豆瓣菜廢水中氨氮的微生物降解
水體富營(yíng)養(yǎng)化已成為世界范圍內(nèi)的一個(gè)重要水污染問(wèn)題。富營(yíng)養(yǎng)化通常是指在人類活動(dòng)的影響下，生活污水、肥料、食品等工業(yè)廢水、降水以及地表徑流中含有的氮、磷等無(wú)機(jī)鹽類等大量植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入水庫(kù)、湖泊、河流等緩流水體，導(dǎo)致藻類和其他浮游生物快速繁殖，水體溶解氧降低，水質(zhì)惡化，魚類等生物大量死亡的現(xiàn)象。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的快速發(fā)展，人類每天向自然界排放大量富含氮磷的工業(yè)廢水。如果這些廢水不經(jīng)處理就排入水體，會(huì)增加水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的負(fù)荷，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化。
目前，我國(guó)許多食品企業(yè)存在規(guī)模小、工藝落后、廢水排放量大等問(wèn)題。企業(yè)沒(méi)有能力建設(shè)符合標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保處理裝置。直接結(jié)果就是廢水直接排放，污染了江河湖海的水環(huán)境。以豆瓣企業(yè)為例，年廢水排放量超過(guò)1.3億噸，傳統(tǒng)豆瓣企業(yè)都是由家庭作坊發(fā)展而來(lái)，擁有廢水處理裝置的企業(yè)并不多。因此，在傳統(tǒng)企業(yè)向現(xiàn)代企業(yè)轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，豆瓣企業(yè)廢水處理的環(huán)保處理裝置和技術(shù)也需要進(jìn)行改造。發(fā)現(xiàn)食品企業(yè)廢水中有機(jī)物含量較高。經(jīng)過(guò)物理化學(xué)方法多級(jí)處理后，處理高濃度氨氮廢水比較經(jīng)濟(jì)有效的方法是微生物降解，核心問(wèn)題在于微生物菌種。因此，本文從豆瓣企業(yè)的污水中篩選出能高效降解氨氮的土著微生物菌株，并通過(guò)微生物強(qiáng)化技術(shù)制成微生物菌劑，解決豆瓣企業(yè)等食品企業(yè)的污水處理問(wèn)題。
一.材料和方法
1.1樣本
污水收集自四川省知名品牌豆瓣生產(chǎn)企業(yè)，如鄄城、丹丹、名吃、清香園等。通過(guò)微生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)分離篩選土著微生物作為出發(fā)菌株進(jìn)行氨氮降解實(shí)驗(yàn)研究。
1.2實(shí)驗(yàn)試劑
蛋白胨、牛肉膏、氯化鈉、葡萄糖、硫酸銨、磷酸二氫鉀、六水氯化亞鐵、氯化鈣、七水硫酸鎂、琥珀酸鈉、酵母抽提物、硫酸鋅、氫氧化鈉、鹽酸、氧化鎂、溴百里酚藍(lán)、硼酸、甲基紅、甲基橙、亞甲基藍(lán)、碳酸鈉，均為分析純。
1.3實(shí)驗(yàn)儀器
三角瓶、燒杯、試管、容量瓶、平板、移液管、移液管、滅菌鍋、潔凈工作臺(tái)、搖床、分光光度計(jì)、凱氏燒瓶、直型冷凝器、酸堿滴定臺(tái)、離心機(jī)、干燥箱、電磁爐、電子天平、真空冷凍干燥機(jī)。
1.4培養(yǎng)基
增菌培養(yǎng)基:蛋白胨10g/L，牛肉醬10g/L，氯化鈉5g/L，葡萄糖10g/L，pH7.0，121℃滅菌20min。
分離培養(yǎng)基:蛋白胨10g/L，牛肉醬10g/L，氯化鈉5g/L，葡萄糖10g/L，瓊脂18-20g/L，pH7.0，121℃滅菌20min。
種子培養(yǎng)基:硫酸銨1g/L，磷酸二氫鉀1g/L，六水氯化亞鐵0.5g/L，氯化鈣0.2g/L，七水硫酸鎂1g/L，琥珀酸鈉8.5g/L，121℃滅菌20min。
發(fā)酵培養(yǎng)基:硫酸銨3.9g/L，磷酸二氫鉀1g/L，七水硫酸鎂1g/L，琥珀酸鈉2.8g/L，pH 6.5-7.5，121℃滅菌20min。
1.5分離方法
微生物菌株的富集
將混合均勻的水樣按5%的比例加入增菌培養(yǎng)基中，在搖床中于28-30℃、180轉(zhuǎn)/分鐘下增菌培養(yǎng)18-24小時(shí)。
1.5.2微生物菌株的分離和篩選
吸取上一步富集的菌液，用梯度稀釋法接種于分離板上，置于28-30℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。當(dāng)單菌落生長(zhǎng)時(shí)，選擇形態(tài)不同的單菌落并在新培養(yǎng)基上劃線，反復(fù)選擇單菌落并在平板上劃線，直至單菌落為微生物，選擇單菌落在斜面培養(yǎng)基上培養(yǎng)保存。
1.5.3微生物菌株的保存
將篩選出的菌株編號(hào)，制成真空凍干管保存。
