光合细菌在有机废水处理的运用

摘要：光合细菌的独特性能使其在有机废水处理、养殖水质净化和产氢等诸多领域具有广阔的应用前景，引起了众多研究者的关注。阐述了光合细菌在淀粉废水、啤酒废水和化工废水等多种有机废水处理方面的研究现状，并对今后的发展趋势进行了展望。

关键词：光合细菌；有机废水

光合细菌（PhotosyntheticBacteria，简称PSB）是地球上出现最早、普遍存在、以光作为能源、有机物为供氢体，还原CO2合成有机物的一类原核微生物的总称。光合细菌在厌氧光照或好氧黑暗条件下，均可生存。代谢方式具有多样性。依据《伯杰细菌鉴定手册》（第九版），光合细菌可分为6个类群，27个属。光合细菌均为革兰氏阴性细菌，形态多样，有球形、杆状、半环状、螺旋状等；有以鞭毛运动，亦有滑行运动或不运动者。光合细菌因其所含色素的不同而呈现不同的颜色[1].光合细菌菌体无毒，在环境治理方面表现出很大的优越性。目前，光合细菌已成功地运用到多种行业有机废水的处理中，但多数停留在实验室研究阶段，已成功投产的行业并不多。

1光合细菌处理有机废水的应用现状

20世纪80年代，韩国已建成了日处理600t，BOD高达20000~30000mg/L的酒精废水处理场，并成功投产运行。近年来，国内外学者在利用光合细菌处理有机废水方面也取得了一些成果。王剑秋等人发现紫色非硫光合细菌法（PNSB-SBR工艺）能有效处理高浓度淀粉废水，并同时有效地积累菌体蛋白。在一定的环境条件下，CODcr去除率可达到70%~90%，处理效果稳定[2]。范铮等人研究表明，采用光合细菌能有效处理对硝基苯胺溶液。当对硝基苯胺的初始质量浓度100mg/L、通气量0.6m3/（m3•min）、温度35℃、pH=7.5、光照度4800lx，经72h处理后，降解率可达100%[3]。王玉芬等人采用驯化后的光合细菌球形红细菌，在光照厌氧条件下，对氯代苯进行生物降解，并对降解途径进行了研究。结果表明，球形红细菌厌氧降解氯代苯是在适宜碳源存在下，由氯代苯诱导产生诱导酶以共代谢的方式进行，降解途径是先打开苯环生成小分子的氯代烷烃、再还原脱氯[4]。丁成采用不同浓度的含酚废水对光合细菌驯化后，然后对光合细菌进行扩大培养，并用海藻酸钠-壳聚糖-活性炭微胶囊法对光合细菌进行固定，使其在不同温度和接种量条件下对含酚废水进行降解[5]。常会庆等人经研究发现，固定化光合细菌可以有效改善富营养化水体的质量，并对水体中的COD、TN、NH4-N、硝酸盐和TP都有较明显的去除效果[6]。王慧荣等人采用光合细菌和活性污泥的组合技术来处理高盐染料废水，并考察了其除污效果以及PSB池在流程中的位置对去除污染物的影响。结果表明，PSB/活性污泥工艺对COD和色度具有很好的去除效果，适合处理高盐染料废水[7]。孔秀琴等人首先通过在高含盐废水中对光合细菌进行驯化，驯化后的菌群能有效处理高含盐有机废水。在一定条件下，COD的去除率可达77%，保证出水水质[8]。胡筱敏等人利用光合细菌降解2-氯苯酚，培养7d后，降解率可达57.26%[9]。席淑琪等人采用生物接触氧化槽连续处理工艺，利用光合细菌对制革废水中的高浓度有机废水进行处理。通过试验，确定了最佳的工艺条件[10]。孔秀琴等人研究了光合细菌及活性污泥法联用工艺处理明胶生产过程中产生的高浓度有机废水的可行性。结果表明，“活性污泥+PSB”工艺有较强的去除钙质和耐冲击负荷的能力，该工艺适合处理此种含高钙、高氯、高碱明胶的废水[11]。任小玉经研究发现，高浓度有机废水在自然净化过程中会出现微生物生长演替。首先是异氧细菌大量繁殖，它把高分子有机物分解成低级脂肪酸等低分子物质，然后光合细菌通过降解低分子有机物，迅速增殖。一段时间后，光合细菌逐渐减少，并被活性污泥微生物和藻类取代[12]。实际生产中，可以充分利用自然净化过程中微生物的生长演替顺序来人为地控制有机废水的降解过程，从而使各微生物在不同阶段发挥自身的优势。除此之外，还有众多学者通过试验，证明了光合细菌对味精废水、酒糟废水和TNT废水等多种有机废水，均具有明显的去除效果。

