吳 婧,鐘翔錦
(上田環(huán)境修復(fù)有限公司,江蘇 常州 213000)
工業(yè)快速發(fā)展,導(dǎo)致含氮化合物排放量日益增長(zhǎng)。2017年,全國(guó)排入河道氨氮、總氮污染物分別為96.34萬(wàn)噸和304.14萬(wàn)噸,嚴(yán)重影響整體環(huán)境質(zhì)量。其中,各化工污染地塊中污染廢水或滲坑基坑水中存在大量氨氮、硝態(tài)氮及亞硝態(tài)氮污染[1-2]。如何去除超標(biāo)氨氮、總氮污染物,成為污染水體治理關(guān)鍵。常見(jiàn)治理方法包括吹脫法、膜技術(shù)等,廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水治理[3]。這些物化方法成本高,治理效果易反復(fù),容易出現(xiàn)二次污染。生物處理技術(shù),尤其微生物處理技術(shù),具有工藝操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)過(guò)程穩(wěn)定性高、成本低、不易產(chǎn)生二次污染物等優(yōu)點(diǎn),在污染水體治理中應(yīng)用越來(lái)越廣泛[4-5]。
微生物處理技術(shù)要點(diǎn)在于篩選出合適的菌劑,能耐受高濃度污染并持久高效地去除廢水中氨氮、總氮污染物[6]。常見(jiàn)方法篩選出的多為單菌株,需要在后期實(shí)際工程應(yīng)用中重新構(gòu)建復(fù)合菌群,并考慮各菌種之間的拮抗作用進(jìn)行配比[7]。本文從垃圾填埋場(chǎng)滲坑底泥中直接篩選馴化復(fù)合菌劑,通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和菌液比例,并在高濃度廢水中進(jìn)行應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。
硝化富集培養(yǎng)基(NSM)(g/L): (NH4)2SO40.945~4.725,檸檬酸鈉6.536,MgSO4·7H2O 1,NaCl 0.12,MnSO4·H2O 0.01,F(xiàn)eSO4·7H2O 0.05,KH2PO40.25,Na2HPO40.3。pH 7.0~7.5。固體培養(yǎng)基添加15~20 g/L瓊脂。
異養(yǎng)硝化培養(yǎng)基(NM)(g/L): (NH4)2SO44.725,檸檬酸鈉12.25,MgSO4·7H2O 1,KH2PO40.25,Na2HPO40.3。pH 7.0~7.5。
活性污泥取自蘇州某垃圾填埋場(chǎng)滲濾液坑塘底部。取泥水混合物 5 mL,懸浮于 45 mL NSM,30 ℃、150 r/min 恒溫振蕩培養(yǎng) 6 h。取初始氨氮質(zhì)量濃度 200 mg/L 的NSM 100 mL,接入1%泥水混合物,30 ℃、150 r/min 富集培養(yǎng) 16 h;待培養(yǎng)液渾濁后取1%菌液接入NSM中,重復(fù)培養(yǎng)19次;待微生物適應(yīng)后,將NSM氨氮質(zhì)量濃度依次提升為 400 mg/L、600 mg/L、800 mg/L、1000 mg/L,每個(gè)氨氮濃度培養(yǎng)液中分別馴化微生物20代。
將馴化后的微生物復(fù)合菌劑,以及進(jìn)行多次純化后挑選的單克隆,送樣至上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司進(jìn)行16SrDNA菌株鑒定。上游引物為27f(5’-AGAGTTTGATCMTGGCTCAG-3’),下游引物為1492r(5’-TACGGYTACCTTGTTACGACTT-3’)?;驕y(cè)序后通過(guò)同源性序列分析構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。
選擇1代、40代、90代復(fù)合菌株為目標(biāo)菌株,以0.2%接入氨氮初始質(zhì)量濃度為約 1000 mg/L 的NM和某化工污染地塊現(xiàn)場(chǎng)廢水中,35 ℃、150 r/min 恒溫振蕩培養(yǎng) 25 d,定時(shí)取樣檢測(cè)培養(yǎng)液中總氮和氨氮含量,計(jì)算氨氮或總氮去除率。
氨氮采用納氏試劑分光光度法(HJ 535-2009),總氮采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法(HJ 636-2012)。
