河水高浓度有机污染降解菌分离鉴定及降解特性

河水高浓度有机污染降解菌分离、鉴定及降解特性*朱摇健1,2摇王摇平1,2**摇李捍东3摇雷明婧1(1中南林业科技大学环境科学与工程研究中心,长沙410004;2南方林业生态应用技术国家工程实验室,长沙410004;3中国环境科学研究院,北京100012)摘摇要摇为了恢复遭受严重有机污染北方季节性河流自净能力,以河北某典型黑臭河流为研究对象,采集其河道底泥和水样,采用乳酸菌、酵母菌、放线菌和硝化细菌专性培养基对底泥中的微生物进行富集、分离、纯化,获取了15株有机污染物降解菌,对其中的6株优势菌采用脂肪酸谱图分析进行了鉴定,这6株菌最终鉴定为黄杆菌属(Flavobacterium)、微球菌属(Micrococcus)、乳杆菌属(Lactobacillus)、小单孢菌属(Micromonospora)、假丝酵母菌(Candida)、硝化球菌属(Nitrococcus)。为了提高菌株的降解与适应能力,采用定向富集液进行菌群复配,得到复合菌,复配试验表明,菌群最佳配比为乳酸菌1.0%、酵母菌0.5%、放线菌2.0%、硝化细菌2.0%。复合菌培养研究发现,复合菌最佳生长条件为pH7.0,温度35益,以葡萄糖为最佳碳源、需要少量Fe2+、Mg2+、Ca2+等无机盐。污染物降解试验表明,当pH、温度、菌量、转速分别为8、35益、0.5%、80r·min-1时,复合菌对污染物的降解效果最好,CODcr、NH3鄄N和TP去除率分别达到78%、59%和77%。关键词摇有机污染;北方季节性河流;复合菌;制备;降解中图分类号摇X172摇文献标识码摇A摇文章编号摇1000-4890(2013)5-1311-08*环保公益性行业科研专项(200909066)和湖南省环境科学重点学科建设项目(2006180)资助。**通讯作者E鄄mail:[e-mail]收稿日期:2012鄄08鄄28摇摇接受日期:2013鄄02鄄28Isolation,identification,anddegradationcharacteristicsofbacterialstrainsinahighcon鄄centrationorganicpollutants鄄contaminatedriverwater.ZHUJian1,2,WANGPing1,2**,LIHan鄄dong3,LEIMing鄄jing1(1InstituteofEnvironmentalScienceandEngineeringResearch,Cen鄄tralSouthUniversityofForestry&Technology,Changsha410004,China;2NationalEngineeringLaboratoryforAppliedTechnologyofForestry&EcologyinSouthChina,Changsha410004,Chi鄄na;3ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012,China).ChineseJournalofEcology,2013,32(5):1311-1318.Abstract:Inordertorestoretheself鄄purificationcapabilityofthenorthernseasonalriverserious鄄lycontaminatedbyorganicpollutants,atypicalblack鄄odorriverinHebeiProvinceofNorthChi鄄nawastakenasthestudyobject,itssedimentsandwatersampleswerecollected,andtheculturemediaspecificallyforlactobacillus,yeast,actinomycetes,andnitrobacteriawereadoptedtoen鄄rich,isolate,andidentifythemicrobesinthesamples.Atotalof15organicpollutants鄄degradingbacteriastrainswereisolated,and6dominantbacterialisolatesofthemwereidentifiedbyfattyacidsmapanalysis,whichwereFlavobacterium,Micrococcus,Lactobacillus,Micromonospora,Candida,andNitrococcus.Toimprovetheadaptationanddegradationcapabilitiesoftheisolates,adirectionalenrichmentsolutionwasadoptedtocompoundtheisolates,andthecompoundbacte鄄riawereobtained.Theresultsoftheoptimizationexperimentshowedthattheoptimalproportionsofthecompoundbacteriawere0.5%ofyeast,1.0%oflactobacillus,2.0%ofactinomycetes,and2.0%ofnitrobacteria,andthemostappropriategrowthconditionsofthecompoundbacteriawerepH7.0,temperature35益,carbonsourceglucose,andsmallamountsofFe2+,Mg2+,andCa2+.ThedegradationexperimentindicatedthatwhenthepHvaluewas8.0,temperaturewas35益,inoculationamountwas0.5%,androtationratewas80r·min-1,thecompoundbacteriaperformedbestindegradingorganicpollutants,withtheremovalratesofCODcr,NH3鄄N,andTPreached78%,59%,and77%,respectively.Keywords:organicpollution;northernseasonalriver;compoundbacteria;preparation;degradation.