在抗生素生產(chǎn)過程中所排廢水含有大量的有機(jī)物、殘留的抗生素以及中間代謝產(chǎn)物。目前，對(duì)于該類廢水的處理主要以好氧、厭氧、好氧—厭氧以及水解酸化—好氧等生物處理法為主〔1〕，而且研究多集中在處理工藝上〔2〕，對(duì)廢水中污染物具有降解作用的生物因素———高效菌株的研究甚少。

復(fù)合菌技術(shù)作為一種高效處理廢水的技術(shù)，由于其利用了微生物的協(xié)同代謝作用及共氧化作用（共代謝作用），能夠高效地處理包括涂料廢水、染化廢水、造紙廢水在內(nèi)的多種高污染、難生化的工業(yè)廢水〔3〕。但是，將該技術(shù)應(yīng)用于處理抗生素廢水的報(bào)道還較少。筆者應(yīng)用分離自抗生素廢水中的純種微生物構(gòu)建復(fù)合菌來處理該類廢水，考察各種微生物的用量以及菌種間的配比對(duì)廢水處理效果的影響，確定了復(fù)合菌中各微生物的最佳配比，為抗生素廢水處理工程提供可行的參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)廢水

試驗(yàn)中所用的廢水取自重慶市某抗生素生產(chǎn)企業(yè)的污水處理站調(diào)節(jié)池，廢水的BOD5/COD 基本在0.4 左右，可生化性較好，其COD 3 000~8 000 mg/L，BOD 1 200 ~3 200 mg/L，NH3 -N 150 ~300 mg/L，SS100~500 mg/L，pH 4.0~6.0。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 菌株的分離純化

試驗(yàn)中所用的菌種均分離自上述污水處理站曝氣池的活性污泥，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室多次分離純化后使用。由于活性污泥中所要分離的目標(biāo)微生物量較少，所以首先對(duì)活性污泥中的目標(biāo)微生物進(jìn)行富集培養(yǎng)，待其占有一定的優(yōu)勢(shì)之后再進(jìn)行分離。微生物的分離純化采用平板劃線分離法〔4〕。

光合細(xì)菌的富集培養(yǎng)基采用小林達(dá)治紅螺科富集培養(yǎng)基〔5〕：NH4Cl 1.00 g，KH2PO4 0.20 g，CH3COONa·3H2O 3.00 g，NaHCO3 1.00 g，酵母膏0.10 g，NaCl1.00 g，MgCl2·6H2O 0.20 g，T. M 儲(chǔ)液少量，蒸餾水1 000 mL，pH=7.0。分離培養(yǎng)基采用RCVBN 擴(kuò)大培養(yǎng)基〔6〕：CH3COONa 3.0 g，（NH4）2SO4 1.0 g，MgSO4 0.2 g，NaCl 1.0 g，KH2PO4 0.3 g，K2HPO4 0.5 g，CaCl2 0.05 g，酵母膏0.1 g，微量元素1.0 mL，瓊脂25 g，蒸餾水1 000 mL。

酵母菌的富集和分離培養(yǎng)基均采用蛋白胨酵母粉葡萄糖培養(yǎng)基（YPD 培養(yǎng)基），其中富集培養(yǎng)基的成分為〔7〕：酵母粉5 g，蛋白胨10 g，葡萄糖20 g，蒸餾水1 000 mL，pH=4，0.25%的丙酸鈉與50 U/mL 的青霉素液體；分離培養(yǎng)基的成分為：酵母粉5 g，蛋白胨10 g，葡萄糖20 g，瓊脂20 g，蒸餾水1 000 mL，pH= 4。

放線菌的富集和分離培養(yǎng)基均采用高氏一號(hào)培養(yǎng)基，其中富集培養(yǎng)基的成分為〔8〕：可溶性淀粉20 g，KNO3 1 g，NaCl 0.5 g，KH2PO4 0.5 g，MgSO4·7H2O 0.5 g，F(xiàn)eSO4·7H2O 0.01 g，青霉素2 mg/L，K2Cr2O7 75 mg/L，蒸餾水1 000 mL，pH 7.2~7.4；分離培養(yǎng)基的成分為：可溶性淀粉20 g，KNO3 1 g，NaCl 0.5 g，KH2PO4 0.5 g，MgSO4·7H2O 0.5 g，F(xiàn)eSO4·7H2O 0.01 g，瓊脂20 g，蒸餾水1 000 mL，pH 7.2~7.4。

