康小虎，曾小英，李師翁

(蘭州交通大學(xué) 化學(xué)與生物工程學(xué)院 甘肅省極端環(huán)境微生物資源與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730070)

?

乳制品工業(yè)廢水生物處理工藝中微生物群落研究進(jìn)展

康小虎，曾小英，李師翁

(蘭州交通大學(xué) 化學(xué)與生物工程學(xué)院 甘肅省極端環(huán)境微生物資源與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730070)

乳制品工業(yè)廢水有機(jī)物含量高、可生化性好、容易被微生物分解利用，因此生物處理是目前乳制品工業(yè)廢水處理中應(yīng)用最為廣泛的工藝技術(shù)。而微生物是乳制品廢水污染物的主要降解者，是影響廢水處理效率的最關(guān)鍵因素。為提高廢水生物處理效率，綜述了乳制品工業(yè)廢水生物處理中好氧、厭氧和生物強(qiáng)化的微生物群落組成及生物強(qiáng)化工藝在乳制品廢水處理的應(yīng)用現(xiàn)狀，探討了微生物群落結(jié)構(gòu)組成與乳制品廢水處理效率之間的關(guān)系，為優(yōu)化乳制品工業(yè)廢水生物處理工藝條件和運(yùn)行參數(shù)提供參考依據(jù)。

乳制品工業(yè)廢水; 生物處理; 微生物群落; 生物強(qiáng)化

乳制品工業(yè)廢水是在乳制品加工過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢水，主要包括洗滌廢水和產(chǎn)品加工廢水。隨著乳制品產(chǎn)量的快速增長，產(chǎn)生的廢水也是逐年快速增加。1995年，我國全年乳制品產(chǎn)量約52.8萬t，而2012年僅11月產(chǎn)量就達(dá)到245.8萬t，前11個(gè)月的產(chǎn)量達(dá)2289.1 萬t[1-2]，所產(chǎn)生的廢水成為食品工業(yè)廢水的最大來源[3]。通常，乳制品廢水富含蛋白質(zhì)、脂肪、乳糖和碳水化合物，還含有一些化學(xué)洗滌劑、消毒劑等污染成分。其中脂肪、乳糖和蛋白質(zhì)濃度范圍分別為35～500 mg/L，250～930 mg/L和210～560 mg/L，總氮含量(TN)15～180 mg/L，總磷(TP)12～132 mg/L，化學(xué)需氧量(COD)80～95 000 mg/L、生物需氧量(BOD)40～48 000 mg/L，總懸浮固體顆粒物(TSS)24～4500 mg/L[4-5]。乳制品廢水中有機(jī)物含量高，水質(zhì)波動(dòng)范圍大，其中乳糖是廢水中主要固體有機(jī)物，也是各污染物的主要貢獻(xiàn)者。而且，乳制品廢水BOD/COD比值大于0.5，可生化性好，很容易被微生物分解利用[6]。因此，生物處理工藝是目前乳制品廢水處理中應(yīng)用最廣泛的工藝技術(shù)，而微生物菌群結(jié)構(gòu)則在工藝中發(fā)揮著核心作用。但由于不同來源的乳制品廢水在污染物組分及其降解特性等方面的差異性，廢水和污泥中的優(yōu)勢微生物群落結(jié)構(gòu)也是多種多樣，差異巨大。因此針對(duì)乳制品主要污染物在生物處理中的微生物群落結(jié)構(gòu)及其菌劑在生物強(qiáng)化的應(yīng)用效果研究具有很大的工程實(shí)踐指導(dǎo)意義。

