王 軍 劉寶章 任久長(zhǎng)
北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)中心 10087

課題背景

　　農(nóng)藥廢水的治理是目前環(huán)保工作的難點(diǎn)之一。新型化學(xué)農(nóng)藥一擬除蟲(chóng)菊酯類、雜環(huán)類農(nóng)藥，化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，合成步驟多，中間體繁雜，致使這兩類農(nóng)藥廢水成分極其復(fù)雜，含有大量有毒或難降解的有機(jī)化合物，以及CN-、Cl-、SO42-等無(wú)機(jī)鹽，對(duì)生物體毒害極大。在國(guó)外一般采用代價(jià)昂貴的、而且易造成二次污染的焚燒方法。在我國(guó)，這類農(nóng)藥的廠家大多建有生化處理裝置，但目前幾乎沒(méi)有一家能夠獲得理想的處理效果。擬除蟲(chóng)菊酯類、雜環(huán)類農(nóng)藥低毒（對(duì)人畜）、高效、低殘留量、環(huán)境相容性好，將逐漸取代有機(jī)磷農(nóng)藥?？紤]到實(shí)際需要與將來(lái)應(yīng)用前景，我們進(jìn)行該類農(nóng)藥及其廢水的微生物降解研究，并在南京第一農(nóng)藥廠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

研究方法

1、材料
　　土壤樣采自南京第一農(nóng)藥廠廢水處理車間排水口附近的砂土，剔除雜草雜物。
　　營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基：蛋白陳10g，牛肉膏5g，NaCl5g, 1000mLH2O中。pH值7.2。選擇性培養(yǎng)基ＶＫ的無(wú)機(jī)鹽溶液：K₂HPO₄ 0.1g,MgSO₄.7H₂O 0.2g,(NH₄)₂SO₄ 0.1g,CaSO₄0.04g,FeSO₄.7H₂O 0.01g,1000MlH₂O中。pH值7.2-7.4.綜合有機(jī)廢水取自南京第一農(nóng)藥廠集水池，有關(guān)性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 有機(jī)廢水的有關(guān)性質(zhì) COD(mg/L) BOD(mg/L) pH 鹽度（%） CN-（mg/L) 1.0-2.0×10⁴ 2000-3000 10-12 4.0-6.0 30-40

　　吡蟲(chóng)啉、噠螨靈、溴氰菊酯、甲氰菊酯、醚醛、咪唑烷等成品農(nóng)藥來(lái)自南京第一農(nóng)藥廠，商品級(jí)。苯、吡啶，市購(gòu)，化學(xué)純級(jí)。
2、試驗(yàn)步驟
　　降解菌的富集：取10g土樣加到1000mLＬ富集培養(yǎng)基中，調(diào)整pH值7.2左右，置于恒溫振蕩器上，30℃，120rmp連續(xù)震蕩培養(yǎng)48小時(shí)。移取10mL活性培養(yǎng)液于100mL選擇培養(yǎng)基中，置于恒溫振蕩器上，30℃，120rmp連續(xù)振蕩培養(yǎng)48小時(shí)。從上述活性菌液中挑取、一環(huán)在VK固體培養(yǎng)基上劃線，連續(xù)培養(yǎng)數(shù)天直至平板上出現(xiàn)明顯可見(jiàn)的菌落。
　　液體轉(zhuǎn)移培養(yǎng)：從平板上挑取單個(gè)菌落移入含10mL選擇培養(yǎng)基（廢水作為能源、碳源）的25mL小試管中，置于恒溫振蕩器上，30℃，120rmp連續(xù)震蕩培養(yǎng)24小時(shí)。
　　廢水降解試驗(yàn)：以10% 的接種量，將上述單株苗的24小時(shí)活性培養(yǎng)液轉(zhuǎn)移交原底水與VK無(wú)機(jī)鹽溶液不同配比的培養(yǎng)基中（250錐形瓶），置于恒溫振蕩器上，30℃，120rmp連續(xù)底物利用試驗(yàn)：在100mLVK無(wú)機(jī)鹽溶液中分別添加：苯5mL,，吡啶0.5mL，醚醛2.0mL，二氯1.0mL，咪唑烷50mg，吡蟲(chóng)啉100mg，噠螨靈100mg，制成瓊脂培養(yǎng)基。接種培養(yǎng)48小時(shí)的活性菌液0.1mL于上述含有不同底物的平板上。
　　HgCl₂的抗性試驗(yàn)：在以廢水作為能源的VK選擇培養(yǎng)基中分別加入一定量的HgCl₂,制成瓊脂培養(yǎng)基。接種培養(yǎng)48小時(shí)的活性菌液0.1mL于上還含有不同濃度HgCl₂的平板質(zhì)粒檢測(cè)：質(zhì)粒提取、分離采用堿裂解法，用瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)質(zhì)粒。

