生物膜微生物活性的测定
219385445_盐度对序批式生物膜反应器性能及微生物活性影响
第 43 卷第 6 期2023年 6 月Vol.43 No.6Jun.，2023工业水处理Industrial Water Treatment DOI ：10.19965/ki.iwt.2022-0770盐度对序批式生物膜反应器性能及微生物活性影响安鸿雪1，张婉玉1，薛飞2，白玉玮2，宁静2，李再兴1（1.河北科技大学环境科学与工程学院，河北石家庄 050000；2.石家庄高新技术产业开发区供水排水公司，河北石家庄 050000）[ 摘要 ] 为探究盐度对序批式生物膜反应器（SBBR ）处理废水的影响，采用3种填料（白呼吸环、生物绳型填料、聚氨酯海绵悬浮球）对SBBR 进行挂膜，且投加已筛选出的2种耐盐菌：宜兴曼格洛杆菌（Mangrovibacter yixingensis ）和索氏菌属砷酸索氏菌（Thauera selenatis ），分别在盐度0.5%、1%、2%、3%、4%、5%条件下考察其对COD 、NH 4+-N 、NO 3--N 和NO 2--N 的降解效果以及对生物膜主要特性（SOUR 、SAOR 、SNOR 、SNRR 和EPS ）的影响。
结果表明，在盐度0.5%~3%范围内SBBR 对COD 降解率约90%，NH 4+-N 去除率约80%；盐度对菌群的抑制作用为亚硝酸盐氧化菌>氨氧化菌>硝酸盐还原菌；3种反应器中LB-EPS 、TB-EPS 中的PN 和PS 都随盐度的增加而增加，PN/PS 随盐度的增加而降低，PS 受盐度的影响更为明显；白呼吸环比生物绳型填料和聚氨酯海绵悬浮球具有更强的抗冲击能力，受盐度变化的影响较小，微生物种群更丰富；随着盐度的提高，3种填料的微生物优势种群有明显差异，经过耐盐菌的投加与驯化，Mangrovibacter 成为优势菌属。
［关键词］ SBBR ；COD 降解；脱氮速率；微生物酶活性；微生物群落结构［中图分类号］ X703.1 ［文献标识码］A ［文章编号］ 1005-829X （2023）06-0117-08Effect of salinity on performance and microbial activity of sequential batch biofilm reactorAN Hongxue 1，ZHANG Wanyu 1，XUE Fei 2，BAI Yuwei 2，NING Jing 2，LI Zaixing 1（1.School of Environmental Science and Engineering ，Hebei University of Science and Technology ，Shijiazhuang050000，China ；2.Shijiazhuang High -tech Industrial Development Zone Water Supply andDrainage Company ，Shijiazhuang 050000，China ）Abstract ：In order to explore the influence of salinity change on sequential batch biofilm reactor （SBBR ） wastewater treatment ，three kinds of fillers （white breathing ring ，biological rope type packing and polyurethane sponge suspen⁃sion balls ） were used for membrane hanging ，and two salt -tolerant strains ，Mangrovibacter yixingensis and Thauera selenatis ，were added. The degradation effects of COD ，NH 4+-N ，NO 3--N and NO 2--N and their effects on the main characteristics of biofilms （SOUR ，SAOR ，SNOR ，SNRR and EPS ） were investigated at the salinity of 0.5%，1%，2%，3%，4% and 5%，respectively. The results showed