1 乳制品工業(yè)廢水生物處理工藝中微生物群落研究

1.1 好氧處理工藝中微生物群落

傳統(tǒng)乳制品廢水好氧處理工藝有活性污泥法、滴濾池法、曝氣氧化塘法或幾種方法聯(lián)合使用[7]。這些方法都是利用乳制品工業(yè)廢水中土著微生物種群或添加人工分離篩選的混合微生物菌劑降解廢水中的脂肪、蛋白質(zhì)和乳糖等主要污染物。目前，乳制品廢水處理過程中厭氧微生物研究報(bào)道較多，好氧微生物研究報(bào)道較少。近年來有研究人員嘗試從不同來源乳制品廢水及不同工藝處理系統(tǒng)中分離到能高效降解特異污染物的微生物種群，以研制成商業(yè)化的專屬降解乳制品廢水微生物復(fù)合菌劑，取得了一些研究成果。Kosseva 等[8]從奶酪乳清廢水處理系統(tǒng)中分離到鏈霉菌(Streptomyces)、乳酸酵母(Saccharomyceslactis)及芽孢桿菌(Bacillus)，用以降解奶酪乳清，取得了很好效果。Rajeshkumar等[9]從乳制品廢水處理系統(tǒng)中分離到好氧及兼性微生物種屬，包括芽孢乳桿菌屬(Sporolactobacillus)、檸檬酸桿菌屬(Citrobacter)、產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes)、芽孢桿菌屬(Bacillus)、兼性葡萄球菌屬(Staphylococcus)、假單胞菌屬(Pseudomonas)及變形桿菌屬(Proteus)。在這些分離到的細(xì)菌屬當(dāng)中，產(chǎn)堿桿菌菌株MMRR_7對(duì)COD去除率最大，經(jīng)5 d處理后達(dá)到91%。Loporena等[10]從模擬乳制品廢水處理系統(tǒng)中分離出8株可穩(wěn)定高效降解牛奶脂肪和蛋白質(zhì)的野生菌株，分屬于芽孢桿菌屬、假單胞菌和不動(dòng)桿菌屬。芽孢桿菌屬細(xì)菌主要是通過自身產(chǎn)生的蛋白水解酶降解污染物中的蛋白質(zhì)，其蛋白質(zhì)降解率為47%～87%，COD去除率為34%～57%；假單胞菌菌株蛋白降解率和COD去除率都相對(duì)較低，分別為17%～19%和26%～31%；不動(dòng)桿菌屬菌株雖無蛋白水解活性和脂肪降解活性，但是能夠在乳制品廢水中生長，COD去除貢獻(xiàn)率能達(dá)到33%，說明它是通過自身合成代謝利用了廢水中大量有機(jī)污染物。同時(shí)也說明在這8種菌株為主的優(yōu)勢菌群中有的菌株的降解性能并不突出，但是和其他菌株的聯(lián)合作用可使70%～80%COD得到去除，對(duì)COD去除率貢獻(xiàn)很大。而其他非優(yōu)勢菌群的少數(shù)菌株的作用可能是通過轉(zhuǎn)化復(fù)雜污染物為小分子化合物，以便于其他微生物的同化利用，但是這少數(shù)菌株的作用是同樣重要和不可或缺的。

