生化需氧量(BOD_5)测定接种菌剂的研究.pdf

生化需氧量 BOD5 测定接种菌剂的研究 ＊ 崔建升 王 芳 河北科技大学环境科学与工程学院, 河北 石家庄 050018 魏复盛 中国环境监测总站, 北京 100029 摘要 利用从市政污水中筛选的 3株菌株制备成 BOD5接种冻干粉剂, 用于 BOD5接种。 实验确定了冻干粉接种菌剂 最佳制备条件。 以葡萄糖和谷氨酸配制的标准溶液 GGA 和实际废水为实验对象, 完成了制得菌剂与传统接种液 土 壤浸出液 及国外商业菌种 Polyseed 的性能对照。 用接种菌剂接种测定 GGA 的测定结果均在 180～ 230 mg L, 满足标 准要求, 接种菌剂、土壤浸出液和 Polyseed 的标准偏差分别为 3. 60、8. 34、2. 87 mg L, 测定实际废水的标准偏差分别为 8. 5、33. 2、6. 0 mg L。 关键词 生化需氧量 BOD5 接种菌剂 重复性 ＊河北省院士合作基金项目; 河北省高校重点学科建设项目资助。 0 引言 五日生化需氧量 BOD5 是衡量水体有机污染及 可生化特性的重要指标。BOD5测定的是废水中微生 物消耗的溶解氧量 ,测定时水中的微生物的种类、数 量和适用性对测定的结果有很直接的影响,接种成为 制约 BOD5测定准确度和重现性的一个重要因素 [ 1] 。 标准方法中规定的接种液由于微生物的种类 、 数 量的不确定,造成测定结果不稳定 ,重复性较差。国 外研究用已知微生物的混合菌液作接种液测定葡萄 糖-谷氨酸 BOD5标准液取得了满意效果 [ 2-4] 。研制 适于国内废水特性和使用条件的 BOD5测定菌剂, 对 提高方法的准确性和管理水平有重要意义 。本研究 从市政综合排水中筛选菌种制备接种菌剂,并测定了 菌剂性能 。 1 实验部分 1. 1 仪器与试剂 仪器 电热高压蒸汽灭菌锅; 电热鼓风干燥箱 ; 振 荡培养箱; 离心分离机; LGJ- 10 冷冻干燥机; 恒温培养 箱 20 1 ℃; 722型分光光度计。 试剂 商品 BOD5测定接种剂 Polyseed ,美国哈西 公司 。 GGA 标准溶液 将葡萄糖和谷氨酸在103 ℃ 下干 燥1 h 后, 各 称 取 150 g 溶于 蒸 馏水 中 并稀 释 至 1 000 mL 。此溶液需临用前配制 [ 5] 。 接种稀释水的配制 1使用 Polyseed 取一个 Polyseed 胶囊 , 溶于 500 mL水中 ,静至10 min, 取上清液供用 , 按其使用说 明,每升稀释水中加入8 mL ,该溶液可20 ℃保存 。 2土壤浸出液 按标准方法配置,取10 g花园土 壤,溶于100 mL水中 , 静至10 min , 取上清液供用 , 每 升稀释水中加入量为 20～ 30 mL。 3自制接种菌剂 取一定量的自制接种菌剂, 配制成10. 0 mL菌液, 混合均匀后使用 。 基础培养基 牛肉膏 0. 3,NaCl 0. 5, 蛋白胨 1. 0,pH 值 7. 0～ 7. 2。 废水取自石家庄总退水渠中的综合废水 。 测 BOD的常规试剂 [ 5] 。 实验菌株 实验室从市政废水中筛选分离获得 3 种菌株, 其菌落颜色分别呈白、黄、褐 , 暂命名为废 白、 废黄、 废褐。 1. 2 实验方法 1. 2. 1 菌株培养 将 3 种菌株转接到150 mL 基础培养基中 , 置 180 r min摇床上30 ℃培养 , 每隔24 h转接 1 次, 菌株 生长量用分光光度计测定吸光度 OD600 确定, 至 OD600开始下降为止 。 1. 2. 2 菌液和冻干粉制备 菌液 制备 将 液体 培养 基中的 混合 菌 种在 6 000 r min的 转 速下 离 心 5 min, 用 pH 7. 6、含 ω NaCl 为 3的磷酸盐缓冲溶液洗涤 2 次 , 静置 2 min ,倒去上清夜,称取0. 5 g离心分离后的湿菌体加 入100 mL无菌水稀释, 配制成质量浓度为5 mg mL的 菌悬液。 冻干粉制备 按上述方法得到湿菌体 ,用硅藻土 做保护剂, 与一定量湿菌体混合均匀, 然后在冰箱中 54 环 境 工 程 2008年 12 月第 26卷第 6 期 预冻, 预冻结束后在冷冻干燥机上冷冻干燥24 h, 最 后制得混菌的冻干粉剂 。硅藻土使用前在电热鼓风 干燥箱中干热灭菌2 h。 1. 2. 3 BOD5的测定 用碘量法分别测定 5 天前后的溶解氧。测定过 程及计算方法按照国标方法 [ 5] 。 GGA 的测定 将20 mL GGA 标准溶液用接种稀释 水稀释至1 000 mL, 按测定 BOD5的步骤操作, 看测得 BOD5的值是否在 180～ 230 mg L , 若在给定范围内说 明实验数据合理 。 2 结果与讨论 2. 1 菌株培养条件选择 2. 1. 1 培养温度 选取不同培养温度 20、25、30、35、40、45 ℃。 3 株菌种分别接入100 mL基础培养基中, 在以上各个 温度下培养 。每隔12 h测其 OD600值 ,重复 3 次 ,结果 取其平均值, 直至 OD600值趋于稳定为止 。3 株菌种 培养温度为20、 30、 40 ℃ 的测定结果见图 1～ 图 3。 图 1 废白在不同温度下的生长曲线 图 2 废黄在不同温度下的生长曲线 图 3 废褐在不同温度下的生长曲线 由图 1～ 图 3 可以看出 ,废白的适宜生长温度为 20～ 30 ℃,30 ℃ 时生长最快 ; 废黄的适宜生长温度为 20～ 45 ℃,40 ℃ 时生长最快 ; 废褐的适宜生长温度为 20～ 40 ℃; 35 ℃时生长最快 。