that the COD degradation rate and NH 4+-N removal rate of SBBR were about 90% and 80% respectively in the range of 0.5%-3% salinity. Among nitrite oxidizing bacteria ，ammonia oxidizing bacteria and nitrate reducing bacteria ，salinity had the greatest inhibitory effect on nitrite oxidiz⁃ing bacteria ，then followed by ammonia oxidizing bacteria ，and the least inhibitory effect on nitrate reducing bacte⁃ria. PN and PS in LB -EPS and TB -EPS in the three reactors increased with increasing salinity ，while PN/PS ratio decreased with increasing salinity ，and PS was more significantly affected by salinity. Compared with biological rope type packing and polyurethane sponge suspension ball ，white breathing ring had stronger impact resistance ，less af⁃fected by salinity changes ，and more abundant microbial population. With the increase of salinity ，the dominant mi⁃crobial populations of the three fillers were significantly different. After the addition and domestication of salt -tolerant bacteria ，Mangrovibacter became the dominant bacterial genus.Key words ：SBBR ；COD degradation ；denitrification rate ；microbial enzyme activity ；microbial community structure［基金项目］ 石家庄市科学技术研究与发展计划项目（211240123A）开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：试验研究工业水处理 2023-06，43（6）近年来，含盐废水排放量日益增加，皮革制造、制药、造纸等产业的生产加工废水是其主要来源〔1-2〕。
生化需氧量快速测定仪操作规程
220B型BOD快速测定仪操作规程一、生物膜的活化与保养1生物膜活化：在烧杯中取500mL清洗液，然后将干膜取出浸泡至该烧杯中。
每3-4天更换新的清洗液，直至7天。
2生物膜保养：每周至少开机清洗两次，每次8小时；微生物膜一月更换一次。
二、管路连接每个配件包中有三根管子：第一根管子由1#、10#、11#、14#组成，其中10#为清洗管，连接清洗液，11#为进样管，连接进样针，14#为蠕动泵管；第二根管子由3#、5#和三通管组成，其中3#管缠绕在螺旋柱上，一头连接14#管，5#管连接流通池的下端，三通管接气泵管；第三根管子(6#)是废液管，一头连接流通池的上端，另一头接废液桶。
三、仪器使用方法1打开仪器电源开关，之后用手指按住红色开机键3秒后放开，使仪器正常开机。
2 打开计算机后在屏幕上双击BOD软件，弹出登录窗口后在BOD仪器的控制面板上按下复位键，等待十秒后点击登录，弹出设置界面时显示连接成功，设置好参数后点击确认，进入测量界面。
3 在测量界面根据实际需求设置标准和样品，并在对应的样品杯中放入标准溶液和样品溶液，之后在屏幕上点击开始测量，弹出开始测量窗口。
4 测量结束后在屏幕上点击数据可以查看测量数据，点击历史数据可以查看以前的历史数据。
5 测量结束后在屏幕上点击退出系统可以关闭软件。
6 关闭计算机和仪器电源。