Shivsharan等[11]從乳制品廢水中分離到乳酸菌(Lactobacillus)、芽孢桿菌(Bacillus)、葡萄球菌(Staphylococcus)、腸球菌(Enterococcus)和李斯特菌(Listeria)等。這些細(xì)菌能有效利用硝酸鹽、淀粉、明膠、蔗糖、麥芽糖和乳糖等污染物，是降解乳制品廢水中主要微生物群落，可以有效地應(yīng)用在乳制品廢水的生物處理中。Mazzucotelli等[12]從好氧處理系統(tǒng)中篩選到了芽孢桿菌(Bacillus)、沙雷氏菌(Serratia)、乳球菌(Lactococcus)、腸球菌(Enterococcus)、寡養(yǎng)單胞菌(Stenotrophomonas)、克雷伯氏菌(Klebsiella)和埃希氏桿菌屬(Escherichia)等11種脂肪、蛋白降解菌。以COD去除率為依據(jù)，選擇了其中4株格氏乳球菌(Lactococcusgarvieae)、蘇云金芽孢桿菌(Bacillusthuringiensis)、大腸桿菌(Escherichiacoli.)和寡養(yǎng)單胞菌(Stenotrophomonassp.)作為乳制品廢水處理添加菌劑，降解效率在24 h、48 h分別達(dá)到了80.67%和83.44%，顯著提高了降解效率。Djelal和Amrane[13]從乳制品廢水生物處理反應(yīng)器中分離到3種絲狀真菌：黑曲霉(Aspergillusniger)，凍土毛霉(Mucorhiemalis)和白地霉(Galactomycesgeotrichum)。這3種菌相互協(xié)調(diào)，互為補(bǔ)充，其培養(yǎng)物可有效降解脂肪和油脂。研究證明這3種真菌在乳制品廢水中能快速生長，COD去除量從55%提高至75%，COD去除率大幅度升高。顯然，這3種真菌在乳制品廢水中既不是建群種，也不是優(yōu)勢菌群，但對(duì)廢水的處理效果的強(qiáng)化作用是明顯的，這也說明了這些少數(shù)菌群在乳制品廢水中有其適當(dāng)?shù)纳鷳B(tài)位，能和其他優(yōu)勢菌群互利共存，協(xié)同降解污染物。另外，據(jù)蘇俊峰等[14]研究認(rèn)為好氧反硝化細(xì)菌對(duì)環(huán)境有很強(qiáng)的適應(yīng)能力,在反應(yīng)器中可動(dòng)態(tài)演替成為優(yōu)勢菌群,總氮去除率達(dá)到90%以上。因此，針對(duì)目前乳制品廢水中氮磷去除率較低的問題，可從乳制品廢水處理系統(tǒng)中選育出適應(yīng)能力強(qiáng)的土著好氧反硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌，并結(jié)合微生物固定化技術(shù)提高生物強(qiáng)化效果，達(dá)到氮磷的完全去除，進(jìn)一步提高乳制品廢水處理效果。

從上述不同研究者的研究結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，乳制品工業(yè)廢水中微生物群落組成因廢水來源、處理工藝的不同而表現(xiàn)出顯著的多樣性和復(fù)雜性。但其中的野生好氧優(yōu)勢群落以芽孢桿菌屬、梭菌屬、假單胞菌屬和微球菌屬等硝化細(xì)菌最為常見。它們大多具備高效降解蛋白質(zhì)和脂肪的特性，明顯提高了廢水COD去除率，是生物強(qiáng)化工藝中良好的微生物添加菌劑。另一方面，其他少數(shù)群落和這些優(yōu)勢群落互利共生、相輔相成，協(xié)同降解污染物，它們的作用是同等重要和不可忽視的。它們通過與優(yōu)勢菌群的共代謝作用為優(yōu)勢菌群作用的發(fā)揮創(chuàng)造了條件，同樣是COD去除的貢獻(xiàn)者。但是系統(tǒng)中全部的微生物群落組成尚無研究報(bào)道，還需要進(jìn)一步分析。

1.2 厭氧處理工藝微生物群落

乳制品工業(yè)廢水的厭氧處理系統(tǒng)中微生物群落非常復(fù)雜，對(duì)其中的微生物群落結(jié)構(gòu)組成尚無明晰的研究結(jié)論，只在近十多年里才對(duì)該系統(tǒng)中微生物群落有了更多的研究報(bào)道，取得了一些研究進(jìn)展。Ahring[15]在乳制品廢水厭氧活性污泥中發(fā)現(xiàn)了真細(xì)菌和古菌兩大類微生物。其中真細(xì)菌可分20個(gè)門，涵蓋了細(xì)菌中的變形菌門(Proteobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、綠彎菌門(Chloroflexi)、螺旋體門(Spirochaetes)和擬桿菌門(Bacteroidete)等。古菌包括5個(gè)綱，包括甲烷微菌綱(Methanomicrobia)、甲烷桿菌綱(Methanobacteria)和熱原體綱(Thermoplasmata)等。隨著分子生物學(xué)技術(shù)和基因測序方法在環(huán)境微生物多樣性研究工作中的廣泛應(yīng)用，研究者對(duì)其中微生物群落結(jié)構(gòu)的研究更為全面、詳盡和深入。Lee等[16]將厭氧消化微生物分為三大群落，分別是水解細(xì)菌、同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌。Venetsaneas 等[17]研究認(rèn)為乳制品廢水處理系統(tǒng)中的微生物菌群可分為4大菌群。