1.6微生物發(fā)酵
種子培養(yǎng)基:選擇斜面培養(yǎng)的單菌落接種于種子培養(yǎng)基中，在28-30℃、180轉(zhuǎn)/分的條件下振蕩18-24h，繪制生長(zhǎng)曲線。
發(fā)酵培養(yǎng)基:接種活化的種子菌液，在搖床中搖勻。對(duì)菌種、接種量、pH值、溫度、轉(zhuǎn)速(充氧)等單因素條件進(jìn)行了優(yōu)化。選擇氨氮降解性能優(yōu)良的土著微生物菌株，按不同比例混合發(fā)酵培養(yǎng)，優(yōu)化發(fā)酵條件。
1.7水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)
氨氮的測(cè)定方法主要有納氏比色法和蒸餾-酸滴定法。本文采用蒸餾-酸滴定法測(cè)定微生物對(duì)氨氮的降解效果。
二。結(jié)果和分析
2.1不同豆瓣企業(yè)污水指標(biāo)差異分析
污水樣品采集自四川省知名品牌豆瓣生產(chǎn)企業(yè)，如涓城、丹丹、名吃、清香園，分別命名為JC、DD、YM、QXY。依次檢測(cè)四種水樣的pH值、氨氮濃度、TP濃度、COD值等指標(biāo)。為了模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的污水水質(zhì)條件，進(jìn)行了微生物菌種的發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，并對(duì)篩選出的菌種進(jìn)行了馴化。從表1可以看出，豆瓣企業(yè)生產(chǎn)廢水的幾個(gè)主要污染指標(biāo)為:pH值5-7，氨氮濃度0.1-1.0g/L，TP濃度0.1-1.0g/L，COD濃度3.0-10.0g/L。在此基礎(chǔ)上，豆瓣土著微生物菌種的發(fā)酵培養(yǎng)基設(shè)計(jì)為:硫酸銨3.9g/L，磷酸二氫鉀1g/L，七水硫酸鎂1g/L，琥珀酸鈉2.8g/L，pH 6.5
2.2不同豆瓣企業(yè)污水中土著微生物的差異分析
選取已進(jìn)入中國(guó)地理標(biāo)志品牌的郫縣豆瓣品牌企業(yè)為研究對(duì)象，采集郫縣鄄城豆瓣有限公司(鄄城)、四川丹丹郫縣豆瓣集團(tuán)有限公司(丹丹)、成都陽(yáng)明食品有限公司(陽(yáng)明食品)、四川清香源調(diào)味品有限公司(清香源)的生產(chǎn)廢水樣品，包括污水處理池塘水、供水和供水。通過(guò)傳統(tǒng)的梯度稀釋和平板分離方法收集了70多個(gè)微生物菌株。根據(jù)光學(xué)形態(tài)鑒定和16SrDNA分子鑒定結(jié)果，如表2和圖1所示，鄄城、丹丹、名吃、清香園產(chǎn)生的污水中微生物數(shù)量分別為15、19、17、14，其中芽孢桿菌占很大比例。
2.3土著微生物發(fā)酵降解氨氮實(shí)驗(yàn)
根據(jù)發(fā)酵預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，篩選出JCFXH2、JCGH4、DDFXH1、YMFXH3和QXYFXH3等5株氨氮降解效果較好的土著微生物菌株作為出發(fā)菌株，并繪制其生長(zhǎng)曲線。如圖2所示，五種土著微生物菌株的活化種子液的濃度在10-15小時(shí)之間都達(dá)到一個(gè)較大的值，以便活化土著微生物菌株并進(jìn)行發(fā)酵實(shí)驗(yàn)。
由表3可知，篩選出的5株土著微生物菌株JCFXH2、JCGH4、DDFXH1、YMFXH3和QXYFXH3具有明顯的發(fā)酵降解氨氮的效果，預(yù)實(shí)驗(yàn)條件下氨氮降解率均在80%以上。經(jīng)16SrDNA分子生物學(xué)鑒定，分別為拉烏爾鳥氨酸、纖維素、地衣芽孢桿菌、不動(dòng)桿菌和假單胞菌。從圖3可以看出，土著微生物對(duì)氨氮的降解效果大多較低，基本不到70%，距離項(xiàng)目預(yù)期的90%降解率還有一定距離。為此，對(duì)5株土著微生物菌株進(jìn)行協(xié)同發(fā)酵，探索復(fù)合微生物發(fā)酵對(duì)氨氮降解效果的影響。
2.4復(fù)合微生物菌劑對(duì)氨氮降解效果的初步研究
從表4和圖4中可以看出，由JCFXH2、JCGH4、DDFXH1、YMFXH3和QXYFXH3等5種土著微生物菌種按1 ∶ 1 ∶ 1 ∶ 1的比例混合而成的復(fù)合菌劑F1，與以往的單菌種發(fā)酵相比，對(duì)氨氮的降解效果有了顯著的提高，氨氮降解率達(dá)到93.75%，比單菌種發(fā)酵分別提高了8%和30%。
三。結(jié)論
從豆瓣企業(yè)生產(chǎn)的污水中分離篩選出5株土著微生物菌株，分別命名為JCFXH2、JCGH4、DDFXH1、YMFXH3和QXYFXH3。但與工業(yè)化污水處理微生物菌劑相比仍有差距。這五個(gè)土著微生物菌株是(來(lái)源:四川省食品發(fā)酵工業(yè)研究設(shè)計(jì)院)
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