朱洪波,彭永臻,馬 斌,南 希,錢(qián)雯婷
?
光源、氮源和碳源對(duì)紫色非硫細(xì)菌生長(zhǎng)特性的影響
朱洪波,彭永臻*,馬 斌,南 希,錢(qián)雯婷
(北京工業(yè)大學(xué),城鎮(zhèn)污水深度處理與資源化利用技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,北京市水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100124)
紫色非硫細(xì)菌(PNSB)能在厭氧光照條件下將污水中的氨氮、有機(jī)物和磷同化到細(xì)菌體內(nèi)用于合成蛋白質(zhì)等細(xì)胞物質(zhì),而不是轉(zhuǎn)化為CO2和N2.為了優(yōu)化PNSB的生長(zhǎng)條件,以沼澤紅假單胞菌為研究對(duì)象,考察了光源、氮源和碳源類型對(duì)PNSB生長(zhǎng)的影響.結(jié)果表明厭氧紅外光條件下PNSB的生長(zhǎng)速率約是白熾燈條件下的3倍;PNSB對(duì)氨氮(NH4+-N)的利用速率最快,同時(shí)也可利用硝態(tài)氮(NO3--N),亞硝態(tài)氮(NO2--N);PNSB對(duì)乙酸鈉的利用速率最快,其次是葡萄糖,最難利用的是淀粉,主要?dú)w因于大分子有機(jī)物需要水解酸化后才能被PNSB吸收利用.厭氧紅外光條件下PNSB處理城市污水具有較好的應(yīng)用前景.
紫色非硫細(xì)菌;厭氧光照;污水處理;利用速率
隨著人口日益增加,污水排放量逐年增大.目前污水處理廠大都采用活性污泥法去除污水中的有機(jī)物、N、P等污染物,活性污泥法具有脫氮除磷效率高、成本較低等優(yōu)勢(shì),但其剩余污泥產(chǎn)量大,且資源化率低.
紫色非硫細(xì)菌(PNSB)在厭氧光照條件下,可通過(guò)光合作用將水中的有機(jī)物、硫化物、氨和磷合成生物體,從而實(shí)現(xiàn)將以上污染物從污水中脫除的目的.合成的PNSB菌體中蛋白含量高達(dá)80%,同時(shí)含有豐富的氨基酸、葉酸、B族維生素等,可作為肥料、飼料、餌料回收利用[1].傳統(tǒng)生物脫氮工藝中,污水中的氮被轉(zhuǎn)化為N2脫除.而厭氧光照下PNSB將污水中的氮轉(zhuǎn)化為生物菌體,從而為氮的資源化利用提供了基礎(chǔ).污水中的有機(jī)物富集到PNSB體內(nèi)后,可通過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生甲烷實(shí)現(xiàn)資源化;污水中的磷也用于合成PNSB菌體,在發(fā)酵產(chǎn)甲烷階段又被釋放到上清液中,可通過(guò)投加鎂離子形成磷酸氨鎂,作為肥料回收再利用.綜上可看出,PNSB可在污水處理的同時(shí),將污水中的有機(jī)物、氮、磷同步資源化,為污水資源化提供了一種新途徑.
光是PNSB的能量來(lái)源,對(duì)菌體的生長(zhǎng)影響較大.研究發(fā)現(xiàn)合適的光源可使沼澤紅假單胞菌達(dá)到較高的細(xì)菌產(chǎn)量和類胡蘿卜素含量同時(shí)使光照成本最小化[2].以不同的有機(jī)物作碳源時(shí),菌體對(duì)其利用途徑也不同,從而可能會(huì)影響PNSB生長(zhǎng)速率;污水的預(yù)酸化,可以優(yōu)化PNSB對(duì)有機(jī)物的吸收利用,提高PNSB對(duì)有機(jī)物和NH4+-N的去除率[3-4].不同的污水含有不同類型的氮污染物,城市生活污水主要含NH4+-N,鋼鐵污水主要含NO3--N,因此研究氮源類型對(duì)PNSB生長(zhǎng)的影響,對(duì)于實(shí)際污水處理有重要意義.在利用光合細(xì)菌處理雞糞污水的研究中發(fā)現(xiàn)光合細(xì)菌能夠利用NH4+-N,同時(shí)也能夠去除NO3--N[5].大多數(shù)研究都是基于白熾燈條件,而紅外光照條件下PNSB的生長(zhǎng)情況研究較少.