由此可得, 在 20 ～ 30 ℃,3 种菌株均可生长, 3 株菌一起培养的最适培 养温度为30 ℃。 2. 1. 2 pH 值的选择 在100 mL基础培养基中, 分别用缓冲溶液 [ 6] 调节 pH 值 ,使其中的 pH 值分别为 6、 7、 8、 9、 10。经灭菌后 分别转接 3 种菌株 。重复 3 次 , 每隔12 h检测其 OD600值。测定结果见图 4～ 图 6。 1pH6; 2pH7; 3pH8; 4pH9。 图4 不同 pH 值的缓冲溶液对废白生长的影响 1pH6; 2pH7; 3pH8; 4pH9。 图5 不同 pH 值的缓冲溶液对废黄生长的影响 1pH6; 2pH7; 3pH8; 4pH9。 图6 不同 pH 值的缓冲溶液对废褐生长的影响 由图 4～ 图 6 可以看出, 3 株菌在 pH 值为 7 ～ 9 均可以生长 ,其中 pH 7 时, 生长最好。有此表明 ,3 种菌株适于中性偏碱性环境生长 , 中性最佳 ,即控制 培养基 pH 值在 7左右最佳。 55 环 境 工 程 2008年 12 月第 26卷第 6 期 2. 1. 3 转接时间的确定 将3 种菌株分别转接到150 mL基础培养基中 ,置 180 r min摇床上30 ℃培养 。每隔3 h测定其 OD600值, 重复 3 次,结果取其平均值 ,直至 OD600值趋于稳定为 止。测定结果见图 7。 图 7 菌种生长曲线 由图 7 可以看出 , 废黄和废褐生长较快, 废白生 长较慢, 3 株菌在12 h以后都基本进入生长对数期, 48 h后进入衰败期 。由此可确定最佳转接时间为 24 h。 2. 2 BOD接种菌剂制备条件选择 2. 2. 1 硅藻土加入量实验 将 3 种菌 株分别在 100 mL 基础培养 基中置 180 r min摇床上30 ℃培养24 h后混合离心得到湿菌 体。用所得的湿菌体和硅藻土按质量比 1∶ 1, 1∶ 2, 1∶ 3,1∶ 4 混合制成冻干粉。分别取 0. 02、0. 03、0. 04、 0. 05 g冻干粉制成10. 0 mL菌悬液, 测定葡萄糖 - 谷氨 酸标准溶液 ,每升稀释水中接3. 0 mL菌悬液。并用制 备的菌液做对照实验 ,重复测定3 次 。 不同硅藻土加入量制成的冻干粉与菌悬液 3 次 测定GGA 实验结果及分析见表 1。 表 1 3 次测定结果与分析 湿菌体与 硅藻土比例 BOD5平均值 mgL-1 空白平均值 mgL- 1 级差 mgL- 1 标准偏差 mgL - 1 1∶ 1198. 70. 6585. 946. 3 1∶ 2181. 20. 7826. 415. 2 1∶ 3218. 50. 6913. 56. 8 1∶ 4236. 10. 8665. 836. 3 菌液216. 30. 6519. 910. 1 由表 1 可见, 4 种冻干粉和菌液的测定值都在 180～ 230 mg L ,符合标准要求, 其中湿菌体与保护剂 硅藻土质量比为 1∶ 3 的冻干粉的标准偏差最小,重复 性最好,优于混合菌液。因此, 确定硅藻土的最佳用 量为湿菌体质量的 3 倍。 2. 2. 2 接菌量实验 取0. 05 g 冻干粉,用无菌水配成10. 0 mL菌悬液, 每升稀释水中分别加入不同量的混合菌液 1. 0, 2. 0, 3. 0 mL ,做接种液测定GGA 标准溶液 ,并用土壤浸出 液作对照实验, 重复测定 3 次。以确定稀释水中冻干 粉剂的最佳用量 。实验结果见表 2。 表 2 接菌量实验数据结果与分析 接种 量 mL BOD5平均值 mgL- 1 级差 mgL- 1 标准偏差 mgL - 1 1198. 26. 93. 6 2206. 728. 816. 5 3163. 843. 223. 0 土壤浸出液201. 016. 68. 3 由表 2 可见 ,每升稀释水中加入1. 0、 2. 0 mL接种 液及用土壤浸出液做接种液的测定结果均满足标准 要求, 接种液加入量1. 0 mL时的标准偏差较小, 重复 性较好。确定最佳接菌量为1. 0 mL 。 2. 3 BOD接种菌剂的性能验证 2. 3. 1 测定GGA 的实验 用所 制备的 BOD 接种菌 剂、土壤 浸出 液和 Polyseed 分别作为 接种菌 测定 GGA 标准溶 液的 BOD5, 以不加GGA 的为空白 ,重复测定 3 次。实验结 果见表3。 表 3 测定 GGA的重复性实验结果与分析 接种液 BOD5平均 值 mgL-1 空白平均 值 mgL- 1 级差 mgL- 1 标准偏 差 mgL- 1 变异系 数 BOD接种菌剂198. 20. 606 . 903. 601. 82 土壤浸出液201. 00. 4616 . 68. 344. 15 Polyseed接种菌214. 70. 615 . 82. 871. 33 由表 3 可见, BOD 接种菌剂 、土壤浸出液和 Polyseed 做接种菌测定 GGA 的 BOD5值符合标准要 求,BOD 接种菌剂和 Polyseed 的标准偏差较小, 重复 性好 。 2. 3. 2 实际废水 BOD5的测定 用BOD 接种菌剂 、 土壤浸出液和 Polyseed 分别作 为接种菌剂测定石家庄市政综合污水的 BOD5值。 