結(jié)果與討論

1、分離菌株的部分生理生化性狀
　　通過(guò)富集、分離、純化，最后篩選得到了3株能以有機(jī)廢水作為唯一能源的降解菌株,其部分生理生化性狀見(jiàn)表2。

表2 3株細(xì)菌的部分生理生化性狀 菌株 需氧性 運(yùn)動(dòng)性 耐鹽性（NaCl%) 對(duì)HgCl2的抗性（mg/L培養(yǎng)基） 1.0 5.0 10.0 15.0 20.0 W1 兼性 + 5.0 + - - - - W2 兼性 + ＜2.5 + + + + + W3 好氧 　 7.5 + - - - -

　　菌株W1、W2呈現(xiàn)兼氧性，在有氧條件下生長(zhǎng)活躍，但在厭氧或缺氧條件下仍然能夠存活，這種屬性對(duì)于我們進(jìn)一步的SBR工藝是有利的。現(xiàn)場(chǎng)的有機(jī)廢水鹽度相當(dāng)高（4-—6%），對(duì)微生物生長(zhǎng)有一定的抑制作用，菌株的耐鹽性能也是十分重要的。W2菌株對(duì)HgCl2具有相當(dāng)高的耐受力。
2、單株菌的降解譜
　　通過(guò)底物利用試驗(yàn)，考察了3株菌能夠降解的化合物種類，見(jiàn)表3。

表3 3株菌對(duì)底物利用試驗(yàn)結(jié)果 菌株 苯 吡啶 咪啶烷 醚醛 溴氰 甲氰 吡蟲(chóng)啉 噠螨靈 二氯 W1 + + + - - - - - - W2 + + + - + + + + - Y3 + + + + 　 　 + 　 -

　　3 株菌能降解的化合物種類是不同的。對(duì)于農(nóng)藥中間體的基本基團(tuán)，如苯、吡啶、咪唑烷等，3株菌都能降解。通過(guò)觀察菌落最先出現(xiàn)的時(shí)間、生長(zhǎng)速度、大小，發(fā)現(xiàn)W₁、Y₃對(duì)廢水的利用情況較好，而ＷＺ能降解的化合物種類較多。

3、廢水降解試驗(yàn)

3.1 單株菌降解能力
　　W1、W2、Y3對(duì)不同濃度廢水的降解結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 單株菌降解廢水能力對(duì)比（一周） 菌株 起始COD=1600-1700mg/L 起始COD=3000-3500mg/L 終止COD（mg/L) COD去除率（%） 終止COD（mg/L) COD去除率（%） W1 895 46.1 2010 35.8 W2 1200 27.8 3060 14.8 Y3 1190 30.1 2360 28.5

