光合细菌在废水处理中的应用

1、光合细菌在废水处理中的应用利用光合细菌净化高浓度有机费水，是废水生物处理法中的一个新发展。它具有有机物负荷高、占地面积小、投资废用少、动力消耗低、除氮效果好和耐盐能力强等优点，而产生的菌体又有可能作为重要的原料进行综合利用。因此正受到人们重视。光合细菌是一大类在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细菌的总称。目前用于有机废水净化的光合细菌主要是红螺菌种（rhodospirillaceae）中的红假单胞菌属（rhodopseudomonas） 。目前已在人粪尿、家畜粪尿、食品、纤维、皮革、有机化学工业等废水的高负荷处理中获得很高的评价。1 利用光合细菌净化废水的作用原理，六十年代日本科学家观测了高浓度

2、的粪便污水自然放置时的菌数变化见图5-1、5-2。他们发现在bod 值高达 10000 毫克 /升以上的污水中，异氧细菌首先大量繁殖，把高分子的碳水化和物、脂肪、 蛋白质分解， 产生小分子物质、单糖、挥发酸和氨基酸。接着异氧细菌渐渐减少，光合细菌则利用小分子有机物而迅速繁殖，使污水的 bod 值逐渐降低到1000 毫克 /升以下。约二星期后，光合细菌渐渐减少，由活性污泥微生物和绿藻所代替，并进一步把污水净化到bod 值 30 毫克 /升以下。这一发现，揭示了自然界的高浓度有机污水是通过微生物的生态学演替而被净化的。2 利用光合细菌净化废水的方法：一般处理流程如下图61 6 2 63。psb 处

3、理法应用成功的关键在于基质的可溶化和保持处理系统中光合细菌的优势。还要注意加大接种量， 经常补充菌体和适当加入锰、铁等重金属离子，以及尽可能地减少处理过程中的杂菌量。3 试验及运转实例：a)南通发酵厂（ 1987 年）处理柠檬酸发酵废水；b)上海交大俞吉安等（1987）应用光合细菌处理牛粪尿的工艺研究；c)华东师大史家梁等利用光合细菌处理上海粪便污水；d)太原工业大学吴国庆等利用光合细菌处理印染厂废水；e)美国（ 1984）利用猪粪水作为红色硫黄细菌的生长基质，蛋白产率达1.8 克 /升（猪粪水）；f)意大利（ 1987）利用养猪场废水在不同类型光合反应器中，于户外大量培养光合细菌的三年试验结

4、果：六十年代日本微生物学家北村博教授和光合细菌处理法的创始人小林正泰先生在实验室水平做成废水处理的模型，用豆腐工场废水（bod 约 8000ppm）作为处理对象逐渐扩展，处理废水种类增多； 并且先后成功地建立了一批日处理达几十、几百乃至数千吨高浓度有机废水的大中型实用系统，效果良好。再如朝鲜建设处理量600 立方 /日车间， 1981 年春正式开工，原废水bod 为 30000ppm 经处理后流放水bod100ppm 左右。与活性污泥法相比有许多长处，但也有缺点， 一是需要不断的添加新鲜菌体；二是菌体细胞自然沉降困难； 三是有效最终bod 值在 200 毫克 /升左右尚需活性污泥法或培养藻类等

5、方法加以进一步处理。针对上述三个缺点，我国也有许多单位已经研究解决了或正在研究解决，例如固定化培养光合细菌就可以解决不断地添加菌体细胞。五、光合细菌菌体的利用七十年代中期日本京都大学小林达治教授进行了光合细菌菌体作为鱼类饵料，产卵鸡的饲料以及柿子、密柑、西红柿、水稻等使用，不仅产量增加，而且产品质量显著改善；八十年代又研究了低分子的有机物质能被植物直接吸收，并指出连作障碍是由于土壤中有益微生物与有害微生物的不平衡引起的，大量农药、 化肥的施用导致有益微生物密度降低，提出了有机营养、有机栽培的新学说。利用的原理主要是增加有益微生物密度。因为光合细菌具有一定的固氮能力，并能促进与其共生的微生物增殖

6、及浮游生物增殖；利用芳香醇类苯环碳元素作为能源的能力；菌体富含蛋白质、维生素、氨基酸、矿物质、类胡萝卜素以及活性物质；光合细菌新陈代谢是一个微产碱性的系统工程。1 菌体分成见表51、52、 53 和 61、62 a）一般成分及氨基酸的组成b）色素及维生素的含量；色素随着光照强度、co2 浓度、基质种类，以及其它培养条件状况而在明显地变动。维生素含量丰富特别是vb12 含量之多，受人关注。上述组成成分含量均表明光合细菌富含营养物质，b 族维生素的种类及含量不低于酵母，以利于提高存活率、促进生长以及改善品质的良好作用。2作为水产饵料的利用据观测自然界水域中， 当光合细菌生长增多后动物性浮游生物也随

7、之发生增多，有着相关性；光合细菌被浮游生物捕食利用，较之绿藻更具有相当大的增殖力，成为仔鱼丰富的开口饵料，生存率大大增加，几乎很少死亡，体重亦有所增加（见表7） 。再者目前公害中，首先令人苦恼的是池沼中发生的h2s，倘有红色和绿色硫黄细菌，h2s是它们利用的最佳物质，池水得以净化。浙江省上虞县水产养殖场于1991 年使用光合细菌鱼苗成活率可提高5-28%，亩产可提高15-30%，饵料系数下降20-23%。光合细菌添加用量占饵料量的2%的较好的经济效益。江苏吴县水产养殖总场饲养金鱼施用光合细菌（1990-1991 年） ，对其促长、增色、防病均有明显效果，其中使金鱼的转色率提高3 个百分点。中国