由高锰酸钾指数确定稀释倍数 ,按照此稀释倍数重复 测定 3次 。实验确定废水的稀释倍数为 80、100、150。 稀释 100倍的实验结果见表 4。 由表 4可见, BOD接种菌剂和 Polyseed 作接种菌 剂测定中和污水的重复性明显优于土壤浸出液的测 下转第 60 页 56 环 境 工 程 2008年 12 月第 26卷第 6 期 表 3 不同时期花园口断面泥沙 COD非降解值 及 COD校正结果 采样时间 含沙量 g L- 1 平均 粒径 μ m 混水COD mg L- 1 氨氮 mg L- 1 非降解 COD mgg- 1 校正后 COD mg L- 1 2005 -11-180. 292214. 00. 307. 012. 0 2005 -11-280. 422015. 30. 337. 512. 2 2006 -02-230. 472220. 01. 227. 016. 7 2006 -03-070. 532020. 51. 417. 516. 5 2006 -03-150. 401320. 21. 4110. 116. 2 2006 -04-040. 301418. 01. 129. 615. 1 2006 -04-250. 552716. 60. 726. 013. 3 2006 -05-290. 651017. 10. 2112. 19. 2 2006 -08-210. 331915. 30. 407. 712. 7 图 2 黄河花园口断面校正前水体COD 与氨氮相关关系 5 结语 在分析评价黄河以往及现有 COD监测方法的基 础上 ,提出了一种适用于多沙河流 COD 监测的新方 法,即在浑水COD监测结果中去除泥沙 COD 非降解 图3 黄河花园口断面校正后水体COD 与氨氮相关关系 值 ,并用实验方法建立了黄河下游泥沙 COD 非降解 值求取公式 。这是从另一种角度来对多泥沙河流中 COD监测方法的一种尝试, 由于研究尚待深入, 将该 方法用于黄河的常规监测中目前还存在一定的问题 或困难, 还需对此方法进行深入的研究和不断地 完善 。 参考文献 [ 1] 胡国华. 多泥沙河流水污染与模拟控制. 长沙 湖南师范大学出 版社, 2002 [ 2] 赵沛伦. 泥沙对黄河水质影响及重点河段水污染控制. 郑州 黄 河水利出版社, 1998 [ 3] 陈静生, 张宇, 于涛, 等. 对黄河泥沙有机质的溶解特性和降解 特性的研究 再论黄河水的COD 值不能真实反映其污染状 况. 环境科学学报, 2004, 24 1 1 -5 作者通信处 何智娟 450004 河南省郑州市 黄河水资源保护科 学研究所 E -mail hezhijuan1978163. com 2008- 01-08 收稿 上接第 56页 定实验 ,重复性提高的原因可能是 BOD 接种菌剂和 国外菌剂 Polyseed 内菌类的种类和数量比较稳定 。 表 4 稀释 100倍综合污水 BOD5测定结果分析 接种液 平均值 mgL- 1 级差 mgL- 1 标准偏 差 mgL- 1 变异系 数 BOD 接种菌剂302. 429. 812. 464. 12 土壤浸出液296. 852. 721. 507. 26 Polyseed 接种菌306. 716. 17. 282. 37 3 结论 该实验制备的用于测定 BOD5测定的接种菌剂 与标准方法中规定的土壤浸出液作接种菌剂相比 ,结 果稳定 ,重复性好。在测定GGA 及实际废水时 ,与国 外商品菌种 Polyseed 的对照实验结果相近。 参考文献 [ 1] 中国标准出版社第二编辑室. 水质分析方法国家标准汇编. 北 京 中国标准出版社, 1996 119 -121 [ 2] Fitzmaurice G D.uation of manufactured inocula for use in the BOD test. 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To seek the reason of clogging in the system, some ex - periments prove that clogging mostly results from the adsorption especially in surface layer, nevertheless microbial increment makes up 3. 7～ 5. 3 in total porosity. And so a beneficial exploration is carried out on system restoration after clogging. Which makes sure that a suitable wet- dry cycle is a good way to solve the problem. Keywords soil infiltration particle COD wastewater treatment adsorption clogging INFLUENCE OF AERATING GAS-WATER RATIO ON TREATING EFFECT OF CONSTRUCTED WETLANDZhong Qiushuang Wang Shihe Sun