第1類是水解細(xì)菌，此類細(xì)菌可將復(fù)雜有機(jī)化合物如蛋白質(zhì)、碳水化合物和油脂降解為簡單的有機(jī)酸、醇類、CO2和H2。通常，乳制品廢水處理系統(tǒng)中的水解細(xì)菌有乳酸菌(Lactobacillus)、真桿菌(Eubacterium)、梭狀芽胞桿菌(Clostridium)、大腸桿菌(Escherichiacoli.)、梭菌屬(Fusobacterium)、擬桿菌(Bacteroides)、明串珠菌(Leuconostoc)和克雷白氏桿菌(Klebsiell)等。其中擬桿菌、梭狀芽胞桿菌及真桿菌是嚴(yán)格厭氧的。這些水解菌根據(jù)其主要功能可分為蛋白質(zhì)水解菌和油脂水解菌。蛋白質(zhì)水解菌是革蘭氏陽性菌，包括擬桿菌，丁酸弧菌屬(Butyrivibrio)，梭菌屬(Fusobacterium)，月形單胞菌屬(Selenomonas)和乳酸菌，梭狀芽胞桿菌為其優(yōu)勢菌群。油脂水解菌產(chǎn)生的脂肪酶將油脂水解為甘油和長鏈游離脂肪酸，發(fā)揮主要作用的有梭狀芽胞桿菌、微球菌(Micrococci)[18]。

第2類是產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌(hydrogen-producing acetogens,HPA)，HPA是將小分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化碳、氫氣和乙酸等，并產(chǎn)生能源合成自身細(xì)胞的一類厭氧菌，可分為丙酸降解菌和丁酸降解菌兩類。丙酸降解菌分屬互營桿菌屬(Syntrophobacter)、史密斯氏菌屬(Smithella)和消化腸狀菌屬(Pelotomaculum)。它們均都能把丙酸氧化成乙酸和CO2。丁酸降解菌是屬于單胞菌科(Syntrophomonadaceae)和互營桿菌目(Syntrophobacterale)，分屬互營單胞菌屬(Syntrophomonas)、互營生孢菌屬(Syntrophospora)和互營嗜熱菌屬(Syntrophothermus)。丁酸降解菌是通過β氧化作用降解污染物的，在純培養(yǎng)條件下無法利用其他底物或電子受體[19]。劉敏等[20]利用CSTR反應(yīng)器進(jìn)行了牛奶廢水厭氧酸化實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明牛奶廢水的厭氧水解酸化過程表現(xiàn)為丁酸型發(fā)酵，蛋白質(zhì)水解為氨基酸是蛋白質(zhì)類物質(zhì)厭氧處理的限速步驟。所以，在蛋白質(zhì)含量高的有機(jī)廢水處理系統(tǒng)中，單胞菌科和互營桿菌目的菌株是較為常見的優(yōu)勢群落。

第3類是同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌，該菌可利用的底物以二氧化碳和氫氣為主，產(chǎn)物為乙酸，主要代謝途徑為乙酰輔酶A途徑。在乳制品廢水中，同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌將H2、CO2、有機(jī)酸、醇類及碳水化合物轉(zhuǎn)化為乙酸分子。目前已從不同生境中分離到100多株同型產(chǎn)乙酸菌，分屬于22個(gè)屬。其中醋酸桿菌屬(Acetobacterium)和梭狀芽胞桿菌屬是同型產(chǎn)乙酸菌中最為常見的兩個(gè)屬[19]。