1.2.2 菌株的篩選

將實(shí)驗(yàn)室分離純化所得的各株光合細(xì)菌、酵母菌和放線菌按照3 g/L 的量加入到裝有200 mL 廢水的錐形瓶中，將錐形瓶置于30 ℃、160 r/min 的搖床中處理6 d。每個(gè)試驗(yàn)均做3 組平行試驗(yàn)。

1.2.3 菌種用量單因素試驗(yàn) 

分別選用3、5、7、9、11 g/L 5 個(gè)質(zhì)量濃度梯度來考察菌種的用量對(duì)廢水處理效果的影響。將相應(yīng)量的菌種加入到裝有200 mL 廢水的錐形瓶中，將錐形瓶置于30 ℃、160 r/min 的搖床中處理6 d。每個(gè)試驗(yàn)均做3 組平行試驗(yàn)。

1.2.4 菌種復(fù)配試驗(yàn)

分別考察單菌種、兩菌種復(fù)合、三菌種復(fù)合對(duì)廢水的處理效果，以確定菌種間是否具有協(xié)同作用。其中，菌種總量選用3 g/L，復(fù)配菌種均按1∶1 的比例混合。將相應(yīng)量的單菌種/復(fù)合菌種加入到裝有200 mL廢水的錐形瓶中，將錐形瓶置于30 ℃、160 r/min 的搖床中處理6 d。每個(gè)試驗(yàn)均做3 組平行試驗(yàn)。

1.2.5 復(fù)合菌種配比正交試驗(yàn)

根據(jù)菌種單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定正交試驗(yàn)的因素和水平。將相應(yīng)量的復(fù)合菌種加入到裝有200 mL廢水的錐形瓶中，將錐形瓶置于30 ℃、160 r/min 的搖床中處理6 d。每組試驗(yàn)均做3 組平行試驗(yàn)。

1.3 測(cè)試儀器與方法

廢水在4 000 r/min 的離心機(jī)中離心5 min，取上清液測(cè)定其中的COD。COD 的測(cè)定采用快速消解分光光度法（HJ/T 399—2007），分光光度計(jì)采用Hach公司生產(chǎn)的DR2800 便攜式分光光度計(jì)。正交試驗(yàn)結(jié)果采用SPSS 軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌種分離純化結(jié)果 

2.1.1 光合細(xì)菌分離純化結(jié)果

光合細(xì)菌以光和熱為能源，以有機(jī)物及其分解產(chǎn)物為基質(zhì)，合成氨基酸、核酸、糖類等多種能促使其他生物生長(zhǎng)發(fā)育的有用物質(zhì)，成為其他有用微生物增殖所必須的養(yǎng)分。光合細(xì)菌不像好氧的活性污泥菌膠團(tuán)細(xì)菌那樣受污水中氧濃度的限制，可以利用光能進(jìn)行高效的能量代謝，即使微弱的光照下也能進(jìn)行，也不像嚴(yán)格厭氧的甲烷細(xì)菌等對(duì)氧存在著高度敏感性，其可以在有氧條件下分解有機(jī)物，通過氧化磷酸取得能量。同時(shí)，光合細(xì)菌能夠在高濃度的低級(jí)脂肪酸下進(jìn)行繁殖。正是基于上述原因，光合細(xì)菌能夠被廣泛應(yīng)用于高濃度有機(jī)污水的處理中〔9〕。