四、注意事项1、每次开机后要清洗仪器，待仪器电位稳定之后方可开始测量；2、透氧膜12-18个月更换一次；3、标准液测量顺序：由低浓度至高浓度，并且不能出现重复值；4、电极需要保持永久的垂直状态；5、仪器不能长时间处于缺少液体的状态；6、流通池的进液方式为：下进上出！！！7、连续关机不能超过7天以上，否则微生物膜的活性会下降的很快；8、更换微生物膜，凹面应朝上，安装微生物膜时，菌膜和碗应擦干之后再慢慢扣上。
生物膜
生物膜的微生物相：细菌：细菌是微生物膜的主体，其种类受基质类型、附着生长状况、pH、温度等的影响；异养菌是生物膜中的主要细菌，可分为好氧异养菌、厌氧呼吸型异养菌、厌氧异养菌、兼性厌氧菌四类。
常见的细菌种类有：球衣菌、动胶菌、硫杆菌属、无色杆菌属、产碱菌属、八叠球菌属、亚硝化单胞菌属、硝化杆菌属等。
真菌：真核生物，大多数具有丝状形态。
当污水中有机物的成分变化、负荷增加、温度下降、pH降低和DO下降时，容易滋生丝状菌。
藻类：受阳光照射的生物膜中藻类为主要成分。
藻类主要限于生物膜反应器中上表层部分、数量少，对污水处理净化作用不大。
原生动物：原生动物在成熟的生物膜中不断捕食生物膜表面的细菌，从而保持生物膜的活性起作用。
后生动物：轮虫类、线虫类、昆虫类等。
观察生物膜中的微生物相可检查、判断生物膜反应器的运转情况及污水处理效果。
不同生物膜反应器生物的分布不同，需进行研究，好氧方面研究较深入一些，厌氧生物膜微生物的分布研究还应深入。
影响微生物附着的因素总结：裁体表面性质：载体的类型、表面化学特性、载体浓度、载体形状大小、载体比表面积、粗糙度和孔隙；微生物的性质：微生物种类、表面化学特性、形状与大小、微生物的浓度、培养时间和条件；环境的性质：pH值、离子强度、水力学特征、竞争物种的存在，温度协调物种的存在、接触时间。
影响微生物在载体表面附着的因素很多，影响机制十分复杂，仍需进一步深入研究。
生物膜反应器的稳定运行方面的研究已取得不少进展。
但厌氧生物膜反应器的启动还处于研究之中并且是经验性的。
对于废水中微生物所需要的有关营养物、环境条件方面的知识的了解有助于选择适宜微生物生长最佳条件。
厌氧微生物其生长速率低，对环境要求严格，难于附着到固体表面等原因使厌氧生物膜反应器的启动比好氧困难。
通过选择合适的载体，采用适宜的接种方式的启动策略，可以加速厌氧生物膜反应器的启动。
生物膜法的不足：需要填料和支撑结构，在不少情况下基建投资超过活性污泥法；出水常常携带较大的脱落的生物膜片，大量非活性细小悬浮物分散在水中使处理水的澄清度降低；活性生物量较难控制，在运行方面灵活性差；载体材料的比表面积小时，BOD容积负荷有限；若采用自然通风供氧，在生物膜内层往往形成厌氧层，从而缩小了具有净化功能的有效容积。
生物膜法微生物的生长方式
生物膜法微生物的生长方式
生物膜法是一种利用微生物附着在固体表面上形成生物膜，以降解有机物质的技术。
在这种技术中，微生物的生长方式是非常重要的。
微生物的生长方式可以影响生物膜的形成和降解效率。
微生物的生长方式可以分为两种：悬浮生长和附着生长。
悬浮生长是指微生物在水中自由游动，通过吸收营养物质进行生长。
附着生长是指微生物附着在固体表面上，通过吸收营养物质进行生长。
在生物膜法中，微生物的附着生长是非常重要的。
微生物附着在固体表面上形成生物膜，可以增加微生物的生长密度和降解效率。
生物膜可以提供微生物生长所需的营养物质和保护微生物免受外界环境的影响。
此外，生物膜还可以增加微生物与废水中有机物质的接触面积，提高降解效率。
微生物的附着生长是一个复杂的过程。
首先，微生物需要在固体表面上寻找适合附着的位置。
然后，微生物通过分泌胶原蛋白等物质将自己固定在固体表面上。
最后，微生物在固体表面上形成生物膜，开始进行降解有机物质的活动。
微生物的附着生长受到许多因素的影响，如温度、pH值、营养物质浓度、水流速度等。
在生物膜法中，需要控制这些因素，以保证微生物的附着生长和降解效率。
微生物的生长方式对生物膜法的降解效率有着重要的影响。
通过控制微生物的附着生长，可以提高生物膜的形成和降解效率，从而实现废水的高效处理。
生物膜特征指标测定方法
第2章生物膜特征指标测定方法选择合适的生物膜指标进行测定和评价非常重要。
本研究课题主要的生物膜指标包括：生物膜量、生物膜胞外聚合物的量、活性生物量和生物膜的活性。
下面分别介绍它们的测定方法。
2.1 生物膜量2.1.1 生物膜的剥落生物膜固定在载体的表面，很难直接测量生物膜干重。
