内聚营养源SRB污泥固定化技术最佳污泥选择的

内聚营养源SRB污泥固定化技术最佳污泥选择的研究摘要：本文以某污水厂的氧化沟污泥和剩余污泥为培养对象，经厌氧驯化成以硫酸盐还原菌（SRB）占优的污泥。在pH值为6.0-7.0，最佳温度为35℃，硫酸盐浓度为4g/L时，剩余污泥固定化小球在反应时间为24h时，Zn(II)的进水浓度为400mg/L时，Zn(II)的去除率达到了100%，而氧化沟污泥固定化小球Zn(II)的去除率只有90%左右；剩余污泥固定化小球在反应时间为8h时，Cd（II）的进水浓度为500mg/L时，Cd（II）的去除率就达到了95％左右，而氧化沟污泥固定化小球Cd(II)的去除率不到80%。实验结果表明剩余污泥是硫酸盐还原菌污泥固定化技术的最佳污泥。

关键字：内聚营养源硫酸盐还原菌(SRB)污泥固定化技术最佳污泥生物法是通过生物有机体或其代谢产物与金属离子之间的相互作用达到净化废水的目的，具有低成本、环境友好等优点，日趋成为世界各国研究的焦点[1]。生物沉淀法主要是利用微生物代谢活动将废水中的重金属转化为水不溶物而去除，所使用的微生物主要以硫酸盐还原菌（SRB）为代表。厌氧条件下的SRB能还原硫酸盐，将硫酸根转化为硫氢根离子，使重金属生成不溶的金属硫化物沉淀而去除。同时，SRB具有处理重金属种类多、处理彻底、处理潜力大等特点[2]，在矿山酸性废水、电镀废水的治理方面得到了应用。El等人[3]利用SRB处理矿山酸性废水（AMD），能100％去除废水中的多种金属离子。国内中科院成都微生物[4]利用从电镀污泥、废水及下水道分离筛选出的高效净化铬SR复合功能菌，处理了电镀含铬废水。固定化微生物技术[5-9]使得微生物经固定化后，对有毒物质的承受能力及降解能力都有明显提高[10]，这项技术在实际应用中已很广泛。“内聚营养源SRB污泥固定化技术处理重金属废水的研究”（国家自然科学基金的资助NO：50508044）这项技术就是将微生物技术和固定化技术相结合以达到更好的处理效果，其中硫酸盐还原菌(SRB)污泥固定化技术[11,12]是将SRB被包裹在微生物絮体(或颗粒)内，使SRB不易游离分散，用以来处理废水，可以减少出水COD偏高，对重金属离子的毒害等负面影响。在此基础上，为了技术的完善性和准确性，选择最佳的污泥作为固定化的前提条件尤显重要。本文通过对氧化沟污泥和剩余污泥在Postgate’sC培养基[13]中进行厌氧改性培养，成功获得了富含SRB的改性活性污泥。采用MPN法[14]分析改性活性污泥过程中微生物组成及分布比例的变化，更好地解释了硫酸盐还原菌(SRB)与产甲烷菌(MPB)相互竞争营养源的过程。同时，采用固定化技术包埋污泥小球，并探讨了不同污泥小球还原硫酸根能力的不同，处理含锌含镉废水效果的不同来确定了最佳污泥。实验研究方法1.1实验原料污泥：以长沙市某污水厂氧化沟污泥和剩余污泥，将氧化沟段的活性污泥自然沉降浓缩，去除杂质及表面悬浮物。剩余活性污泥经250目的筛子过滤，去除其颗粒物和杂质以备用。培养基：硫酸盐还原菌(Postgate’sCmedium){EMBEDEquation.3}0.5g/L；{EMBEDEquation.3}1.0g/L；{EMBEDEquation.3}0.06g/L；{EMBEDEquation.3}1.0g/L；{EMBEDEquation.3}0.01g/L；{EMBEDEquation.3}4.5g/L；{EMBEDEquation.3}0.06g/L；柠檬酸钠0.3g/L；乳酸钠3.5g/L；酵母浸膏1.0g/L；pH=7。废水：自配模拟不同浓度的硫酸盐废水和含锌含镉废水。