第4類是產(chǎn)甲烷古菌，能夠利用細(xì)菌的分解產(chǎn)物(乙酸、H2和CO2等)生產(chǎn)甲烷。到目前為止，產(chǎn)甲烷菌的研究最為詳盡，已分離鑒定的有200多種，分屬于3個(gè)綱6個(gè)目，分別為：甲烷桿菌目(Methanobacteriales)、甲烷球菌目(Methanococcales)、甲烷微菌目(Methanomicrobiales)、甲烷八疊球菌目(Methanosarcinales)、甲烷火菌目(Methanopyrales)和甲烷胞菌目(Methanocellales)[21]。乳制品廢水厭氧處理工藝中，產(chǎn)甲烷球菌屬(Methanococcus)是反應(yīng)器中的優(yōu)勢菌群，其中鬃毛甲烷菌(Methanosaeta)和類似甲烷八疊球菌(Methanosarcina)表現(xiàn)出很高的降解乙酸活性，并且和甲烷的最終生成量密切相關(guān)[22]。Lee等[16]研究也認(rèn)為甲烷生成量與上述各類微生物群落組成及其相互作用密切相關(guān)，而且在甲烷生成過程中，水解細(xì)菌、產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌都發(fā)揮著同等重要的作用，且不同微生物菌群之間須保持適合的生態(tài)位和微生態(tài)平衡，否則會(huì)導(dǎo)致甲烷生成量減少和工藝失敗。另外，油脂對(duì)厭氧消化反應(yīng)有阻礙作用，造成了厭氧反應(yīng)停滯期，主要原因是不飽和游離脂肪酸的積累[23]。為解決這個(gè)問題，Cirne 等[24]將分解脂肪菌株梭狀芽胞桿菌應(yīng)用在高脂肪廢水處理中，明顯提高了污染物的降解利用效率及甲烷產(chǎn)率。這些在厭氧處理工藝中存在的微生物菌群的發(fā)現(xiàn)鑒定及乳制品廢水中污染物降解的研究無疑對(duì)提高乳制品廢水處理效率很有幫助，同時(shí)也對(duì)在厭氧工藝中采用生物強(qiáng)化技術(shù)有一定的指導(dǎo)意義。

1.3 生物強(qiáng)化工藝中的微生物群落

生物強(qiáng)化(bioaugmentation)是指在生物處理系統(tǒng)中，通過投加從自然界中篩選的高效菌株或通過基因工程構(gòu)建的具有特定功能的高效菌株、營養(yǎng)物或基質(zhì)類似物，以提高系統(tǒng)對(duì)特定污染物的降解能力及降解速率[25-26]。Irina和Topalova[27]在研究了微生物馴化、固定化和直接投加微生物菌劑3種生物強(qiáng)化方法在乳制品廢水中的應(yīng)用效果后，認(rèn)為直接添加微生物菌劑對(duì)乳制品廢水降解效率的提高幅度較小，僅為9%，而微生物馴化、固定化工藝卻提高了67%。原因可能是微生物馴化、固定化工藝中微生物適應(yīng)性更好，代謝速率和產(chǎn)酶水平較高，而直接投加的微生物菌劑容易流失，不能在短時(shí)間內(nèi)自適應(yīng)并繁育成為主要菌群。因此，微生物馴化、固定化工藝是乳制品廢水生物強(qiáng)化處理中最有效的兩種生物強(qiáng)化工藝。目前，生物強(qiáng)化工藝已是許多難降解污染物處理中所采用的重要工藝，也是目前污染治理領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)。從目前的研究結(jié)果來看，針對(duì)乳制品廢水中的脂肪、乳糖和蛋白質(zhì)等主要污染物，投加的高效菌株在乳制品廢水生物強(qiáng)化處理中的自適應(yīng)及其對(duì)污染物的去除效率方面的表現(xiàn)可從兩個(gè)方面進(jìn)行討論。

一方面，投加的微生物菌劑明顯增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)污染物降解能力，提高了COD去除率。Mazzucotelli等[12]以格氏乳球菌(Lactococcusgarvieae)、蘇云金芽孢桿菌(Bacillusthuringiensis)、大腸桿菌(Escherichiacoli.)和寡養(yǎng)單胞菌(Stenotrophomonassp.)作為乳制品廢水生物強(qiáng)化投加的微生物菌劑，降解效率在24 h、48 h分別達(dá)到了80.67 %和 83.44%，顯著提高了降解效率。Djelal等[13]通過添加3種絲狀真菌(尼日爾曲霉、毛霉冬令和白地霉)組成的微生物菌劑強(qiáng)化乳制品廢水活性污泥中的內(nèi)生微生物，處理結(jié)果證實(shí)，在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模和工業(yè)化規(guī)模中，這種真菌菌劑均能將COD去除率從55%提高至75%，同時(shí)也提高了難以生物降解物質(zhì)的降解效率。