為了提高PNSB處理污水的效率,需優(yōu)化PNSB的生長(zhǎng)條件,使菌體能夠快速增長(zhǎng).本文探究了3種典型光源、氮源和碳源對(duì)沼澤紅假單胞菌生長(zhǎng)的影響,并對(duì)應(yīng)用前景進(jìn)行了討論分析.
沼澤紅假單胞菌取自城鎮(zhèn)污水深度處理與資源化利用技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室.試驗(yàn)開(kāi)始前菌種在60W白熾燈照射下富集培養(yǎng)一周,培養(yǎng)后菌種OD660為1.70.富集培養(yǎng)基初始pH值為6.7~7.3,配方見(jiàn)表1和表2.
表1 富集培養(yǎng)基成分及用量
表2 微量元素液成分
1.2.1 光合細(xì)菌濃度 采用光密度法,用UV-2100型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在660nm波長(zhǎng)下測(cè)定的吸光度值(OD660)表示[6].
1.2.2 常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè) 亞硝酸鹽氮:N-(1-萘基)-乙二胺光度法;硝酸鹽氮:麝香草酚分光光度法;溶解性正磷酸鹽:鉬銻抗分光光度法;pH值:采用德國(guó)WTW pH/oxi 340i測(cè)定儀在線監(jiān)測(cè).COD:快速消解比色法,考慮NO2-對(duì)COD測(cè)量的影響,用式(1)計(jì)算COD:
COD實(shí)際=COD測(cè)量-1.14NO2-(1)
1.2.3 細(xì)胞色素檢測(cè) 用體積比為丙酮:甲醇(7:2)有機(jī)溶劑提取類胡蘿卜素(Crt)和細(xì)菌葉綠素(Bchl),使用分光光度計(jì)在波長(zhǎng)為473nm和771nm測(cè)量吸光度值[7].根據(jù)式(2)和(3)計(jì)算:
式中:473和771是在473nm和771nm處提取物的吸光度;為顯示器中使用的比色皿的路徑長(zhǎng)度cm;為樣品的濕重(g)除以最終提取物的體積mL.
1.2.4 生長(zhǎng)速率和底物利用速率計(jì)算方法
式中: OD為=16h時(shí)OD660值; ODinitial為=10h時(shí)OD660值;initial為=10h時(shí),底物的質(zhì)量濃度,mg/L;ρ為=16h時(shí)底物的質(zhì)量濃度,mg/L.
1.2.5 活細(xì)胞吸收光譜測(cè)定方法 取試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的菌液共計(jì)3組,每組20mL,于50mL離心管, 4000r/min, 17℃條件下離心10min,倒去上清液將菌體用無(wú)菌水懸浮洗滌,離心重復(fù)3次.然后用20mL 60%蔗糖溶液將光合細(xì)菌細(xì)胞懸浮成均勻的菌懸液.以60%蔗糖溶液為空白對(duì)照,UV- 4802S紫外分光光度計(jì)在200~1100nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)掃描,每2nm測(cè)定光合細(xì)菌的活細(xì)胞吸光度值(OD值),每組測(cè)量3次,不同波長(zhǎng)下的吸光度值為縱坐標(biāo),波長(zhǎng)為橫坐標(biāo),用Excel作出活細(xì)胞吸收光譜圖[8-9].
向3個(gè)1L的SBR反應(yīng)器中接種30%體積的菌液,初始OD660為0.50,投加模擬污水后COD:N:P= 100:6:1[3];在30℃恒溫箱中連續(xù)培養(yǎng)24h,光源與反應(yīng)器的距離為20cm(圖1).考察光源的影響時(shí),設(shè)置40W紅外燈,40W白熾燈和黑暗條件,乙酸鈉作碳源,氨氮作氮源;考察氮源的影響時(shí),光源均為40W紅外燈,碳源均為乙酸鈉,氮源分別為NH4+-N, NO2--N,NO3--N,其氮濃度均為60mg/L;考察碳源的影響時(shí),光源均為40W紅外燈,氮源均為氨氮,碳源分別為乙酸鈉、葡萄糖、淀粉,其COD濃度均為1000mg/L.試驗(yàn)取初始樣且從第10h開(kāi)始,每隔2h取樣一次.