2光合细菌法处理有机废水的优缺点

光合细菌在厌氧及微好氧条件下都能生长，并具有以下优势[13]：1）可以耐受相当高的有机负荷，可用于高浓度有机废水的处理；2）脱氮除磷效果好；光合细菌利用废水中的氮、磷作为营养元素合成细胞物质；另外，光合细菌能过量摄取废水中的磷酸盐，从而达到脱氮除磷的效果。3）光合细菌相较于甲烷菌，不产生沼气，便于管理，且受温度影响小；4）设备占地少，动力消耗低，节省前期投资；5）光合细菌菌体无毒无害，蛋白质含量高，并富含多种维生素，还含有辅酶Q10，抗病毒物质等。光合细菌处理高浓度有机废水，也存在着以下不足：1）需定期添加新鲜菌体，以弥补流失和老化的菌体；2）由于光合细菌个体小，依靠重力不易沉降，因此需用离心机或化学絮凝剂等方法来收集，增加了运行成本；3）在利用光合细菌处理高浓度有机废水时，还需要联用活性污泥法等其他方法，方能达标排放。

3应用前景

今后，光合细菌有关技术的主要研究方向为[1]：1）通过研究改进处理设备结构或工艺流程，使设备利用率和处理效率提高；如：采用光合细菌柱式生物膜法连续处理废水工艺、利用固定化细胞技术等。王兰等人研究发现，固定化大大提高了光合细菌的生长速率，并提高了对养殖水的净化能力[14]。毛雪慧等人研究发现，光合细菌固定化能够显著提高油脂的降解效率[15]。2）通过紫外线诱变或化学物质诱变等方法，筛选出优良菌种；3）由于单一光合细菌菌种不具备广谱性，因此研究出以光合细菌菌种为主的混合菌剂，将会获得更好的净化效果；4）综合开发副产品菌体蛋白的利用途径，如饲料添加剂等，实现其经济价值。5）光合细菌的产氢机制，将会是今后的研究热点，势必推动新能源规模化应用的实现。随着光合细菌技术的发展，光合细菌在有机废水处理方面将会展现出巨大的应用潜力，必将带来可观的社会、经济和环境效益。

作者:柴春镜 单位:中北大学

参考文献：

[1]杜近义,秦际威.光合细菌的开发应用进展[J].生物学通报,1998(11):15-18.

[2]王剑秋,管运涛,滕飞,等.光合细菌法降解淀粉废水积累菌体蛋白的研究[J].清华大学学报(自然科学版),2007,47(3):348-351.

[3]范铮,张国亮,潘志彦,等.光合细菌降解对硝基苯胺废水的试验研究[J].水处理技术,2012,38(8):106-109.

[4]王玉芬,张肇铭,胡筱敏,等.光合细菌球形红细菌厌氧降解氯代苯[J].中国环境科学,2007,27(1):111-115.

[5]丁成.固定化光合细菌对含酚废水的生物降解试验[J].水资源保护,2008,24(6):93-100.

[6]常会庆,王世华,寇太记,等.固定化光合细菌对水体富营养化的去除效果[J].水资源保护,2010,26(3):64-67.

[7]王慧荣,韦彦斐,梅荣武,等.光合细菌/活性污泥工艺处理高盐染料废水的研究[J].中国给水排水,2011,27(13):16-18.

[8]孔秀琴,赵峰,石小锋,等.光合细菌处理高含盐有机废水研究[J].水处理技术,2010,36(9):90-92.

[9]胡筱敏,董怡华,李亮,等.光合细菌PSB-1D对2-氯苯酚的降解特性研究[J].环境科学,2010,31(7):1672-1678.

[10]席淑琪,陈敏.光合细菌处理高浓度制革废水的研究[J].南京理工大学学报,1997,21(5):422-436.

[11]孔秀琴,石小锋,任瑞芳,等.光合细菌及活性污泥法联用工艺处理明胶废水试验[J].环境工程,2010,28(3):39-42.

[12]任小玉,杨学春.光合细菌处理有机废水的现状及进展[J].家畜生态,2004,25(1):55-58.

[13]国洁,罗人明,等.光合细菌法在工业废水处理中的应用[J].河北工业科技,2004,21(1):45-47.

[14]王兰,廖丽华,等.光合细菌固定化及对养殖水净化的研究[J].微生物学杂志,2005,25(3):50-53.

[15]毛雪慧,徐明芳,刘辉,等.光合细菌固定化及其处理含油废水的研究[J].农业环境科学学报,2009,28(7):1494-1499.