8、水产科学院淡水渔业中心于1989-1991 年进行了鱼塘和虾塘试验，均有明显的效果。鱼塘施用：a)以do平均值计净增氧0.5mg/l-0.8mg/l ，增幅达18.0%-28.3% ， cod去除率为26.1%-33.5%，bod 去除率为2.7%-14.7% ，大肠菌群数量下降32.0%-44.6% ，总氮去除率为 21.3%-30.0%，总磷去除率为28%-38% ；b)藻类的结构组成上，光合细菌对有害的兰藻水花种群有明显的控制作用；浮游生物方面主要为原生动物和大型水蚤，而未施用的主要为轮虫等；c)增产和经济效益，增产22.0%-31.8% ，按平均鱼价4 元/kg，计净增效益494 元-

9、876 元/亩。虾塘施用：1990 年 20 亩虾塘共使用光合细菌120kg， 共收获对虾4200kg， 亩产 210kg， 产量提高 121%，平均亩产盈利1725 元，取得显著的经济效益。江苏太湖地区农科所养鳗场1992 年施用光合细菌：a)池水 ph 值均为 8.4 左右呈微碱性；b)溶解氧平均含量达溶氧饱和度的94.12%；c)10 天不换水时化学耗氧量明显递增高达13.44 毫克 /升； d)铵态氮明显上升，最高达到0.935mg/l ；e)亚硝态氮含量减少；f)透明度为30cm. 鳗鱼增重16%、节约用水75%、饵料利用提高22%。厦门生物有限公司自94 年以来光合细菌销量每年10

10、0 吨以上，主要供于厦门漳州、三明及邵武等市郊罗非鱼养殖场，产品取名“罗肥宝”。罗非鱼是这些地方居民餐桌上主要淡水鱼种，市科委说近几年罗非鱼又大又肥可能与施用光合细菌有关。另外山东海洋学院在海水养殖、沈阳农业大学在养螃蟹上施用均有一定的面积，据悉获益匪浅。最近召开的第二届全国海洋与淡水微生物学，第二届全国海洋生物工程学联合学术讨论会总结报告中提及： “光合细菌方面，选育了一些优良菌株，将开发成为饵料和饲料添加剂”。3利用作为畜产饲料光合细菌菌体中有多量维生素及其它活性物质，在产蛋鸡饲料中仅加1/10000，产蛋率就增加 15-20%，在气候不顺的季节，产卵的效果显得尤为显著。其次菌体中类胡萝卜

11、素较多因此能提高卵黄的色度和对照相比卵黄中类胡萝卜素及维生素a 含量提高了20%，因此提高蛋的质量（表8） 。苏州市职业大学分校王应铨、杨雪南、许福康等于1988-1990 年在蛋鸡、肉鸡及鹌鹑应用效果；肉鸡增重9-12%、提高饲料利用7-9%、按 1989 年价格计（鸡价 6 元/kg、饲料 0.9 元/kg、菌液 0.08 元/升）每只鸡多收入0.20 元至 0.51 元，具有较好的经济效益。鹌鹑成活率提高3%-9% ，体重增6%-8%，产蛋重量增4.7%-8.7%。个体比较均匀、羽毛发亮、毛色较深、目光有神、活泼好动。蛋鸡通过126 天产蛋对比，提高产蛋数7.16%、产蛋重 10-13%

12、、饲料报酬10.34-13.06%。上海市新杨种畜场2250 只蛋鸡試验蛋数多3.91 个/只，碎蛋数少1.56 个/只共多 5.47 个/只，蛋重、蛋黄色素、蛋形指数等都达显著。psb 用量： 31-56 日令为 0.4ml/只天， 140-500日令为 0.8ml/只天，可以在广大农村用户和大中型现代鸡场推广应用。4作为有机肥料使用a)用作柿子肥料如表9 所示，不仅产量增加，而且糖度上升，味色都变好，品质极佳b)增强密柑耐儲藏性，栽培的各种温州密柑，12 月 10 日收获果实，施用化肥的自然存放到次年 2 月几乎全部腐烂；而收获前7 月、 8 月、 9 月施用过三次光合细菌悬浮液自然存放到

13、4 月完全不发生腐烂，儲藏力显著增加，可向消费者提供耐儲藏，不腐烂的优质果实。c)西红柿施用后果实增重1034%，维生素b、c 含量增加833%见表 10。d)应用于水稻，表111、112 江苏太湖地区农科所水稻试验：1）促进稻田土壤微生物增殖见图71 放线菌与真菌比值以及固氮菌的增殖2）对稻田土壤nh4-n 的影响见图7 2 促进土壤氮素矿化3）对水稻产量及农艺经济性状的影响见表12 山西农科院报道（1993 年）玉米施用光合细菌增产7.910.3%。中科院沈阳生态所用人参栽培增产12%以上。e)其它方面应用： （色素、产氢、口服液、作为中药剂的防腐剂）日本的光合细菌在基础研究，应用基础研究

14、方面具有较高的水平；对高浓度、 低浓度有机废水的处理， 先后成功地建造了一大批大、中、小性的实用系统；又在农作物、 水产、 蚕桑、果树、蔬菜、食用菌、畜禽、园艺花卉等有着广泛的推广应用。近十多年以来又在产品的升级换代，提高效益，开拓新的研究和应用领域，并向国外拓展。之所以有这样的发展本人认为有几个方面：1）很多高等学校和研究所开展，出了一大批研究成果和研究生，在日本私立的研究所、研究会以及协会各地均有，科研投入大成果多、人才多。2）众多制造商搭桥每个研究单位和每位光合细菌专家周围都有一批制造商相随，一方面需要研究成果；另一方面依据市场情况提出改进产品的设想。3）有一定的群众监督，经过708090 年代的推广应用确有一定的效果，加之“环保法”强力贯彻执行和市场