1.2实验方法（1）污泥的厌氧培养驯化：将实验污泥加入SRB专属一体培养基（Postgate’sC型培养基），密封后通入氮气30min以排出水体和瓶中的残余氧气。然后将污泥瓶放入生化培养箱中37±1℃恒温培养7天。（2）硫酸盐还原菌的观察：将硫酸盐还原菌标本制样，采用显微镜观察拍照。（3）微生物的计数：三管最大可能数法（MPN）[14]1.3分析方法（1）硫酸盐的测定：铬酸钡分光光度法[15]，波长为420nm。（2）重金属锌镉离子含量的测定：原子吸收分光光度法[16]2结果与讨论2.1厌氧污泥体系微生物的分布将氧化沟污泥和剩余污泥经Postgate’sC培养基厌氧驯化后，污泥菌群中主要存在三类细菌[17]：硫酸盐还原菌(SRB)、产甲烷菌(MPB)、发酵细菌(leavening)，通过MPN法测得其微生物分布。污泥经厌氧驯化后，使硫酸盐还原菌(SRB)占优，在进水约为3g/l硫酸盐废水的过程中，COD/SO42-＜1.7[18],硫酸盐还原菌生长占优，有起初的优势，这种优势将一直保持。在48小时后，硫酸盐还原菌的对数达到11.8，随后数量减少；而发酵细菌(leavening)的对数在6附近徘徊，产甲烷菌(MPB)在与硫酸盐还原菌竞争营养源过程中，严重受到抑制。硫酸盐还原菌经驯化后已开始就处于对数增长，随之达到稳定期，随后因为营养源的消耗，硫酸盐还原菌受抑制，数量减少。所以在驯化培养中应补足充分的营养源，使硫酸盐还原菌一直占优，为以后的实验打下坚实的基础。氧化沟污泥和剩余污泥经培养驯化后的显微镜照片，可见污泥都成絮凝状态，氧化沟污泥中的菌胶团聚集比较分散，大量的细菌都清晰可见。污泥在驯化改性的过程中，多种微生物菌群交织生长，胶团菌附着其上形成新生污泥，新生污泥逐渐成熟形成条状、网状污泥,形成更大的污泥絮凝体，表面多孔，更加有利于对细菌的吸附。剩余污泥中的颗粒污泥粒径基本稳定，形成稳定菌群。2.2不同污泥培养驯化过程SRB对硫酸盐的还原作用采用不同的污泥（氧化沟污泥和剩余污泥）在37±1℃的生化培养箱中加入Postgate’sC培养基培养驯化，每天取样测其硫酸根离子的浓度。在37±1℃的生化培养箱中，SRB污泥经7天时间的培养驯化，在相同的条件下，剩余污泥的硫酸盐浓度由4.75g/L降到1.25g/L左右，氧化沟污泥的硫酸盐浓度由4.5g/L左右下降到2.5g/L左右。两种污泥中硫酸盐都不断的被还原，剩余污泥能把硫酸盐浓度降到最低，其还原硫酸根离子的能力明显高于氧化沟污泥。2.3不同污泥固定化小球☆还原硫酸根离子能力比较温度的影响把经培养驯化好的剩余污泥和氧化沟污泥按固定化包埋方法[19]制成固定化污泥小球，小球经交联，熟化，内聚营养源，激活后进行还原硫酸盐的实验[20]。进水的初始浓度4g/L，固定化污泥小球取10g，进水为100ml，pH值为6.0-7.0，在不同温度的恒温振荡水浴摇床中进行实验。降到1.0g/L左右，在20℃、30℃时都达不到这样的效果，只能将硫酸盐由4.0g/L还原到1.5g/L左右，氧化沟污泥还原硫酸盐的能力比剩余污泥要弱。由图7、图8、图9得出剩余污泥还原的最佳温度为35℃，内聚营养源污泥固定化小球所用污泥选择剩余污泥。进水初始浓度的影响从前面不同的温度考察实验可知，在温度为35℃时无论是剩余污泥还是氧化沟污泥所得的固定化小球还原硫酸盐的能力都是最好的。故以下的实验采用的温度为35℃，固定化污泥小球取10g，进水取100mL，pH值为6.0-7.0，在恒温振荡水浴摇床中进行实验，每天按时取样。可以看出氧化沟污泥固定化小球在5天时间内对硫酸盐的去除率最高也不到80%，其中1g/L的硫酸盐进水时，去除率可达70%以上，2g/L，3g/L，4g/L的硫酸盐进水时硫酸盐的去除率都低于70%。