另一方面，由于微生物菌劑菌群結(jié)構(gòu)的差異、污水水質(zhì)、水量的波動(dòng)及環(huán)境條件的不同，在生物強(qiáng)化工藝中的使用效果也不盡相同。Loperena等[10]從乳制品廢水處理系統(tǒng)分離出8種乳脂或乳蛋白水解菌，分屬芽孢桿菌屬、假單胞菌屬和不動(dòng)桿菌屬。這8種微生物菌劑和商品化的生物強(qiáng)化菌劑相比，COD去除率相近(分別為57% 和 63%)，但蛋白質(zhì)去除率(分別為93% 和 54%)和脂類去除率(分別為75% 和 38%)更高。Garcha等[28]研究了從乳制品廢水處理系統(tǒng)中分離的微生物組成復(fù)合菌劑Ⅰ(由酵母菌組成)和復(fù)合菌劑Ⅱ(由酵母和細(xì)菌組成)。菌劑Ⅰ在中性至弱堿性(pH 7～8)、30℃環(huán)境中表現(xiàn)最好，BOD去除率可達(dá)65%。菌劑Ⅱ在中性(pH 7)、37℃環(huán)境中表現(xiàn)最佳，BOD去除率可達(dá)76%。該研究結(jié)果說明菌劑的處理效率與污水水質(zhì)、pH值、溫度的變化密切相關(guān)，而且投加的微生物菌劑的存活率較低，需要連續(xù)投加。Loperena等[29]對(duì)比了商品微生物菌劑和活性污泥培養(yǎng)物在好氧降解乳制品廢水中的表現(xiàn)。結(jié)果表明投加活性污泥的處理系統(tǒng)其群落結(jié)構(gòu)多樣性及污染物降解速率均高于投加微生物菌劑的系統(tǒng)，而生物強(qiáng)化菌劑的優(yōu)勢地位逐漸被土著微生物所取代。

綜上所述，乳制品廢水污染物去除率與生物強(qiáng)化所投加的高效菌株的適應(yīng)性及微生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)。微生物菌劑只有與營養(yǎng)條件及環(huán)境條件達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，才能表現(xiàn)出最佳的降解效果。由于污染環(huán)境及污染物的特殊性，商品化的菌劑并不一定能達(dá)到良好的處理效果，需要進(jìn)行多次選擇馴化或周期性投加生物菌劑來達(dá)到較高的處理效果。同時(shí)還需要掌握強(qiáng)化菌劑對(duì)特定污染物的降解能力、污染物的波動(dòng)情況以及現(xiàn)場環(huán)境條件，才有可能發(fā)揮菌劑的最佳效能[30]。

2 結(jié)論

總之，乳制品廢水生物處理中微生物群落復(fù)雜多變，不同來源、不同處理工藝及不同環(huán)境條件下廢水中的微生物群落組成差異明顯。其中好氧優(yōu)勢微生物群落以芽孢桿菌屬、梭菌屬、假單胞菌屬和微球菌屬等硝化細(xì)菌最為常見。厭氧微生物群落更為復(fù)雜，可分為水解細(xì)菌、產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌，以產(chǎn)甲烷菌為優(yōu)勢菌群。這些優(yōu)勢菌群在乳制品廢水污染物降解過程中發(fā)揮著不可替代的核心作用，和其他少數(shù)微生物群落一起互利共生、協(xié)同配合、共同完成污染物的有效降解。但目前對(duì)好氧/厭氧處理系統(tǒng)中微生物菌群在分子水平上更為詳細(xì)的研究還未見報(bào)道，對(duì)其中的微生物菌群協(xié)同降解污染物的機(jī)制也未見討論。另外，生物強(qiáng)化工藝在乳制品廢水處理中的應(yīng)用研究結(jié)果顯示，微生物馴化、固定化工藝是乳制品廢水生物強(qiáng)化較有效方法。生物強(qiáng)化工藝中所投加的微生物菌劑明顯增強(qiáng)了污染物的降解能力，提高了COD去除率。但微生物菌劑的處理效率與污水水質(zhì)、pH值、溫度的變化密切相關(guān)，投加的微生物菌劑的存活率較低時(shí)需要連續(xù)投加。由此可見，微生物菌劑只有與營養(yǎng)條件及環(huán)境條件達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，才能表現(xiàn)出最佳的降解效果。所以，生物強(qiáng)化的效果主要取決于投加的高效菌株和原系統(tǒng)中的微生物種群之間能否形成協(xié)同代謝的生態(tài)關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)不同功能菌屬的生態(tài)位分離。

