李平福
山西省焦炭集团龙源（介休）园区 山西介休 032000
摘要：焦化废水是焦炭生产、煤气净化、焦化产品回收中产生的高浓度有机废水，具有组分复杂、含有大量酚类、联苯类有机污染物、含有氰无机氟离子与氨氮等有害物质的特点、在经过一系列预处理和生物化处理后，焦化废水中的氰含量依旧较多，要求必须对生化的水中的氰化物进行进一步深入处理。由于传统的混凝沉淀等工艺无法有效去除焦化废水中的氰化物，以焦化废水生化处理后的活性污泥为菌源，筛选具有降解氰化物作用的微生物，这些微生物能完全适应焦化废水生化处理工艺，对筛选出来的微生物进行生物分子学鉴定以确定最终的菌株菌属，在研究环境对微生物降解氰化物作用的基础上确定最佳生物降解条件。
关键词：焦化废水；氰化物；功能菌；降解作用
1 研究内容
第一，筛选出具有降解氰化物作用的功能菌，以焦化废水处理中活性污泥为菌源，在经过驯化后筛选出以氰化物为碳源和氮源的微生物，该菌群以氰化物为营养物质，将氰化物转化成无毒无机化合物。第二，鉴定功能菌，提取菌株基因以及基因测序对比，确定功能菌组成。第三，研究氰化物降解功能菌的特性，通过模拟确定最佳功能菌，然后研究优势菌株在不同氰化物浓度下降解氰化物的稳定性，对影响降解作用的因素进行确定，为功能菌的工程应用提供基础数据。
2 实验方案
2.1 分离筛选功能微生物
以活性污泥为菌源，经过富集培养和高浓度的驯化，筛选出微生物菌群。再通过基因序列测序，以及和其他基因序列的比较确定菌群组成。通过初筛和复筛确定降解氰化物较好的优势菌株。
2.2 确定优势菌株最佳降解条件
由于温度、摇床的转速、菌株的添加量和菌株的培养时间等会对功能菌降解氰化物产生很大的影响，为此需要从这些影响因素角度分析和寻找微生物降解氰化物最佳条件。考虑到焦化废水十分复杂，为避免其他因素对功能菌本身的代谢产生影响，从而对功能菌降解氰化物效果产生影响，必须在水样中进行模拟试验，以确定优势菌株最佳的降解条件。
2.3 氰化物浓度对微生物降解效率影响
氰化物本身会对功能菌产生毒害影响，为此功能菌对不同含量氰化物焦化废水的降解效率也不同。在确定降解氰化物效果最好条件的基础上，在含有不同氰化物浓度的焦化废水中进行模拟实验，确定优势菌株对不同浓度氰化物降解效果的稳定性。
3 筛选和鉴定氰化物降解最佳菌株
3.1 筛选降解氰化物优势菌株
焦化废水是含有氰化物、氨氮元素、硫氰化物以及其他有机物的含有多种毒害物质的工业废水，以废水生化处理活性污泥为菌源，筛选出可以降解氰化物的功能菌，并和焦化废水处理工艺结合起来，可提高降解的效率和效果。
首先，进行菌株的分离，将活性污泥活化、富集活性污泥中的微生物接种在培养基中，将培养后的微生物进行梯度稀释后涂布在筛选培养基平板上培养，对筛选出的不同形态的菌株在液体富集培养基上富集后，将菌株添加到一定浓度的含碳含氮溶液中，在降解6小时后对氰化物的降解率进行测定。分离菌株后进行优势菌株的筛选，通过菌株降解能力的测试初步确定筛选菌株的降解效果，因为溶液中具有有毒物质，在高浓度氰化物环境下一些功能菌无法存活，必须复筛出能适应高浓度氰化物的菌株。以氰化物为营养物质，判断不同菌株的存活能力。最后，将纯化的菌株接种在培养基中，同时通过氰化物标液的添加判断氰化物的浓度，在观察培养基的情况，发现在XSJH-5和XSJH-11液体中培养基无浑浊现象出现，其余金主在氰化物下都能存活。经过初步筛选确定，XSJH-3的降解效率为70.8%，XSJH-13的降解效率为60.7%，XSJH-1的降解效率为50.1%，对初步筛选出的优势菌株进行进一步研究和鉴定。
3.2 鉴定优势菌株
鉴定时，首先进行PCR扩增，包括提取基因组DNA、PCR扩增、凝胶电泳和纯化回收。