因此，评价载体生物膜量前，必须首先把生物膜从载体表面剥落下来。
生物膜的剥落方法很多，其中，有效剥落方法主要有机械剥落、超声剥落和超声加化学剥落。
在生物膜剥落在生物膜的多项分析中起关键作用，剥落回收率的高低直接影响其他分析的精确度。
（1）机械剥落。
对生物膜载体使用简单的机械方法，使生物膜脱离载体的表面。
这种剥落方法，简单、易于操作。
但该法却不适用于表面具有孔隙或表面粗糙度较大的载体。
生物膜机械剥落方法在生物膜反应器中得到广泛应用。
（2）超声剥落。
利用超声波冲击剥落生物膜。
可根据具体情况，选择合适的超声波工作功率。
（3）超声加化学剥落。
考虑到生物膜胞外聚合物对生物膜的胶联特性，若单纯使用超声波进行生物膜剥落，一般需要超声波的功率较高，作用时间较长。
Liu（1994）提出可将生物载体首先置于1M 的碱液中，并水浴30 分钟，温度控制在60～80℃。
经处理后，生物膜与载体表面的胶联度大大降低。
这时，再经过超声波处理，可在较低功率及较短时间作用就可得到非常好的剥落效果。
2.1.2 评价生物膜量的指标（1）生物膜干重。
生物膜剥落后，含有生物膜的溶液经事先称重的0.45μm滤膜过滤，把滤膜置于温控105℃的干燥箱内，干燥至恒重，过滤前后的重量之差即为剥落生物膜干重。
生物膜干重是生物膜参数中最为常用的指标。
（2）生物膜挥发性干重（VSS）。
生物膜干重反映的是生物膜总量。
生物膜的生物化学活性只与活性生物量相关，而生物膜挥发性干重可以反映生物膜活性生物量。
为了获得较准确的活性生物量信息，在生物膜的研究中，常常选用可挥发性生物膜重( Ameziane et al., 2002)。
生物接触氧化法污水处理工程技术规范(HJ2009-2011)
指接触氧化池内填料体积与池体有效容积的比值，通常是经验值。 3.12 预处理 Pretreatment
指进水水质不能满足生物接触氧化工艺生化要求时，根据调整水质的需要，在生物接触氧化池 前设置的处理工艺，如水解酸化、气浮、均质、混凝沉淀、厌氧等工艺。 3.13 前处理 Front process
平均日流量（L/s）
5
15
40
70
100
200
500
≥1000
总变化系数
2.3
2.0
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
5.1.1.5 排入市政管网的工业废水设计流量应根据城镇市政排水系统覆盖范围内工业污染源废水 排放统计调查资料确定。 5.1.1.6 雨水设计流量参照 GB50014 的有关规定。 5.1.1.7 在地下水位较高的地区，应考虑入渗地下水量，入渗地下水量宜根据实际测定资料确定。
5 设计水量和设计水质
5.1 设计水量 5.1.1 城镇污水设计流量 5.1.1.1 城镇旱流污水设计流量应按公式（1）计算。
式中：
Qdr = Qd + Qm …………………………………………（1）
Qdr —— 旱流污水设计流量，L/s；
Qd —— 设计综合生活污水量，L/s；
Qm —— 设计工业废水量，L/s。
HJ/T15
环境保护产品技术要求 超声波明渠污水流量计
HJ/T91
地表水和污水监测技术规范
HJ/T96
PH水质自动分析仪技术要求
《环境微生物》课程教学大纲
环境微生物组学研究进展
宏基因组学在环境微生物研究中的应用
通过高通量测序技术揭示环境微生物群落组成、功能及动态变化。
元转录组学和元蛋白质组学在环境微生物研究中的应用
解析环境微生物在特定条件下的基因表达和蛋白质合成情况。
单细胞测序技术在环境微生物研究中的应用
揭示单个环境微生物细胞的基因组成、表达及代谢特征。
如基于纳米技术的生物修复、基于人工智 能的生物修复等，为环境微生物修复技术 的发展提供新的思路和方法。
THANKS
03
环境微生物生态学
环境中微生物的分布与多样性
01
微生物在土壤、水体、空气 等自然环境中的分布特点
02
不同生境中微生物的多样性 及其影响因素
03
微生物群落结构与功能多样 性的研究方法
微生物在物质循环中的作用
微生物参与的污染物降解 与转化机制
微生物驱动的有机物分解 与矿化过程
微生物在碳、氮、磷等元 素循环中的关键作用
大气污染生物治理技术
生物过滤
利用生物滤池中的微生物降解大气中的有机污染物，如挥发性有机 物、硫化氢等。
生物洗涤
将污染空气通入含有微生物和营养液的洗涤塔中，通过微生物的吸 附和降解作用去除污染物。
植物修复
利用植物的吸收和转化作用，减少大气中的污染物含量，如吸收二氧 化碳、释放氧气等。