[1]魏傳立，王福林.我國乳制品業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2010,32(1):241-244.

[2]張朔望，范云琳，邵明君，等.2012年11～12月份中國奶業(yè)生產(chǎn)情況淺析[J].中國奶牛，2013(2):11-15.

[3]FARIZOGLU B,UZUNER S.The investigation of dairy industry wastewater treatment in a biological high performance membrane system[J].Biochemical Engineering Journal,2011,57(15):46-54.

[4]LALMAN J A,KOMJAROVA I,JING N.Lactose fermentation in the presence of C18 fatty acids[J].J Chem Technol Biotechnol,2004,79(11):1259-1267.

[5]蔣路漫，黃翔峰.乳制品工業(yè)廢水處理技術(shù)進(jìn)展[J]，凈水技術(shù)，2008，27(6)：11-16.

[6]劉 寅，杜 兵，曹建平，等．乳制品廢水處理工藝選擇與工程設(shè)計(jì)[J].給水排水，2011，37( 10) : 61-64.

[7]CARTA-ESCOBAR F,PEREDA-MARIN J,ALVAREZ-MATEOS P,et al.Aerobic purification of dairy wastewater in continuous regime.Part I: Analysis of the biodegradation process in two reactor configurations[J].Biochemical Engineering Journal,2004,21(2): 183-191.

[8]KOSSEVA M R,KENT C A,LLOYD D R.Thermophilic bioremediation strategies for a dairy waste[J].Biochemical Engineering Journal,2003,15(2): 125-130.

[9]RAJESHKUMAR K,JAYACHANDRAN K.Treatment of dairy wastewater using a selected bacterial isolate,Alcaligenessp.MMRR7[J].Appl Biochem Biotechnol,2004,118 (1-3),65-72.

[10]LOPERENA L,FERRARI M D,DAZ A L.Isolation and selection of native microorganisms for the aerobic treatment of simulated dairy wastewaters[J].Bioresource Technology,2009,100(5):1762-1766.

[11]SHIVSHARAN V,WANI M,KHETMALAS M B.Isolation of microorganisms from dairy effluent[J].British Microbiology Research Journal,2013,3(3): 346-354.

[12]MAZZUCOTELLI C A,DURRUTY I,KOTLAR C E,et al.Development of a microbial consortium for dairy wastewater treatment[J].Biotechnology and Bioprocess Engineering,2014,19(2): 221-230.

[13]DJELAL H,AMRANE A.Biodegradation by bioaugmentation of dairy wastewater by fungal consortium on a bioreactor lab-scale and on a pilot-scale[J].Journal of Environmental Sciences,2013,25(9): 1906-1912.

[14]蘇俊峰，馬 放，高珊珊，等.好氧反硝化細(xì)菌處理硝酸鹽廢水的研究及微生物群落結(jié)構(gòu)分析[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2008,16(1):29-34.

[15]AHRING B K.Perspectives for anaerobic digestion[J].Adv Biochem Eng Biotechnol,2003,81:1-30.

[16]LEE C,KIM J,SHIN S G,et al.Monitoring bacterial and archaeal community shifts in a mesophilic anaerobic batch reactor treating a high-strength organic wastewater[J].FEMS Microbiol Ecol,2008,65(3):544-554.