筆者試驗(yàn)最終分離純化得到3 株光合細(xì)菌，經(jīng)過初步的鑒定，3 株菌都屬于光合細(xì)菌中的紅假單胞菌。

2.1.2 酵母菌分離純化結(jié)果

酵母菌為異養(yǎng)型、好氧、兼性厭氧菌，是重要的營養(yǎng)功能性菌，可對(duì)光合細(xì)菌合成的氨基酸及糖類、廢水中的有機(jī)物進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)化和高效率吸收，為其他生物提供高質(zhì)量的營養(yǎng)物質(zhì)和生理活性物質(zhì)〔10〕。

試驗(yàn)最終分離純化得到3 株酵母菌，經(jīng)過初步的鑒定，3 株菌都屬于酵母菌中的產(chǎn)朊假絲酵母菌。

2.1.3 放線菌分離純化結(jié)果

放線菌具有較強(qiáng)的分解復(fù)雜含氮和不含氮有機(jī)物的能力，能夠利用光合細(xì)菌合成的氨基酸等物質(zhì)產(chǎn)生抗菌物質(zhì)，抑制病原菌，并提前利用有害霉菌和有害細(xì)菌增殖中所需要的物質(zhì)，抑制有害霉菌和有害細(xì)菌增殖，為其他有用微生物創(chuàng)造良好的環(huán)境。在污水的處理中，與光合細(xì)菌共存混合處理后，放線菌所發(fā)揮的凈菌作用比放線菌單獨(dú)存在時(shí)成倍增加〔11〕。

試驗(yàn)最終分離純化得到3 株放線菌，經(jīng)過初步的鑒定，3 株菌都屬于放線菌中的諾卡氏菌。

2.2 菌株篩選結(jié)果

圖 1、圖 2、圖 3 分別顯示的是3 株光合細(xì)菌、3 株酵母菌和3 株放線菌處理抗生素廢水的結(jié)果。從圖 1~圖 3 可以看出，3 株光合細(xì)菌中，光合細(xì)菌2#的處理效果最好，COD 去除率達(dá)到27.24%；3 株酵母菌中，酵母菌1# 的處理效果最好，達(dá)到22.69%；3 株放線菌種中，放線菌3# 的處理效果最好，達(dá)到16.31%。故最終確定光合細(xì)菌2#、酵母菌1# 和放線菌3# 作為后續(xù)試驗(yàn)的菌種。

圖 1 各株光合細(xì)菌處理廢水的效果
  
圖 2 各株酵母菌處理廢水的效果  
 
圖 3 各株放線菌處理廢水的效果 

在廢水中加入分離所得的純種微生物之后，COD 的去除率較對(duì)照組有了明顯的升高，說明這幾種微生物對(duì)抗生素廢水有一定的降解能力。在所有的試驗(yàn)組中，廢水COD 的去除率都有先升高、再降低、最后再升高的過程。造成這種結(jié)果有以下兩種可能的原因〔4〕：（1）微生物首先利用廢水中小分子、可溶性的有機(jī)物用于代謝活動(dòng)，將大分子的有機(jī)物吸附在細(xì)胞的表面。隨后這些大分子的有機(jī)物在胞外酶的作用下分解成小分子有機(jī)物供微生物的代謝所用。（2）雖然試驗(yàn)中所用的9 株微生物都分離自抗生素廢水中，但由于分離后的微生物生長(zhǎng)在純的培養(yǎng)基中，加到抗生素廢水中之后會(huì)有一個(gè)適應(yīng)的過程，一些能夠適應(yīng)該廢水的微生物開始降解廢水中的有機(jī)物，而適應(yīng)不了的微生物經(jīng)過幾天后會(huì)死亡、分解。