Xiaowen et al 42 Abstract The influence of different aerating gas -water ratio on treating effect of constructed wetland was discussed from dissolved oxygen. Seven kinds of gas-water ratios, 0, 2, 4, 6, 8, 10 and12, were selectedfor test operation condition. The result showed that aeration could make the level of DO and treating effect improve obviously, especially the removal rate of TN. Treating effect of wetlandswas bestwhen gas-water ratio was 6, and removal rate of COD, TP, TN and NH3-N was respectively up to 85. 6, 70. 9, 83. 1 and 84. 2, the concentration of NO - 3-N of the effluent was the lowest 6. 32 mg L . Keywords constructed wetland aeration gas -water ratio DO treating effect TREATMENT OF TOILET WASTEWATER FROM PARKS BY COIX CONSTRUCTED WETLAND Li Yan Zhang Jian Li Weijiang et al 45 Abstract Subsurface constructed wetland planted with Coix was used for the treatment of toilet wastewater from parks. The results showed that Coix grew well in constructed wetland. With a hydraulic loading rate of 8 cm d and a hydraulic retention time of 1. 5 d, the average removal efficiencies of COD, NH4-N, TN and TP for constructedwetlandwere 56. 4, 53. 3, 49. 8and 73. 0, respectively. While for the sys - temwithout Coix, the average removal efficiencies of COD, NH4-N , TN and TP were 46. 0, 50. 1, 49. 1 and 68. 1, respectively. Coix can be applied to constructedwetland due to its possibility of pollutants removal aswell as its higher economic benefit. Keywords Coix constructed wetland toilet wastewater NUMERICAL SIMULATION AND COAGULATION OF FLOW FIELD FOR FOLDED PLATE FLOC - CULATORZhang Bingbin YangKaiming Yang Xiaolin et al 47 Abstract FLUENT analytic software was used to numerically simulate the flow field of different angles for a foldedplate flocculator. Then it was compared the flow state of fluids in different folded plate flocculators, whose coagulation effectswere analyzed according to the design condi- tions. Finally some measures were proposed for improving and enhancing the efficiency of the flocculator, which could guide the practical engi- neering design. Keywords FLUENT folded plate flocculator numerical simulation PREPARATION OF Fe -Mg-Al COMPOSITE FLOCCULANT FOR PRETREATMENT OF LANDFILL LEACHATESang Yimin Gu Qingbao Sun Tichang et al 