从图11可看到剩余污泥固定化小球对硫酸盐的去除率在进水硫酸盐为1g/L时可以达到80%以上。总的来看是小球质量固定，在35℃时进水的硫酸盐浓度越低去除率越高。考虑本项目要求高浓度硫酸盐来繁殖硫酸盐还原菌，为后面的重金属去除打好基础，选择4.0g/L硫酸盐进水浓度。2.4不同污泥SRB固定化小球处理高浓度重金属废水的效果含锌废水用硫酸盐还原菌处理含锌废水的研究已比较广泛[21],但把SRB固定化用以来处理高浓度含锌废水的研究甚少。本实验研究基于此基础上进行的。采用250mL的锥型瓶若干，进水废水为100mL，不同污泥固定化小球为10g，在温度为35℃，pH值为6.0-7.0，在恒温振荡水浴摇床中进行高浓度含锌废水处理的实验。在同等实验条件下，氧化沟污泥SRB固定化小球在进水浓度为400mg/L，时间为24h时，Zn(II)的去除率能达到90%以上，在进水浓度为600mg/L，800mg/L，..1000mg/L时，Zn(II)去除率都低于90%。剩余污泥SRB固定化小球在进水浓为400mg/L，600mg/L，800mg/L，1000mg/L时，Zn(II)的去除率能达到90%以上，在反应时间为12h，进水浓度为400mg/L时去除率就达到了90％以上，在反应时间为24h时，进水浓度为400mg/L时Zn(II)的去除率达到了100%。由以上的结果可知，剩余污泥的内聚营养源SRB固定化小球处理高浓度含锌废水比氧化沟污泥内聚营养源SRB固定化小球的处理效果要好，去除率要高。含镉废水采用250mL的锥型瓶若干，进水废水为100mL，不同污泥固定化小球为10g，温度为35℃，pH值为6.0-6.5，在恒温振荡水浴摇床中进行含镉废水处理的实验。氧化沟污泥SRB固定化小球处理含镉废水在反应时间为8h时，进水浓度为200mg/L，Cd（II）的去除率达90%以上，而在进水浓度为300mg/L、400mg/L、500mg/L时Cd（II）的去除率在80％左右。在反应时间为16h，不同的进水浓度为200mg/L、300mg/L、400mg/L、500mg/L时Cd（II）的去除率都达95％左右。剩余污泥SRB固定化小球处理含镉废水在反应时间为4h，进水浓度为200mg/L时，Cd（II）的去除率就达到了85％以上，之后随时间的增长，去除率一直上升，在反应时间为16h时Cd（II）的去除率就达到了98％左右。在反应时间8h时，进水浓度为200mg/L、500mg/L时，Cd（II）..的去除率就达到了95％以上，进水浓度为300mg/L、400mg/L时，Cd（II）的去除率达到了85％左右。剩余污泥固定化小球在反应时间为8h时，Cd（II）的进水浓度为500mg/时Cd（II）的去除率就达到了95％左右，而氧化沟污泥固定化小球Cd(II)的去除率不到80%。从以上的图14，图15可知，剩余污泥的内聚营养源SRB固定化小球处理高浓度含镉废水比氧化沟污泥内聚营养源SRB固定化小球的处理效果要好，去除率要高。3结论1）通过在氧化沟污泥和剩余污泥中加入Postgate’sC培养基，在厌氧条件下驯化培养出以硫酸盐还原菌(SRB)占优的菌群，在进水约为3g/l硫酸盐废水的过程中，COD/SO42-＜1.7,硫酸盐还原菌生长占优，有起初的优势，这种优势将一直保持。考察了氧化沟污泥和剩余污泥厌氧体系微生物的分布，发现剩余污泥中硫酸盐还原菌的数目多于氧化沟污泥。2）在37±1℃的生化培养箱中经7天时间的培养驯化，在相同的条件下，剩余污泥的硫酸盐浓度由4.75g/L降到1.25g/L左右，而氧化沟污泥的硫酸盐浓度由4.5g/L只能下降到2.5g/L左右。3）在pH值为6.0-7.0时，考察不同的温度不同的进水初始浓度，比较剩余污泥固定化小球和氧化沟污泥固定