2.3 菌種用量單因素試驗(yàn)結(jié)果

菌種用量對(duì)處理效果的影響試驗(yàn)結(jié)果表明，光合細(xì)菌、酵母菌、放線菌的投加量分別為9、7、3 g/L時(shí)，在各自的試驗(yàn)組中對(duì)COD 的去除效果最好，COD 的去除率分別可以達(dá)到61%、47%、36%。其中，光合細(xì)菌和酵母菌的試驗(yàn)中，微生物用量都有一個(gè)拐點(diǎn)。在這個(gè)拐點(diǎn)之前，廢水的處理效果隨著微生物用量的增加而提高，因?yàn)檫@時(shí)微生物生長(zhǎng)代謝所需的營養(yǎng)物質(zhì)充足，微生物之間的競(jìng)爭(zhēng)相對(duì)較少，所有的微生物基本都能獲得足夠的營養(yǎng)物質(zhì)，所以增加微生物投加量會(huì)提高廢水的處理效果；相反，在拐點(diǎn)之后，隨著微生物投加量的增加，廢水的處理效果反而下降，因?yàn)檫@時(shí)微生物量已經(jīng)達(dá)到了廢水所能供養(yǎng)的微生物的上限，隨著微生物投加量的增加，微生物之間的競(jìng)爭(zhēng)作用越來越明顯，使得大量的微生物由于缺乏營養(yǎng)物質(zhì)而死亡、分解，致使對(duì)廢水的處理效果下降。所以，在拐點(diǎn)附近選取光合細(xì)菌和酵母菌的用量比較合適。

在放線菌的試驗(yàn)中，隨著放線菌投加量的增加，廢水的處理效果降低。對(duì)于這一現(xiàn)象，筆者認(rèn)為有以下兩種可能的原因：（1）放線菌對(duì)該類廢水沒有去除能力，加入的放線菌基本都死亡、分解，從而使得加入的放線菌量越大處理效果越差；（2）該類廢水中只有一小部分的營養(yǎng)物質(zhì)可供放線菌生長(zhǎng)，由于該類物質(zhì)的含量較少，只能供養(yǎng)很少一部分的放線菌，因而隨著放線菌用量的增加，微生物之間的競(jìng)爭(zhēng)加劇，使得大量微生物由于缺乏營養(yǎng)物質(zhì)而死亡、分解，造成對(duì)廢水處理效果的下降。

2.4 菌種復(fù)配試驗(yàn)結(jié)果

菌種復(fù)配試驗(yàn)結(jié)果見表 2。由表 2 可見，不同菌種復(fù)配之后對(duì)廢水的處理效果要好于單菌種，其中3 種菌復(fù)配的處理效果最好，可以達(dá)到53.81%，說明這3 種菌之間有協(xié)同作用。放線菌對(duì)該抗生素廢水具有一定的去除效果，所以上述單因素試驗(yàn)中放線菌用量的試驗(yàn)結(jié)果可能是由第二種原因引起的。因此，使用復(fù)合菌種處理該抗生素廢水是可行的。

2.5 復(fù)合菌種配比正交試驗(yàn)結(jié)果

復(fù)合菌種配比正交試驗(yàn)結(jié)果見表 3。由表 3 可知，通過比較R 得到影響次序?yàn)椋篈>B>C。所以，在該抗生素廢水處理的過程中，光合細(xì)菌所起的作用最大，其次是酵母菌，放線菌所起的作用略小。通過正交試驗(yàn)確定復(fù)合菌種最佳配比方案A3B1C1，確定光合細(xì)菌、酵母菌和放線菌的用量分別為10、6、2 g/L。

3 結(jié)論

（1）筆者課題組自行分離的光合細(xì)菌2#、酵母菌1# 和放線菌3# 對(duì)所采集的抗生素廢水具有較好的去除效果。所有的菌株在處理廢水的過程中，去理效率均有一個(gè)先升高、后降低、最后再升高的過程。

（2）單種菌處理廢水時(shí)，光合細(xì)菌和酵母菌都有一個(gè)最佳的投加量，而放線菌隨著菌種投加量的增加，處理效率降低。

（3）使用光合細(xì)菌、酵母菌和放線菌組成的復(fù)合菌處理該抗生素廢水是可行的。

（4）在復(fù)合菌處理抗生素廢水的過程中，光合細(xì)菌所起的作用最大，酵母菌次之，放線菌所起的作用最小。綜合考慮廢水的處理效果和微生物培養(yǎng)的工作量和成本，筆者試驗(yàn)確定光合細(xì)菌、酵母菌和放線菌的最佳投加量分別為10、6、2 g/L，此時(shí)的COD 去除率可以達(dá)到60.48%。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。