枯草芽孢杆菌对不同富营养化水体的净水作用
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摘要：以ＣＯＤ去除率高低衡量枯草芽孢杆菌净水能力，研究了不同投菌量、处理方式、水样ｐＨ值、处理温度、水样富营养化程度对枯草芽孢杆菌净水能力的影响。结果表明，该菌株能迅速降解不同水样中有机物，在不同处理条件下水样的ＣＯＤ都有明显的下降。最佳处理条件为投菌量１０％、振荡培养、ｐＨ值７．０、温度３７℃及COD较低的水样。在最佳处理条件下，枯草芽孢杆菌对于初始ＣＯＤ浓度较低的水样处理效果更好，而ＣＯＤ含量越高则需要较长时间才能将水样中有机物质降解。
中图分类号：Ｘ５２４文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）10－1972-03
Purification Ability of Bacillus subtilis on Eutrophic Water
ＷＡＮＧ Ｗｅｎ－jｕｎ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｓｏｕｔｈ－Ｃｅｎｔｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆｏｒ Ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ，Ｗｕｈａｎ ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ which was evaluated by the level of COD removal rate ｏｎ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｅｕｔｒｏｐｈｉｃ ｗａｔｅｒ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｏｃｕｌｕｍ， ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ， ｐＨ ｖａｌｕｅ， ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｅｕｔｒｏｐｈｉｃ ｌｅｖｅｌ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ Ｂ． ｓｕｂｔｉｌｉｓ ｃｏｕｌｄ ｄｅｃｏｍｐｏｓｅ ｔｈｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒｓ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｓｅｗａｇｅｓ ｒａｐｉｄｌｙ，the level of COD decreased obviously in different treatments． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ １０％ ｏｆ ｉｎｏｃｕｌｕｍ， ｓｈａｋｉｎｇ ｃｕｌｔｕｒｅ， ｐＨ ７．０， ３７ ℃， ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ＣＯＤ ｌｅｖｅｌ． Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｂ． Ｓｕｂｔｉｌｉｓ ｗａｓ ｂｅｔｔｅｒ on ｅｕｔｒｏｐｈｉｃ ｗａｔｅｒ ｗｉｔｈ ｌｏｗｅｒ ｉｎｉｔｉａｌ ＣＯＤ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｒ ＣＯＤ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ； ｅｕｔｒｏｐｈｉｃ ｗａｔｅｒ； ｗａｔｅｒ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ effect