通過(guò)DNA提取、PCR擴(kuò)增、樣品純化、基因檢測(cè)等,將檢測(cè)結(jié)果與NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)。結(jié)果顯示,氨氮降解菌單克隆菌落與以下4種微生物序列結(jié)果100%匹配:蒙特利假單胞菌(Pseudomonas monteilii strain)、假單胞菌(Pseudomonas strain)、巴氏假單胞菌(Pseudomonas baetica strain)和惡臭假單胞菌(Pseudomonas putida strain)。同時(shí),通過(guò)分類學(xué)分析確定復(fù)合菌劑中微生物的種屬和相對(duì)豐度,結(jié)果顯示1代復(fù)合菌中有68.14%為假單胞菌屬,18.29%為未分類的腸桿菌,6.52%為腸桿菌屬;40代復(fù)合菌中99.99%都是假單胞菌屬。綜合分析復(fù)合菌主要成分為各種假單胞菌屬菌株。如圖1所示。
圖1 氨氮降解菌單菌落的比對(duì)結(jié)果與進(jìn)化樹(shù)
如圖2所示,未接入微生物的對(duì)照組NM中氨氮質(zhì)量濃度有小幅度下降,20 d 后趨于穩(wěn)定,最終氨氮質(zhì)量濃度為 1033.67 mg/L,去除率維持在13%左右;接入1代、40代和90代復(fù)合菌液的NM中,氨氮質(zhì)量濃度均有顯著降低,25 d后趨于穩(wěn)定,氨氮質(zhì)量濃度最低為 89.87 mg/L,去除率最高達(dá)90.3%。反應(yīng) 16 d 前,1代微生物對(duì)NM中氨氮去除率高于馴化篩選后期的40代和90代微生物;反應(yīng) 25 d 后,1代微生物對(duì)NM中氨氮去除率低于40代和90代微生物。而總氮濃度的變化情況與氨氮有一定區(qū)別。隨著反應(yīng)時(shí)間增加,NM中總氮濃度有一定升高。接入1代復(fù)合菌液反應(yīng) 25 d 后,總氮質(zhì)量濃度沒(méi)有顯著降低趨勢(shì),反而有一定增加,平均總氮質(zhì)量濃度從 645.59 mg/L 升高至 677.10 mg/L;接入40代或90代微生物菌液后,NM中總氮質(zhì)量濃度有顯著降低,平均總氮質(zhì)量濃度從 659.38 mg/L 降至 282.88 mg/L,總氮去除率最高達(dá)59.5%。綜上,復(fù)合菌液對(duì)NM中氨氮和總氮都具有一定去除效果,對(duì)氨氮去除效果更佳,且經(jīng)過(guò)多次馴化篩選后的復(fù)合菌液降解效果更顯著。
圖2 高濃度NM中不同馴化代數(shù)復(fù)合菌對(duì)氨氮和總氮的降解效果
如圖3所示,未接入微生物的對(duì)照組廢水中氨氮濃度有小幅度波動(dòng),25 d 后趨于穩(wěn)定,平均質(zhì)量濃度為 830.42 mg/L,平均去除率為4.7%;接入各代復(fù)合菌液后,廢水的氨氮濃度均有顯著降低,15 d 后趨于穩(wěn)定,氨氮質(zhì)量濃度最低為 38.28 mg/L ,去除率最高達(dá)95.4%。其中,反應(yīng) 8 d 前,1代微生物對(duì)廢水中氨氮去除率高于40代和90代微生物;反應(yīng) 25 d 后,1代和40代微生物的氨氮去除率低于90代微生物作用。總氮濃度的變化情況與圖2有一定區(qū)別。隨著反應(yīng)時(shí)間增加,廢水中總氮濃度變化起伏較大,有一定程度升高,平均質(zhì)量濃度為 930.03 mg/L。接入1代或40代復(fù)合菌液反應(yīng) 25 d 后,總氮濃度初始具有降低趨勢(shì),平均質(zhì)量濃度為 654.92 mg/L,但 15 d 后有一定升高,可能與部分氨氮轉(zhuǎn)化為總氮污染物有關(guān)。接入90代菌液后,總氮濃度顯著降低,平均質(zhì)量濃度降至 330.68 mg/L,總氮去除率最高達(dá)66.2%。該復(fù)合菌液對(duì)修復(fù)場(chǎng)地高濃度廢水中的氨氮總氮都具有一定降解效果,對(duì)氨氮降解效果更佳,且經(jīng)過(guò)多次馴化篩選后的復(fù)合菌液對(duì)總氮降解效果更顯著。
圖3 高濃度污染廢水中不同馴化代數(shù)復(fù)合菌對(duì)氨氮和總氮的降解效果
通過(guò)對(duì)填埋場(chǎng)滲坑底泥中土著微生物菌種的篩選馴化,獲得一種能高效持久降解氨氮和總氮的復(fù)合菌劑,經(jīng)鑒定由不同的假單胞菌菌種構(gòu)成,對(duì)高濃度氨氮或總氮污染廢水具有長(zhǎng)期高效降解的作用。該微生物復(fù)合菌劑擴(kuò)培所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)配置簡(jiǎn)便,對(duì)高濃度污染水體中的氨氮和總氮具有高效持久的降解作用,無(wú)二次污染,操作簡(jiǎn)便,有利于大規(guī)模推廣應(yīng)用于污染水體的治理。