06
环境微生物学研究前沿与 展望
微生物生理生化特性
营养类型
阐述微生物的营养需求，包括光能自养 、化能自养、异养等类型。
生长繁殖
阐述微生物的生长繁殖方式，包括二分 裂、孢子形成等。
代谢途径
详细介绍微生物的代谢途径，如糖酵解 、三羧酸循环、氧化磷酸化等。
MBBR中生物膜和悬浮微生物特性的研究
ｌ 试 验 材 料 与 方 法
１ １ 试 验 装置 ．
Ｗ ＝［Ｗ１ （ 一Ｗ２ ／ 样 的填 料 个数 ］ ）取 ×反 应 器 中 的 填 料 总
数
悬 浮 生 物量 测 定 ： 量 法 重
试验 装 置 反 应 器 采 用 有 机 玻 璃 加 工 而成 ， 内径 １ｃ 总 高 ３ｍ， ５ｃ 有 效容 积为 ４０ ， 加 载体 １３ ， 体 填 充 率为 ３ ％（ 积 ０ｍ， ．Ｌ 投 ．Ｌ 载 ｏ 体 比） 。进水 位于 反应 器顶端 ， 曝气 头 位 于反 应 器 的底 部 ， 保 证移 以 动床 生物膜 反应 器 内全部 填料处 于紊动状 态 。曝 气 系统 由空 气压 缩机 和石英 砂 曝气头 组成 ， 气量采 用转 子流量 计计 量 。 系统 采 取 Ｓ Ｒ 运 行方 式 ， Ｂ 水务 停 留时 间 （ Ｔ 为 ８ 。 ＨＲ ） ｈ １２ 悬 浮填 料 ． 反应 器 内所 用 悬 浮 填 料 为 空 心 圆 柱 ， 部 有 十 字 支 撑 面 ， 内 外 侧 均匀 分 布 有 很 短 的 侧 翼 薄 片 。 其 直 径 为 １ ０ｍｍ、 为 ９ 高 ｍｍ、 厚 为 ｌ 壁 ｍｍ、 质为 聚 丙 烯 。 填 料 的 真 密 度 为 ９ ８ ５ｋ ／ 材 ７ ． ｇ
化规 律 。
ｎ ／１ 内 比表 面 积 为 ２ ０ｎ ／ ） 该 填 料 为 疏 水 性 材 料 ， １ ｎ３ ２ （ ６ １ ｍ３ 。 ２ 所 以较 易 挂 膜 ， 之 内 表 面 积 大 ， 料 内 侧 容 易 形 成 较 稳 定 的生 加 填
Hale Waihona Puke 可 以看 出 ， Ｂ 内的 附 着 生物 量 与 悬 浮 生 物 量 呈 周 期 性 ＭＢ Ｒ 变 化 。填 料 上 的 生 物 膜 在 生 长 到 一 定 厚 度 时 ， 于 其 内 部 厌 由 氧 ， 物 膜 结 构变 松 散 ， 脱 落 ， 成 悬 浮 污 泥 ， 时 悬 浮 生 物 生 则 形 此 量 会 达 一个 峰 值 。 一个 周 期 结 束后 ， 着 生 物 量 进 入 下 一 个 生 附
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生物膜微生物活性的测定(TTC-DHA)法
在本课题研究中，生物膜微生物的活性通过氯化三苯基四氮唑(TTC)-脱氢酶活性测定法进行。
利用氯化三苯基四氮唑(2,3,5-triphenyl tetrazolium chloride ，TTC；Shanghai Reagent Co., Ltd, Shanghai, China)的还原性产物TTC-甲瓒(TF)的量，来表示微生物的活性。
一、生物膜样品的制备
取10g载体生物膜，用蒸馏水润洗2次，置于锥形瓶中，用玻璃珠剧烈摇动将生物膜打碎，用生理盐水20mL稀释，用玻棒搅动，使成悬液，备用。
二、主要仪器和试剂
氯化三苯基四氮唑( TTC)-葡萄糖标准溶液:TTC分析纯0.1 g与葡萄糖l g共溶于100 mL蒸馏水中，棕色试剂瓶保存；甲苯(分析纯)；三氯甲烷(分析纯)；三羟甲基氨基甲烷(Tris)-HCI缓冲溶液，pH值为8．6；其它：硫化钠。
三、标准曲线的制作
在分液漏斗中依次注入l，2，3，4，5，6 mL浓度为l g ·L-1 TTC-葡萄糖标准溶液，2 mL Tris-HCI缓冲溶液及lmL 10％Na2S新配溶液,摇匀；待溶液充分显色后，准确加入甲苯溶液5mL，振摇，完全提取TF。
放置片刻；待溶液分层后，取有机溶液层, 移至lcm比色皿中,稳定2 min用752紫外分光光度计在波长485nm处，测对应的吸光度
(A)值，对脱氢酶活性作图，以试剂空白作对照，绘制标准曲线。
四、生物膜脱氢酶活性测定
取生物膜制备液2mL于带塞试管中，依次加入Tris-HCl缓冲液、0.1 mol ·L-1葡萄糖液、0.5％TTC各2 mL，置入37±1℃恒温箱中培养6 h后取出，加2滴浓硫酸终止反应，准确加入5 mL甲苯，振摇，在4000 rpm下离心5 min，取有机溶剂层比色。
在上述条件下，将1h产生1µgTF的量为1个酶活力单位。