随着人类社会生产力的大幅提高和人口压力的不断增大，全球范围内的内陆水体富营养化现象日趋严重，我国２／３以上的湖泊和水库都处于富营养化的水平，使得富营养化成为我国湖泊目前和今后相当长一段时期内的重大水环境问题之一［１］。富营养化水体中化学需氧量（ＣＯＤ）、生物耗氧量（ＢＯＤ）、氨氮、硝酸盐与亚硝酸盐、硫化物等指标严重超标，水质恶化。如果能有效避免产生富营养化的有机物质及其分解产物的过量积累，就能获得良好的水质条件。基于此，选育和培养高效安全的微生物菌剂，通过微生物直投法净水新技术可能改善和恢复养殖水体的生态环境，达到净水的目的［２－５］。研究者保存的枯草芽孢杆菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ）Ｗ１０３菌株能迅速分解水体中的有机物，促进硫化物和亚硝酸盐的氧化，并且具有快速的生长繁殖能力和适应环境的能力。研究Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ Ｗ１０３对几种富营养水样中有机物质的降解能力，将为富营养化水体的净化提供实践参考。
１材料与方法
１．１材料
１．１．１菌种与水样枯草芽孢杆菌Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ Ｗ１０３ ４℃冰箱斜面保存于实验室。水样Ⅰ采自湖北武汉黄家湖，水样Ⅱ采自湖北武汉南湖。
１．１．２培养基活化培养基［６］：葡萄糖 ３０ ｇ、酵母粉５ ｇ、磷酸氢二钠１ ｇ、磷酸氢二钾３ ｇ、硫酸镁２ ｇ、去离子水１ ０００ ｍＬ。斜面培养基：葡萄糖３０ ｇ、酵母粉５ ｇ、磷酸氢二钠１ ｇ、磷酸氢二钾３ ｇ、硫酸镁２ ｇ、琼脂２０ ｇ、去离子水１ ０００ ｍＬ。肉汤培养基［７］：牛肉膏５ ｇ、蛋白胨１０ ｇ、ＮａＣｌ ５ ｇ、水１ ０００ ｍＬ。
１．２方法
１．２．１培养方法将斜面保存菌种接种到新鲜斜面培养基上，在３７℃的条件下培养４８ ｈ，待长出菌落后接种于肉汤培养基上，３７℃、２００ ｒ／ｍｉｎ振荡培养２４ ｈ的菌液作为处理水样的备用菌液。
１．２．２净水试验方法
１）投菌量的影响试验。考虑到实际的污水净化情况，试验采用２０℃静置处理，分别投入５％、１０％和１５％的Ｂ． ｓｕｂｔｉｌｉｓ Ｗ１０３菌液，处理时间１２０ ｈ，期间每隔２４ ｈ取样测定ＣＯＤ。
２）处理方式的影响试验。在培养温度２０℃、投菌量为１０％下采用静置和摇床振荡（２００ ｒ／ｍｉｎ）两种处理方式，处理时间１２０ ｈ，期间每隔２４ ｈ取样测定ＣＯＤ。
３）水样ｐＨ值的影响试验。在培养温度２０℃、投菌量为１０％下采用静置处理方式，调节水样初始ｐＨ值为５．５、７．０、８．５，处理时间１２０ ｈ，期间每隔２４ ｈ取样测定ＣＯＤ。
４）处理温度的影响试验。在投菌量为１０％下采用静置处理方式，在温度为２０、３０和３７℃，处理时间１２０ ｈ，期间每隔２４ ｈ取样测定ＣＯＤ。
５）水样富营养化程度的影响试验。投菌量为１０％，采用静置处理方式，分别处理不同富营养化程度的水样，在此试验中南湖水样和黄家湖水样分别浓缩６倍后作为处理水样（共４个水样），处理时间７２ ｈ后取样测定ＣＯＤ。
６）最佳处理条件的处理试验。在投菌量为１０％、处理温度３７℃、摇床转速２００ ｒ／ｍｉｎ下处理水样Ｉ、ＩＩ，处理时间７２ ｈ后取样测定ＣＯＤ。
１．２．３分析方法
１）水样处理方法。方法Ⅰ：取样１００ ｍＬ，稀释６０倍后测定初始ＣＯＤ，处理后培养液离心，取上清液直接测定ＣＯＤ；方法Ⅱ：取样１００ ｍＬ，稀释６０倍后取样测定初始ＣＯＤ，其他步骤同上。
２）ＣＯＤ测定方法。枯草芽孢杆菌对不同污水的净水能力以水样的ＣＯＤ去除能力进行考察，ＣＯＤ测定方法为酸性高锰酸钾法，参见国家环境保护部行业标准ＨＪ／Ｔ３９９－２００７［８］。
