UV诱变技术处理废水

随着工农业的发展以及人民生活水平的提高。有机污染物的排放量不断增大.难降解毒性有机物的不断增多，致使污水处理负荷加重。对于传统的生物处理技术，仅靠从自然界中获取的土著菌种已对许多污染物的降解无能为力。人们开始更多地运用微生物遗传学的手段去改造生物处理构筑物中的微生物特性，如通过驯化、诱变和杂交等方法使之获得高耐毒性、高降解活性以及特异或广谱降解污染物等的优良遗传性状，从而选育构建环境高效菌种，并将其应用于污染治理，特别是难降解有机废水的处理。这也成为近几年来废水生物处理方面的一个热门研究领域。

1微生物的选育方法

当前对于各类废水进行生物降解微生物的筛选培养可以从自然环境中选取.也可以在实验室中由人工分离筛选获取。一般有以下两种方法：

(1)污泥驯化。这是当前废水生物处理中培养优势菌种常用的方法.其原理是利用某种待处理废水对降解微生物菌群进行适应性培养。造成自然筛选，使微生物逐步适应被处理废水的环境.从而具有更好的分解废水中有机物的能力。但实践证明，利用污泥驯化的方法难以培养出降解废水中有机物的高效菌株。

(2)筛选高效菌株。即在实验室中对用以处理废水的微生物菌种进行人工分离，筛选出降解能力强的高效菌株，然后进行快速培育增殖，以便进行工业应用，但是筛选分离工作较为复杂繁琐。两种方法可以分别实施，也可以相辅而行。

1.1诱变育种的概念

微生物的诱变育种，是以人工诱变手段诱发微生物基因改变，改变遗传结构和功能，通过筛选，从多种多样的变异体中选出产量高、性状优良的突变株，并找出发挥这个突变株的最佳培养条件，使其在最适的环境条件下合成有效产物。即经由改变和操纵微生物的基因，进而选育出适合工业化生产的菌种的一种综合技术。

1.2诱变育种的步骤

诱变育种的整个过程主要包括诱变和筛选两个部分.一般步骤如下：

(1)出发菌株的选择。根据经验，选择已经经过多次诱变并且每次诱变都有较好效果的菌株作为出发菌株，可以获得较好的效果。

(2)诱变剂的选择。目前在育种实践中应用较多的诱变剂是紫外线、X一射线、亚硝酸等。

(3)诱变剂量的选择。一般来说，随着剂量的增加，诱变率也增加，但超过一定限度，随着剂量的增加。诱变率反而下降。过去常采用杀菌率为99％或90％的紫外线进行育种。而现在倾向于采用杀菌率为70％～75％，甚至更低的紫外线育种。

(4)突变体的筛选。因为存活下来的突变体的性状并不相同，基因的改变是随机的，非定向的，因而必须进行多次筛选，才能选出具有优良性状的突变体。

l.3诱变育种的方法

诱发突变主要有物理诱变、化学诱变、负荷处理及其协同效应和定向培育。凡是利用生物的诱发突变进行育种的方法，都称之为诱变育种。

(1)物理诱变。利用物理因素引起的基因突变，称为物理诱变。常见的物理诱变因素有：紫外线、x一射线、一射线、p一射线、快中子、激光、离子束等。其中，紫外线诱变由于具有设备简单、诱变效率高、操作安全简便等优点，而广泛用于难降解废水优势菌种的选育，并在废水生物处理中发挥了重大的作用。

(2)化学诱变。利用化学物质对微生物进行诱变，引起基因突变或真核生物染色体的畸变。称为化学诱变。化学诱变物质很多，其中以HNO最为常见。

(3)复合处理及其协同效应。诱变剂的复合处理常有一定的协同效应，可增强诱变效果。其突变率普遍比单独处理的高，这对育种很有意义。复合处理有两种或多种诱变剂先后使用。或者同一种诱变剂的重复使用，再者两种或多种诱变剂同时使用。