生态学杂志ChineseJournalofEcology摇2013,32(5):1311-1318摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇随着经济的发展和城镇化进程的加快,工业废水与生活污水的产生量及排放量均大幅度提高,向各类水体排放的污染物浓度已经远远超过其承载力,这势必造成大面积、大范围内的水体污染。全国80%以上的河流均遭受不同程度的污染(国家环境保护部,2010)。北方由于大部分河流为季节性河流,除了雨水补给,几乎没有其他水源,流量小,流速慢,更容易遭受污染。一旦受到污染,在厌氧的环境下,便会产生“黑臭冶现象。河流“黑臭冶现象系指水体中有机物厌氧分解产生的一种生物化学现象,主要污染物为有机物(钱嫦萍等,2002)。在缺氧环境下,水体中厌氧微生物分解有机物产生大量有臭气体,如CH4、H2S、NH3等,导致水体发臭。同时缺氧还使底泥中Fe、Mn等重金属元素被还原,与水体中H2S形成FeS、MnS等黑色沉积物,致使水体发黑。河流黑臭给人们的生产生活造成了严重影响(王建军,2006),因此,黑臭河流的治理已经日益成为环境保护、管理部门关注的焦点,同时,黑臭河流的治理与修复也成为科研人员研究的重点(许秋瑾等,2001;冯奇秀等,2003;李继洲等,2003;江栋等,2005)。黑臭河流的治理方法主要是物理法、化学法和生物法。生物修复作为一种低投资、高效益、运行操作方便灵活的治理技术得到发展并逐渐运用于生产中。应用于生物修复的微生物分为土著微生物(Ghoshaletal.,1999;Giegetal.,1999;Schwarzen鄄bach&Scholz,1999;Sheryletal.,1999;吴青梅等,2011)、外来微生物和基因工程菌(王庆仁等,2001)。笔者以河北昌黎县贾河为研究对象,对黑臭河流降解土著微生物进行筛选、培养并研究了其降解特性,为类似黑臭河流治理提供依据。1摇研究地区与研究方法1郾1摇贾河流域概况贾河位于河北省昌黎县境内(图1),地理位置为119毅6郾791忆E—119毅8郾819忆E,39毅40郾421忆N—39毅40郾527忆N,是饮马河的一条支流,发源于河北省卢龙县境内,于昌黎县县城南附近汇入饮马河,向东于大浦河口入渤海。流域总面积约372郾4km2,总人口约17万人。流域内地形以低山丘陵为主,地势自西北向东南倾斜,平均坡降4郾7%,地貌构成以平原为主,兼有低山丘陵、洼地和海岸沙丘。流域属东部季风区、暖温带、半湿润大陆性气候。年总日照时数2809郾3h,无霜期196d,年均气温11益,年均降水量638郾33mm,年均蒸发量1022郾8mm。2011年,流域内国民生产总值为115郾59亿元,城镇居民人均可支配收入16076元,农村人均可支配收入7105元。贾河流域污染主要源自昌黎县安山镇和龙家店镇的淀粉、粉丝生产。根据昌黎县环保局统计,在秋季(干旱季节,粉丝生产旺季)高达70000m3·d-1生产废水未经彻底治理而直接排入贾河,废水中富含淀粉、糖类、氨基酸、维生素等有机物,导致水体有机污染负荷及氮、磷营养元素超标,富营养化严重,造成藻类剧烈繁殖而缺氧,使得水生植物窒息死亡,河水变黑发臭。水生生态系统功能严重失衡,对下游南、北戴河及黄金海岸水质构成威胁。1郾2摇样品采集供试菌株筛选自河北省昌黎县贾河河道底泥。采用自制柱状采样器(直径为15cm)于初秋时节采集图1中1#、4#、7#和10#4个点位河床表层10cm左右厚度的底泥,均匀混合后去除其中石块、动植物图1摇采样点位布置示意图Fig.1摇Locationofsamplingpoints2131摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇生态学杂志摇第32卷摇第5期摇残体、塑料等杂物,滤去水分,装入黑色塑料袋中,密封低温储存。底泥采集点位均处于排污沟与贾河交汇处或下游,具有一定的代表性。底泥理化性质:含水率31郾7%,pH值9郾2,有机质为185g·kg-1。供试水样取自河北省昌黎县贾河河水。水样采集位置为图1中1#、3#、5#、7#和9#,这些点位均位于排污沟与贾河的交汇处。水样采集后均匀混合,混合水样水质为:化学需氧量(CODcr)976郾50mg·L-1,总氮TN38郾96mg·L-1,氨氮NH3鄄N11郾77mg·L-1,总磷TP7郾28mg·L-1,pH5郾74,m(BOD5)/m(COD)0郾3,由此可见,河水水质严重恶化,属劣吁类水,但可生化性较好。采集及保存方式按照国家环境监测相关技术规范要求执行。1郾3摇实验方法1郾3郾1摇主要培养基摇1)酵母菌。马铃薯200g、葡萄糖20g、乳酸5mL、KH2PO41g、MgSO40郾5g、蒸馏水1L,pH为4郾0~6郾5;2)乳酸菌。牛肉膏1g、酵母膏1g、蛋白胨1g、葡萄糖1g、番茄汁20%、吐温0郾05%、溴甲酚绿0郾01%、CaCO32g、蒸馏水1L、pH为6郾5左右;3)放线菌。可溶性淀粉20g、K2HPO40郾5g、NaCl0郾5g、MgSO40郾2g、KNO31郾0g、FeSO40郾01g、蒸馏水1L、pH为7郾0左右;4)硝化细菌。NH4HCO30郾5g、NaCl0郾04g、Na3PO40郾05g、NaHCO30郾15g、MgSO4、FeSO4、KCl、CaCl2均为0郾0005g、pH为7郾0~8郾0。1郾3郾2摇菌种富集与分离摇按照1%(