[17]VENETSANEAS N,ANTONOPOULOU G,STAMATELATOU K,et al.Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process with alternative pH controlling approaches[J].Bioresour Technol,2009,100(15):3713-3717.

[18]HASSAN A N,NELSON B K.Invited review: anaerobic fermentation of dairy food Waste water[J].J Dairy Sci,2012,95(11): 6188-6203.

[19]王 晉.厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸微生物種群生態(tài)及互營關(guān)系研究[D].無錫：江南大學(xué)，2013.

[20]劉 敏，任南琪，李 鵬，等.牛奶廢水厭氧水解酸化試驗(yàn)研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004,36(3): 331-333.

[21]祖 波,祖 建,周富春，等.產(chǎn)甲烷菌的生理生化特性[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2008,31(3): 5-7.

[22]TABATABAEI M,RAHIMC R A,ABDULLAH N,et al.Importance of the methanogenic archaea populations in anaerobic wastewater treatments[J].Process Biochemistry,2010,45(8): 1214 1225.

[23]SAGE M,DAUFIN G,GESAN-GUIZIOU G.Effects of prehydrolysis of milk fat on its conversion to biogas[J].J Dairy Sci,2008,91(10):4062-4074.

[24]CIRNE D G,BJ?RNSSON L,ALVES M,et al.Effects of bioaugmentation by an anaerobic lipolytic bacterium on anaerobic digestion of lipid-rich waste[J].J Chem Technol Biotechnol,2006,81(11):1745 1752.

[25]EI FANTROUSS S,AGATHOS S N.Is bioaugmentation a feasible strategy for pollutant removal and site remediation?[J].Current Opinion in Microbiology,2005,8(3): 268-275.

[26]肖晶晶，牛奕娜，劉 洋，等．生物強(qiáng)化技術(shù)優(yōu)勢及環(huán)保菌劑研究應(yīng)用現(xiàn)狀[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2013，32 (s) : 1-4.

[27]IRINA S,TOPALOVA Y.Bioaugmentative approaches for dairy waste water treatment[J].American Journal of Agricultural and Biological Sciences,2010,5(4): 459-467.

[28]GARCHA S,BRAR S K,SHARMA K.Performance of a laboratory prepared microbial consortium for degradation of dairy waste water in a batch system[J].Journal of Scentific and Industrial Reseach,2014,73(5):346-350.

[29]LOPERENA L,FERRARI M D,SARAVIA V,et al.Performance of a commercial inoculum for the aerobic biodegradation of a high fat content dairy wastewater[J].Bioresour Technol,2007,98(5):1045-1051.

[30]郭靜波.生物菌劑的構(gòu)建及其在污水處理中的生物強(qiáng)化效能[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2010.

Research progress in microbial community inbiological treatment of dairy industry waste water

KANG Xiao-hu,ZENG Xiao-ying,LI Shi-weng

(School of Chemical and Biological Engineering,Lanzhou Jiaotong University,Key Laboratory ofExtreme Environmental Microbial Resources and Engineering Gansu Province,Lanzhou 730070,China)

Dairy industry waste water is characterized by high organic matter content,high ranges of the pollutants concentration and easily biodegraded.Hence,biological treatment process is a key technology used in the treatment of dairy industry waste water.While the pollutants are degraded by microorganisms developed in the waste water,it is the most important factor affecting efficiency of the treatment.In this article,the recent advancements on microbial diversity in the process of aerobic,anaerobic and the current status of bioaugmentation were discussed with the purpose of the process selection,operating parameters optimization.

dairy industry wastewater; biological treatment; microbial community; bioaugmentation

；2016-03-02；

2016-04-08

收稿日期：甘肅省自然科學(xué)基金(148RJZA046)

康小虎，博士研究生，研究方向?yàn)榄h(huán)境生物學(xué)，E-mail：xhkang@mail.lzjtu.cn

李師翁，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榄h(huán)境微生物資源，E-mail：lishweng@mail.lzjtu.cn

10.3969/j.issn.2095-1736.2016.06.086

X703

A

2095-1736(2016)06-0086-05