　　可見(jiàn)，無(wú)論是在較低污染物濃度下（進(jìn)水COD濃度1600-1700mg/L),還是在較高COD濃度條件下（進(jìn)水COD濃度3000-3500mg/L），W1的降解效果均是最好的，Y₃次之，W₃對(duì)綜合廢水的降解能力較差，尤其是對(duì)高濃度的廢水降解效果很弱。
3.2 混合菌降解試驗(yàn)
　　將3株菌的活性菌液按1:1:1的比例混合，接種到以廢水為能源的體系中培養(yǎng)一定時(shí)間，蕎得性質(zhì)穩(wěn)定的混合菌群。將這種混合菌培養(yǎng)至對(duì)數(shù)期，接種到不同濃度的廢水體系中，使初始菌濃度達(dá)到2.0×108cells/mL，其降解效果列于表5。

表5 混合菌降解廢水試驗(yàn) 時(shí)間（天） COD（mg/L） R（%） COD（mg/L） R（%） COD（mg/L） R（%） COD（mg/L） R（%） COD（mg/L） R（%） 0 1880 　 3220 　 6980 　 9520 　 11400 　 1 947 49.6 2110 34.4 5400 22.6 9020 5.3 11300 0.9 3 692 63.2 1190 63.0 3650 47.7 6970 26.8 8230 27.5 5 581 69.1 1170 63.7 3060 56.2 5720 39.9 7970 30.1 7 488 74.0 943 70.7 2320 66.8 4980 47.7 7430 34.8

　　混合菌的降解能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)單株菌，其對(duì)有機(jī)污染物的耐受程度也大大提高，即使廢水COD濃度高達(dá)6980mg/L時(shí)，一周后的去除率也有66.8%。
3.3 細(xì)菌的“協(xié)同”效應(yīng)
　　混合菌的降解能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)單株菌。推測(cè)，這3株菌對(duì)廢水中的有機(jī)污染物的降解反應(yīng)是相互補(bǔ)充的。將每株菌己經(jīng)作用至降解平衡（7d）的廢水體系等體積混合，在恒溫振蕩器上繼續(xù)作用一定時(shí)間，考察其COD變化。
　　W1、W2、Y3菌液起始COD分別為1230、1580、1360mg/L，等體積混合后COD濃度為1330mg/L，其COD的變化情況見(jiàn)表6。

表6 單株菌“協(xié)同”降解效應(yīng) 作用時(shí)間（天） COD（mg/L) COD去除率（%） 0 1330 　 1 1220 8.3 3 1090 18.0 5 1070 19.5 7 960 27.8

　　不同菌液混合后，體系COD濃度繼續(xù)下降，可見(jiàn)單株之間是具有“協(xié)同”作用的。對(duì)作用7d后的茵液平板劃線，觀察結(jié)果表明，出現(xiàn)菌落最多的是W1菌株，可見(jiàn)W1菌株成為該生態(tài)體系中的優(yōu)勢(shì)菌種（predominant bacteria）人關(guān)于“協(xié)同”作用機(jī)理詳見(jiàn)別處。
3.4 降解性質(zhì)粒
　　分離菌株的堿裂解一瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖１。

　　結(jié)果表明，被檢測(cè)的菌株均含有質(zhì)粒，分子量大于1.5Kb。關(guān)于降解性質(zhì)粒的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)移性、活性正在進(jìn)一步的研究之中。
4、結(jié)論
　?。?）直接以有機(jī)農(nóng)藥廢水作為唯一能源和碳源，具有較大的選擇壓力，分離、篩選得到的降解菌對(duì)于廢水的降解有著較大的活性。
　?。?）單株菌的降解能力是十分有限的；由單株菌組成的混合菌的降解能力極大提高，單株菌對(duì)廢水中污染物的降解反應(yīng)是互補(bǔ)、具有”協(xié)同”效應(yīng)的。
　?。?）已經(jīng)證明，降解有機(jī)污染物的酶系大多數(shù)由質(zhì)?；蚓幋a，因此，下一步的研究重點(diǎn)之一是3株菌的降解性質(zhì)粒，包括質(zhì)粒的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)移性及其在廢水體系中的轉(zhuǎn)移、表達(dá)等規(guī)律。