圖1 光合反應(yīng)器裝置
A.紅外光;B.白熾燈;C.黑暗環(huán)境
前10h,PNSB生長(zhǎng)處于延遲期,紅外光、白熾燈和黑暗條件下的生長(zhǎng)速率分別為0.040,0.022, 0.004OD/h,細(xì)胞增殖速度較慢(圖2A).延遲期COD, NH4+-N, PO43--P的平均利用率分別為8.1%,7.2%, 9.4%,對(duì)底物的利用速率較慢(圖2B,C,D).10~16h, PNSB處于對(duì)數(shù)增殖期,對(duì)底物的利用速率較快,約80%的底物在對(duì)數(shù)增殖期被利用.因此主要比較10~16h對(duì)數(shù)增殖期內(nèi)的底物利用速率,說(shuō)明光源種類對(duì)PNSB生長(zhǎng)的影響.
紅外光條件下PNSB的生長(zhǎng)速率以及對(duì)底物COD,NH4+-N,PO43--P的利用速率是白熾燈條件的3.02,1.90,2.06,2.25倍,是黑暗條件的9.77,2.04,3.45, 2.88倍(表4).24h時(shí)紅外光條件下細(xì)菌葉綠素的增長(zhǎng)量是白熾燈和黑暗條件的1.27,3.12倍,細(xì)菌類胡蘿素的增長(zhǎng)量是白熾燈和黑暗條件的1.19,3.07倍(圖2E).紅外光明顯促進(jìn)了細(xì)菌的增殖,提高了PNSB對(duì)底物的利用速率,同時(shí)增加了細(xì)胞色素的含量.李家洲等[10]研究也發(fā)現(xiàn)相對(duì)于可見(jiàn)光,近紅外光對(duì)光合細(xì)菌的生長(zhǎng)有明顯促進(jìn)作用,可使最大菌體濃度提高45%以上.
A.生長(zhǎng)曲線;B.COD變化曲線;C. NH4+-N變化曲線;D. PO43--P變化曲線;E.色素增長(zhǎng)量;F.細(xì)胞吸收光譜圖
光合細(xì)菌的光合電子傳遞鏈一般是由細(xì)菌葉綠素、脫鎂葉綠素、苯醌、鐵硫蛋白以及細(xì)胞色素b、細(xì)胞色素c組成.光合細(xì)菌的光色素蛋白復(fù)合體吸收光能后,表面電子被激發(fā),開(kāi)始了一系列的電子傳遞,產(chǎn)生ATP用于細(xì)胞代謝.細(xì)菌葉綠素和類胡蘿卜素是主要的捕光色素,吸收波長(zhǎng)分別為715~ 1050nm,450~550nm[8-9].近紅外光的波長(zhǎng)范圍為750~1500nm,與細(xì)菌葉綠素的吸收波長(zhǎng)接近.可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍為400~750nm,與細(xì)菌類胡蘿卜素的波長(zhǎng)范圍接近.
波長(zhǎng)800nm和858nm處有2處明顯的吸收峰且吸光度值較大,說(shuō)明近紅外光范圍的波長(zhǎng)促進(jìn)了細(xì)菌葉綠素的合成;在波長(zhǎng)492nm,594nm處有兩處明顯吸收峰,說(shuō)明可見(jiàn)光范圍內(nèi)的波長(zhǎng)促進(jìn)了細(xì)菌類胡蘿卜素的合成(圖2F).與此結(jié)果類似,安靜[11]發(fā)現(xiàn)PNSB單菌株F1、F5、F7和F11在375nm,590nm 處有最大吸收峰,混合光合產(chǎn)氫菌群在可見(jiàn)光380nm,490nm,590nm附近有4個(gè)吸收峰,此外在800nm,860nm附近也有明顯的吸收峰,表明光合產(chǎn)氫菌群含有菌綠素a和細(xì)菌類胡蘿卜素,菌群也能吸收紅外光.全波長(zhǎng)掃描的結(jié)果可以看出,紅外光條件下吸收峰的吸光度值明顯高于白熾燈和黑暗條件,所以紅外光更能促進(jìn)PNSB細(xì)胞色素的合成,進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞增殖.因此PNSB在紅外光下的生長(zhǎng)速率和底物利用速率高于白熾燈和黑暗條件.此外,將光合細(xì)菌生長(zhǎng)階段維持在對(duì)數(shù)增殖期可提高污水處理效率.
