paper.edu.cn·2lO·化工环保2003年第23卷变化，在BOD高达10000mg／L的污水中，首先是异养微生物的大量生长，把高分子的碳水化合物、脂肪、蛋白质分解，产生低级脂肪酸等低分子有机物，异养菌逐渐减少；接着，利用低分子有机物的PSB迅速增殖，BOD逐渐降至1000mg／L，约2周后PSB减少，由绿藻类所代替，并进一步把BOD降至30mg／L以下，这一发现揭示了自然界对高浓度有机污水的净化是通过微生物的生态学演替而实现的，其中PSB担当了主要角色j。PSB之所以在有机废水处理中起作用，是与其细胞结构和物质能量代谢分不开的，尤其是紫色非硫细菌，其细胞内有能进行光合作用的载色体，载色体颗粒中含有菌绿素和类胡萝卜素，能进行光合磷酸化反应和光氧化还原反应，在好氧条件下细胞内缺少这种载色体，但只要将其置于光照条件下就很快形成。在好氧黑暗条件下，此类细菌通过三羧酸循环来实现有机酸的代谢。在厌氧光照条件下，三羧酸循环被抑制，这类细菌能迅速转变代谢途径，并能把有机酸异化与同化的氧化还原反应紧密相联，这种具有多重代谢方式的特性，使得PSB既不象好氧菌那样受溶解氧的限制，自身可利用光能进行高效的基质代谢，又不象专性厌氧菌对O：那样敏感，即使环境中O：增加，其降解活性也不受影响，可通过氧化磷酸化