50 Abstract In order to get optimal preparation conditions of Fe -Mg -Al composite flocculant PFMASfor pretreatment of landfill leachate, COD removals of landfill leachate were optimaized by jar test from concentration of raw FeSO4,MgSO4and Al2 SO43, mole ratio of three salts, aging temperature, aging time and dosage. The experimental results of a landfill leachate indicated that the optimal preparation conditions of PF - MAS were as belownFeⅢ ∶ nMg Ⅱ ∶nAl Ⅲ5∶ 0. 35∶ 0. 5, aging temperature50 ℃ and aging time0. 5 h. After pretreatment by PFMAS, COD removal could reach over 60. PFMAS is a kind of inorganic macromolecular copolymer of Fe Ⅲ , MgⅡand AlⅢ , with long macromolecular chains and macrocosmic crystal structure. Keywords landfill leachate inorganic polymer flocculant copolymer of Fe Ⅲ MgⅡand Al Ⅲ COD removal rate preparation optimization THE STUDY ON THE INOCULA FOR BOD5DETERMINATION Cui Jiansheng Wang Fang Wei Fusheng 54 Abstract Three strains screened from the municipalwastewater were used to make the BOD5inocula for BOD5test. The best conditionsfor making the freeze dry power BOD5inoculawere studied. The characteristics of the BOD5inoculawere compared by test on soil leaching solution and commercial Polyseed of GGA s and the actualwastewater s BOD5determinition. The standard deviation of inocula, soil leaching solutionand polyseedwas 3. 60, 8 . 34 and 2. 87 mg L respectively in GGA s experiment, and 8. 5, 33. 2 and 6. 0 mg L in the test of actual wasterwater. Keywords Biochemical Oxygen Demand BOD5 inocula repeatability UATION AND IMPROVING ON THE S OF MONITORING COD IN SEDIMENT- LADEN RIVERHe Zhijuan Xiao Xiangqun Mao Yuxia et al 57 Abstract Based on the analysis of the characteristics of sediments in the Yellow River and the impacts of sediments on the water environ - ments, this paper analyzed the primary problem which existsinmonitoring COD in Yellow Riverwith the prevenient and current monitoring meth - ods. According to which, an improved of monitoring COD was put forward.In this , the concept of non -attenuation COD value of sediment was introduced and the computing ula of the value in lower reaches of the Yellow River was got by experimentation. The experiments 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 6,December,2008