在實(shí)際污水處理中紅外光可作為最佳光源,提高污水處理效率,縮短水力停留時(shí)間,減少構(gòu)筑物的占地面積,降低污水處理的運(yùn)行費(fèi)用.但紅外燈的造價(jià)較高,光功率、受光面積、透光率等對(duì)反應(yīng)速率也有影響,具體的運(yùn)行參數(shù)還需要進(jìn)一步優(yōu)化.
表4 10~16h不同光源下PNSB對(duì)底物的利用速率
10~16h,NH4+-N作為氮源時(shí)PNSB的生長(zhǎng)速率及對(duì)底物的利用速率高于NO2--N和NO3--N(圖3A,B,C,D).PNSB對(duì)NH4+-N的利用速率是NO2--N, NO3--N的2.02,1.36倍.NH4+-N作氮源時(shí),PNSB的生長(zhǎng)速率及對(duì)COD和PO43--P的利用速率分別是NO2--N作氮源時(shí)的2.43,2.67,3.41倍,分別是NO3--N作氮源時(shí)的1.49,1.48,5.14倍(表5);24h時(shí)細(xì)菌葉綠素的增長(zhǎng)量分別是NO2--N和NO3--N的4.55,3.18倍;細(xì)菌類胡蘿卜素的增長(zhǎng)量分別是NO2--N和NO3--N的2.11,1.35倍(圖3F).因此NH4+-N作為唯一氮源條件下,PNSB的生長(zhǎng)速率及對(duì)NH4+-N的利用速率最快.
反硝化過(guò)程中NO--N的還原是通過(guò)反硝化菌的同化作用和異化作用來(lái)完成的.同化作用中NO--N被還原為NH4+-N,用于合成微生物細(xì)胞,氮成為細(xì)胞質(zhì)成分.異化作用是NO--N被還原成NO,N2O和N2等氣體.異化作用去除的氮約占總?cè)コ康?0%~75%[12].根據(jù)微生物細(xì)胞組織的化學(xué)式C5H10O2NP0.1計(jì)算得NH4+-N,NO3--N和NO2--N被同化為細(xì)胞物質(zhì)的比例為86.52%,76.76%,77.01%,因此PNSB主要通過(guò)同化作用利用這3種無(wú)機(jī)氮.
A.生長(zhǎng)曲線;B.COD變化曲線;C.N變化曲線;D.PO43--P變化曲線;E.NO2--N積累情況;F.色素增長(zhǎng)量
NH4+-N可直接參與細(xì)胞合成代謝,所以NH4Cl作為氮源時(shí),PNSB對(duì)底物的利用速率最快,細(xì)胞色素含量最高.碳源充足的條件下,隨著反應(yīng)的進(jìn)行NO2--N和NO3--N不斷被利用,但PNSB對(duì)NO3--N的利用速率約為NO2--N的1.5倍,說(shuō)明了與NO2--N相比,NO3--N更易被PNSB利用.以KNO3作氮源時(shí),PNSB先將NO3--N轉(zhuǎn)化為NO2--N,再以NO2--N為氮源繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)整個(gè)反應(yīng)分兩步進(jìn)行(圖3E).試驗(yàn)中出現(xiàn)NO2--N積累,可能是PNSB對(duì)NO3--N和NO2--N利用速率不同造成的.
通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),PNSB對(duì)NH4+-N的利用速率大于NO2--N和NO3--N,但結(jié)果也表明了利用PNSB處理硝酸鹽和亞硝酸鹽污水具有可行性.李曉玲等[13]對(duì)5株紅假單胞菌和2株紅螺菌脫氮條件研究表明乳酸等底物作碳源時(shí),在厭氧條件下可利用NO3--N和NO2--N作電子受體產(chǎn)生N2,菌株具有脫氮作用.蔣鵬等[14]研究發(fā)現(xiàn)光合細(xì)菌YL28菌株也能以氨氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮為唯一氮源生長(zhǎng),能良好地去除無(wú)機(jī)氮且對(duì)亞硝態(tài)氮具有同化和轉(zhuǎn)化能力.