在DNA提取时，分别将初步筛选出的XSJH-3、XSJH-13、XSJH-1单个菌株放在培养基中，向菌株沉淀中添加缓冲液，振荡到菌体完全悬浮，然后再向管中加入溶液摇匀。需要注意的是在加入缓冲液时会产生白色沉淀，如果溶液没有变的清亮则说明细胞裂解得不够彻底可能会引起DNA提取量减少或提取不纯的问题。在提取DNA后进行PCR扩增，对扩增产物进行凝胶电泳，最后纯化PCR扩增产物用引物直接测序。根据PCR测序结果，测出XSJH-1菌株为Serratia属，XSJH-3和XSJH-13是Bacillus属。
4 模拟优势菌株降解氰化物，确定最佳降解条件
菌株添加量对降解的效率产生很大的影响，因此分别将XSJH-1、XSJH-3、XSJH-13接种在培养基中，以接种量为5%、10%、15%、20%、30%、40%、50%接种在氰化物浓度为5mg/L的溶液中，然后通过摇瓶试验，测出氰化物的浓度，计算氰化物去除效率。从实验分析结果可知，在菌株添加量较低的情况下功能菌对氰化物的降解效率较低，无法充分降解氰化物，而随着浓度的增加，微生物数量不断增加，对于氰化物的降解效率也大大提升。当达到一个最大值时再继续增加接种量，对降解的效率影响不大。在XSJH-1菌株添加量是20%时到达最大的降解效率，在菌株添加量小于20%时随着添加量的增加氰化物降解效率快速提升，在添加量超出20%以后，菌株量的增加并不会影响降解的效率。XSJH-3菌株添加量为30%时，氰化物降解效率最高，在小于该添加量时随着菌株量的增加降解效率随之增大，当超出30%添加量后对降解效率影响不大。XSJH-13菌株在添加量是30%时降解效果最好，在超出该添加量后去除氰化物的效率基本不变。为此可以确定，XSJH-1的最佳添加量为20%，而XSJH-3和XSJH-13的最佳添加量为30%。
菌株培养分成适应期、增长期、稳定期和衰亡期，在不同时期对氰化物降解效率不同，也就是说菌株的培养时间会影响微生物本身的代谢活动，故而对降解效率产生影响。分别将上述三种优势菌株接种在培养基中，通过模拟试验可知，XSJH-1在培养8小时后氰化物的降解效率最好，XSJH-3和XSJH-13菌株在培养6小时后氰化物去除效率最好。
氧气浓度也会影响微生物代谢活动，通过摇床转速的调节可以改变降解过程中氧气的含量。在摇床转速较大时氧气浓度较大，在实际生产中要明确曝气量对生产的影响，曝气量过大可能会产生不必要的经济损失，但是曝气量太小又会影响降解的效果。将上述三种菌株接种在培养基中，分析摇床的转速对去除氰化物效率的影响。在转速为0时，微生物对氰化物模拟废水也有降解作用但是去除效率极低，在转速增加到100r/min时，对废水降解的作用明显增大，当转速继续增大到150r/min时，降解效率达到最大。其中XSJH-1在摇床转速是120r/min时，氰化物降解效果最佳，之后摇床转速的增大氰化物降解效率基本不变。XSJH-3在转速为150r/min和180r/min时氰化物降解效果基本相同。XSJH-13在转速为150r/min时，氰化物降解效率最大。
此外，微生物的代谢也将受到温度变化的影响，为此将三种菌株接种在不同温度的培养基中，测定模拟水样中氰化物的浓度。经过试验分析可知，在温度是35℃时，三种菌株的去除效率均达到最高，当低于该温度时因为微生物代谢活动的下降导致降解效果也下降，而温度太高也会抑制微生物代谢，进而影响降解效果。
通过上述实验和计算分析可得，三种优势菌株中，XSJH-3在添加量为30%、培养时间为6小时，摇床转速为150r/min，温度为35℃时，菌株降解氰化物效率可达90%，为此最终选定XSJH-3为焦化废水氰化物降解功能菌。
5 结语
综上所述，焦化废水中含有大量的青瓜屋子，会导致焦化厂生化单元微生物的大量死亡，为此，以焦化废水生化处理活性污泥为菌泥，筛选楚具有降解氰化物功能的微生物菌株，再通过驯化后应用到焦化废水氰化物降解中，可有效提高氰化物的去除率。本文通过实验，啥选出了具有耐氰能力的微生物，将获得的菌株通过初筛、复筛后，结合微生物分子学鉴定确定去除氰化物效率最好的功能菌，再通过对该功能菌影响因素的研究，确定最佳的去除氰化物的条件。
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