２结果与分析
２．１投菌量对枯草芽孢杆菌净水能力的影响
ＣＯＤ是一定条件下用一定的强氧化剂处理水样时所消耗的氧化剂的量，以Ｏ２ ｍｇ／Ｌ计。不同接种量对枯草芽孢杆菌净水能力的影响如图１所示。从图１可以看出，Ｂ． ｓｕｂｔｉｌｉｓ Ｗ１０３菌株对于初始ＣＯＤ较高的南湖污水降解效率更好，能迅速降低水样的ＣＯＤ值，投菌量为１０％时得到了十分满意的效果，在４８ ｈ内使两个水样ＣＯＤ值降低到较低的水平，水样Ｉ和水样ＩＩ ＣＯＤ去除率分别达到６０．９％和７０．０％，故确定最佳的投菌量为１０％。
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２．２处理方式对枯草芽孢杆菌净水能力的影响
不同处理方式对枯草芽孢杆菌净水能力的影响如图２所示。可见不同的处理方式对枯草芽孢杆菌的净水能力有明显的影响，在处理４８ ｈ后，振荡处理更有利于高ＣＯＤ水样的ＣＯＤ除去，可能是由于振荡培养时体系中溶氧浓度较高，有利于枯草芽孢杆菌的生长活动，从而有利于其净水能力的提高。然而振荡处理对于枯草芽孢杆菌处理低ＣＯＤ水样的净水能力影响较小，可能是由于低ＣＯＤ水样的营养物质较少，对枯草芽孢杆菌生长利用率不明显的原因。
２．３水样ｐＨ值对枯草芽孢杆菌净水能力的影响
由于富营养化水体中营养物质复杂，导致水样呈现不同的ｐＨ值，有必要研究ｐＨ值对枯草芽孢杆菌净水能力的影响。结果（表１）表明，水样ｐＨ值对枯草芽孢杆菌的净水能力有明显的影响，在中性环境下更有利于水体的净化，这与该菌株的最适生长ｐＨ值为中性有关。碱性条件不利于其净水作用，可能与碱性条件下枯草芽孢杆菌生长不利有关。
２．４处理温度对枯草芽孢杆菌净水能力的影响
温度对于微生物的生存和酶活力有着重要的影响，在不同季节处理富营养化水体由于水体温度不同会表现出不同的结果，为此研究了处理温度对枯草芽孢杆菌净水能力的影响，结果如图３。由图３可见，随着温度的提高，枯草芽孢杆菌净水能力增强，由于枯草芽孢杆菌最适培养温度为３７℃，温度的提高有利于枯草芽孢杆菌相关酶活力的提高，更有利于其利用水体中的有机物质。
２．５水样富营养化程度对枯草芽孢杆菌净水能力的影响
水样富营养化程度对枯草芽孢杆菌净水能力的影响（图４）表明，高浓度的水样处理后有较高的ＣＯＤ值，浓缩后水样ＣＯＤ的去除率（浓缩后水样Ⅰ、Ⅱ的去除率分别为４５．８％和６３．９％）较之水样Ⅰ和Ⅱ的去除率（水样Ⅰ和Ⅱ的去除率分别为８２．５％和７６．９％）要低得多。可见富营养化程度高的水样不利于枯草芽孢杆菌的净水作用，可能与浓缩后水样中不利于枯草芽孢杆菌生存的物质过多有关，尤其是水样Ⅰ浓缩后枯草芽孢杆菌的净化能力大为下降，可能该水样中有较多的不利因子。
２．６最佳处理条件对枯草芽孢杆菌净水能力的影响
综上所述，两个水样的最佳处理条件应为投菌量１０％、ｐＨ值７．０、３７℃振荡培养，在此最佳处理条件下对相应水样进行处理７２ ｈ，考察了枯草芽孢杆菌对ＣＯＤ降解率的影响，结果如表２。可见在最佳处理条件下，枯草芽孢杆菌对于初始ＣＯＤ浓度较低的水样处理效果更好，而ＣＯＤ越高越难于处理，从而需要较长时间才能将水样中有机物质降解完全。
３结论与讨论
有机物质在水中的积累超过一定的限度时，会使养殖水体呈富营养型，水质条件恶化，对鱼、虾生长带来不良的影响。试验证明枯草芽孢杆菌能够迅速降低水体的ＣＯＤ值，使水体得到有效净化。最佳处理条件为投菌量１０％、振荡培养、ｐＨ值７．０、温度３７℃及低ＣＯＤ。在最佳处理条件下，枯草芽孢杆菌对于初始ＣＯＤ浓度较低的水样处理效果更好，而ＣＯＤ越高则需要较长时间才能将水样中有机物质降解。
参考文献：
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［８］ ＨＪ／Ｔ３９９－２００７，ＣＯＤ快速消解分光光度法［Ｓ］．
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