表5 10~16h不同氮源下PNSB對(duì)底物的利用速率
10~16h, PNSB對(duì)乙酸鈉的利用速率明顯高于葡萄糖和淀粉(圖4A,B,C,D).乙酸鈉作碳源時(shí),PNSB的生長(zhǎng)速率及對(duì)底物COD,N,P利用速率是葡萄糖的8.41,5.60,4.50,3.36倍,是淀粉的15.68,6.27,4.40, 3.14倍(表6);24h時(shí)細(xì)菌類胡蘿卜素增長(zhǎng)量是葡萄糖的2.13倍,是淀粉的3.71倍;細(xì)菌葉綠素增長(zhǎng)量是葡萄糖的1.95倍是淀粉的4.16倍(圖4E).因此乙酸鈉作碳源時(shí),PNSB生長(zhǎng)速率及對(duì)底物的利用速率最快.
通過(guò)24h內(nèi)不同碳源下PNSB生長(zhǎng)過(guò)程中pH值變化可以看出,葡萄糖和淀粉均存在水解酸化作用,且葡萄糖的水解程度高于淀粉(圖4F).所以PNSB在利用葡萄糖和淀粉等大分子有機(jī)物時(shí),水解酸化為小分子物質(zhì)后才能進(jìn)一步被利用.盧玉鳳等[15]利用球形紅假單胞菌處理制糖廢水的研究表明,光合細(xì)菌直接處理制糖廢水的效果不佳,添加小分子物質(zhì)可以促進(jìn)其處理效果,蘋(píng)果酸為最佳的小分子物質(zhì),能提高COD的去除率.鄭偉華等[16]利用光合細(xì)菌處理高濃度淀粉廢水過(guò)程中,在水解酸化階段添加10%的生活污水,增加了廢水中微生物的多樣性,使得大分子有機(jī)物快速降解為小分子,提高了COD的去除率.
表6 10~16h不同碳源下PNSB對(duì)底物的利用速率
A.生長(zhǎng)曲線;B.COD變化曲線;C.NH4+-N變化曲線;D.PO43--P變化曲線;E.色素增長(zhǎng)量;F.pH值變化曲線
乙酸鈉作為一種簡(jiǎn)單的有機(jī)物,可直接參與到細(xì)胞代謝過(guò)程被迅速利用,而大分子的葡萄糖和淀粉難以被細(xì)胞直接利用.因此在處理含有大分子有機(jī)物的污水時(shí),增加預(yù)酸化處理可以提高PNSB的生長(zhǎng)速率以及COD的利用速率.
針對(duì)PNSB能夠快速處理有機(jī)污水的特點(diǎn),本文提出一種實(shí)現(xiàn)城市污水處理與資源化的新工藝(圖5).污水經(jīng)過(guò)厭氧MBR反應(yīng)器在紅外條件下利用PNSB處理后可達(dá)標(biāo)排放,膜生物反應(yīng)器將菌體截留.MBR反應(yīng)器中排出的菌泥可以進(jìn)行厭氧消化發(fā)酵產(chǎn)酸產(chǎn)CH4,菌體經(jīng)處理后可作動(dòng)植物肥料,實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的資源化利用.
圖5 氮素循環(huán)及PNSB的污水處理工藝
1.PNSB反應(yīng)器;2.污泥發(fā)酵裝置;3.PNSB工藝流程
與傳統(tǒng)的硝化反硝化等污水處理工藝相比,本工藝節(jié)約了100%的曝氣能耗,并且不產(chǎn)生CO2,N2O等溫室氣體.工業(yè)生產(chǎn)1t氮肥的耗電量,相當(dāng)于產(chǎn)生了4~8t的CO2,另外大量使用工業(yè)生產(chǎn)的氮肥會(huì)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化[17].利用PNSB處理城市污水的工藝,可回收污水中的氨氮,將其轉(zhuǎn)化為氮肥、蛋白質(zhì)等能源進(jìn)行再利用,實(shí)現(xiàn)了氮素的自給,而且光合細(xì)菌不會(huì)對(duì)水體造成污染.有研究表明利用光合細(xì)菌處理1m3有機(jī)污水可節(jié)約0.36kW能量輸入(照明面積為20W/m2,18m2/m3),同時(shí)產(chǎn)生80%的生物量以及65%的蛋白質(zhì),收獲的生物量?jī)r(jià)值超過(guò)300美元/t,與大豆價(jià)值相當(dāng).光合細(xì)菌生物質(zhì)甚至可以用于補(bǔ)充傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖飼料中的部分魚(yú)粉[18].因此紅外光下利用PNSB不僅可實(shí)現(xiàn)城市污水的高效處理,而且可以實(shí)現(xiàn)氮素的資源化利用,一定程度上可降低人工固氮成本和污水廠的運(yùn)行費(fèi)用.
3.1 紅外光條件下PNSB的生長(zhǎng)速率高于白熾燈和黑暗條件,約是白熾燈條件下的3倍,紅外光下利用PNSB處理污水更高效.
3.2 NH4+-N作氮源時(shí),PNSB對(duì)底物的利用速率最快,利用PNSB處理硝酸鹽和亞硝酸鹽污水具有可行性.
3.3 乙酸鈉作碳源時(shí),PNSB對(duì)底物的利用速率最快,葡萄糖、淀粉等大分子有機(jī)物需要水解酸化為小分子后才能被有效利用.
3.4 紅外光下利用紫色非硫細(xì)菌處理城市污水具有可行性.
[1] Lu H F, Zhang G M, Dai X A, et al. Photosynthetic bacteria treatment of synthetic soybean wastewater: Direct degradation of macromolecules [J]. Bioresource Technology, 2010,101(19):7672.
[2] Kuo, F S, Chien Y H, Chen C J, Effects of light sources on growth and carotenoid content of photosynthetic bacteria Rhodopseudomonas palustris [J]. Bioresource Technology, 2012,113(4):315-318.
[3] Hülsen T, Batstone D J, Keller J. Phototrophic bacteria for nutrient recovery from domestic wastewater [J]. Water Research, 2014,50(3): 18-26.
[4] 樊凌雯,張肇銘.利用光合細(xì)菌處理糖蜜酒精發(fā)酵廢液中試研究[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 1998,18(2):173-175. Fan L X, Zhang Z M. A pilot test on the treatment of sugar-syrup alcohol ferment wastewater with photosynthetic bacteria [J]. China Environmental Science, 1998,18(2):173-175.
[5] Yang A, Zhang G, Meng F, et al. Membrane concentrate treatment by photosynthetic bacteria: Feasibility and tolerance mechanism analysis [J]. Bioresource Technology, 2018,253:378-381.
[6] 董 姍,張光明.不同條件對(duì)光合細(xì)菌沉降性的影響[J]. 工業(yè)安全與環(huán)保, 2013,39(2):5-7. Dong S, Zhang G M. Effects of Different Factors on PSB Sedimentation [J]. Industrial Safety and Environmetal Protection, 2013,39(2):5-7.
[7] Zhou Q, Zhang P, Zhang G, et al. Biomass and pigments production in photosynthetic bacteria wastewater treatment: Effects of photoperiod [J]. Bioresource Technology, 2014,190(179C):196-200.
[8] Qi X, Ren Y, Tian E, et al. The exploration of monochromatic near- infrared LED improved anoxygenic photosynthetic bacteria Rhodopseudomonas sp. for wastewater treatment [J]. Bioresource Technology, 2017,241:620.
[9] 曹林波,崔戰(zhàn)利.節(jié)能燈替代白熾燈為光源對(duì)光合細(xì)菌SXY-8菌株生長(zhǎng)及活細(xì)胞吸收光譜的影響[J]. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào), 2015,(2):74-78. Cao L B, Cui Z L. Effects of Illuminant with Energy-saving Lamps Replacing Incandescent Lamps on Growth and Absorption Spectra of Photosynthetic Bacteria SXY-8 [J]. Journal of Heilongjiang Bayi Agricultural University, 2015,(2):74-78.
[10] 李家洲,張冬青,黃榮林,等.近紅外光源對(duì)光合細(xì)菌生長(zhǎng)的影響[J]. 中國(guó)釀造, 2012,31(5):114-117. Li J Z, Zhang D Q, Huang R L, et al. Influence of near-infrared on growth of photosynthetic bacteria [J]. China Brewing, 2012,31(5): 114-117.
[11] 安 靜.光源和光譜對(duì)光合產(chǎn)氫菌群產(chǎn)氫工藝影響研究 [D]. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué), 2009. An J. Effect of Spectrum on Hydrogen Production by Photosynthetic Bacteria [D]. Henan Agricultural University, 2009.
[12] 李圭白,張 杰.水質(zhì)工程學(xué) [M]. 2版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2013. Li G B, Zhang J. Water quality engineering [M]. 2ndEdition, Beijing: China Architecture and Building Press, 2013.
[13] 李曉玲,金曉弟,張小民.脫氮光合細(xì)菌的分離及其脫氮條件研究 [J]. 山西大學(xué)學(xué)報(bào), 2002,25(4):350-353. Li X L, Jin X D, Zhang X M. Study on isolation of ednitrifing photosynthetic bacteria and their denitrifing conditions [J]. Journal of Shanxi University, 2002,25(4):350-353.
[14] 蔣 鵬.一株以亞硝氮為唯一氮源生長(zhǎng)的不產(chǎn)氧光合細(xì)菌對(duì)無(wú)機(jī)三態(tài)氮的去除和相互轉(zhuǎn)化 [D]. 泉州:華僑大學(xué), 2014. Jiang P.Study on nitrogen transformation and removal of inorganic nitrogen by anoxygenic phototrophic bacteria grown on nitrite as sole nitrogen source [D]. Quanzhou: Huaqiao University, 2014.
[15] 盧玉鳳,張光明.蘋(píng)果酸和微量元素改善光合細(xì)菌處理制糖廢水[J]. 工業(yè)安全與環(huán)保, 2013,39(2). Lu Y F, Zhang G M. Adding of Malic Acid and Trace Elements to Improve the Effect of Sugar Wastewater Treatment by Photosynthetic Bacteria [J]. Industrial Safety and Environmetal Protection, 2013, 39(2).
[16] 鄭偉華.光合細(xì)菌(PSB)膜法工藝處理高濃度淀粉廢水 [D]. 蘭州理工大學(xué), 2009. Zheng W H. Treament of High-concentration Starch Wastewater with Photosynthetic Bacteria (PSB) New-membrane Process [D]. Lanzhou University of Technology, 2009.
[17] Matassa S, Batstone D J, Hu?lsen T, et al. Can direct conversion of used nitrogen to new feed and protein help feed the world? [J]. Environmental Science & Technology, 2015,49(9):5247-54.
[18] Hülsen T, Hsieh K, Lu Y, et al. Simultaneous treatment and single cell protein production from agri-industrial wastewaters using purple phototrophic bacteria or microalgae - A comparison [J]. Bioresource Technology, 2018,254:214.
Effects of light, nitrogen and carbon on the growth characteristics of purple non-sulfur bacteria.
ZHU Hong-bo, PENG Yong-zhen*, MA Bin, NAN Xi, QIAN Wen-ting
(National Engineering Laboratory for Advanced Municipal Wastewater Treatment And Reused Technology, Key Laboratory of Beijing for Water Quality Science and Water Environment Recovery Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)., 2019,39(1):290~297
Purple non-sulfur bacteria (PNSB) can assimilate ammonia, organic matter and phosphorus in wastewater into the cell body to composite proteins and other cellular substances under the condition of anaerobic illumination, instead of converting to CO2and N2. In order to optimize PNSB growth conditions, Rhodopseudomonas palustris was used to study the effect of light, nitrogen and carbon on PNSB growth in this paper. The results showed that the PNSB growth rate under anaerobic infrared illumination conditions is approximately three times that of incandescent lamps. PNSB has the fastest utilization rate of ammonia (NH4+-N) and can utilize nitrate (NO3--N), nitrite (NO2--N). PNSB has the fastest utilization rate of sodium acetate, followed by glucose and starch. This is because macromolecular organic matter can only be further utilized by PNSB after being hydrolyzed and acidified. It is a promising to apply PNSB to wastewater treatment under anaerobic infrared illumination conditions.
purple non-sulfur bacteria (PNSB);anaerobic illumination;wastewater treatment;utilization rate
X172,X703.1
A
1000-6923(2019)01-0290-08
朱洪波(1994-),男,河南正陽(yáng)人,北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院碩士研究士,主要從事污水脫氮研究.發(fā)表論文2篇.
2018-06-22
國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題(2016YFC0401103);北京市教委科技計(jì)劃一般項(xiàng)目(KM201710005001)
* 責(zé)任作者, 教授, pyz@bjut.edu.cn