2紫外线诱变育种的机理

紫外线是波长136～390nm的电磁波。它是一种非电离辐射，能使被照射物质的分子或原子中的内层电子提高能级跃迁到能量高的外层轨道(称为激发)，导致分子的理化变化，但并不获得或失去电子，所以不产生电离。
紫外线诱变的最佳波长范围是200～300nm，其中又以260nm左右最佳。紫外线之所以能引起杀菌或诱变，主要是由于遗传物质DNA吸收紫外线而受影响。紫外线被DNA吸收后引起突变的原因，有的是DNA与蛋白质的交联，有的是胞嘧啶与尿嘧啶之间的水合作用，有的是DNA链的断裂，还有的是形成嘧啶二聚体。而形成嘧啶二聚体是产生突变的主要原因。嘧啶二聚体不仅可以由单链上相邻的两个胸腺嘧啶之间反应后形成，也可以产生于双链上对应的两个胸腺嘧啶之间。微生物在正常生长情况下进行DNA修复时。首先DNA双链解开形成单链。然后两条单链各自与细胞内游离的碱基互补配对形成新链。如果此时双链之间有嘧啶二聚体存在，则因二聚体的交联作用，阻碍双链的分开，复制到此处就无法进行下去，造成DNA异常配对。

近年来又有一种新的理论。这种理论认为作为生化法处理污水的主体.活性污泥是一个微生物的生态群体，这些微生物存在着紫外线敏感性差异，适当的紫外线辐射会改变活性污泥的微生物组成结构。紫外线增强活性污泥的生化降解能力，实际上是利用紫外线抑制活性污泥中的非目标菌群的生长。消除目标菌群在污水中的营养物质竞争对手，优化目标菌群的生长环境.最终获得所需要的增强效果。

3紫外线诱变育种在废水生物处理中的研究现状

3.1在造纸废水处理中的应用

中小型造纸企业排放的制浆黑液及漂白废水水量大、污染负荷高，其中主要污染物——木质素是目前公认的微生物难降解的芳香族化合物之一。吴忆宁等在连续流条件下以活性污泥代替纯菌种进行UV诱变，结果表明：诱变污泥比普通驯化的污泥具有更高的活性。对COD和木质素去除率平均提高了20％和15％。乔庆霞等㈣在前人的基础上对自然筛选出的优势菌进行紫外诱变，选育出更高效降解多种氯化物的优势混合菌。通过对造纸漂白废水处理发现：诱变筛选出的B04菌处理效果最好，较未诱变菌CODQ降解率可提高19.71％，总氯的去除率可提高99.86％。孙先锋通过紫外线照射获得了改进酸析木素法的新助剂。与常规酸析法相比，该助剂使用后具有较好的CODo和色度去除率，析出的木素颗粒上浮且含水率低等优点。当pH为3.0时，造纸黑液CODo去除率最高可达68％，色度去除率为92％以上，浮渣含水率最低仅为81％。并且pH在4.0～4.5时仍有类似的去除木素效果。郭鹏等通过紫外诱变筛选和自然筛选两种途径对活性污泥中的链霉素抗性细菌和敏感性细菌进行选育，实验表明，经诱变筛选后污泥中的混合菌具有较高的抗木质素毒性的能力，在相同负荷下，诱变驯化污泥对COD。的去除率、对木质素的降解率和耗氧速度分别比普通污泥提高了32.8％、17.6％、52.5％。

3.2在印染废水处理中的应用

印染废水色度大、有机物浓度高、组分复杂、难降解物质多，难以采用常规方法处理。目前，国内外处理染料废水主要采用生物降解法。而高效菌种的选育成为国内外学者研究的重点口。

田萍等从受污染环境中采集污泥样品，分离筛选出一株对偶氮染料活性艳红X一3B具有较高降解活力的细菌M7为出发菌株，经紫外线诱变选育，获得具有抗高浓度X一3B毒性能力的变异菌株UVM7—9，实验证明：该菌株对含偶氮染料X一3B模拟废水的降解活性优于原始菌株M7.24h对X一3B的脱色率达92％以上，是一株有希望应用于工业染料废水处理的脱色菌。朱海燕等㈣从染料废水污泥中分离筛选出对三苯类染料甲基紫具有降解活性的细菌，经紫外诱变，获得高活性变异菌株，通过研究发现该菌株72h对甲基紫模拟废水的脱色率达78％以上，比出发菌株提高44％。沈娟通过紫外线照射对黄孢原毛平革菌进行诱导驯化后再处理难降解染料番红花红，可使6d的脱色率从36％提高到89％，诱变菌的产酶时间从5d缩短为3d。董新姣等将染料脱色菌无花果曲霉(Asper#llusficuum)经紫外线诱变后，筛选出变株Pl1，其在33℃、120r／rain振荡培养条件下，3d内对染料直接耐酸大红4BS的脱色率为88.54％，比出发菌株提高了13％，经斜面传代10次，脱色能力保持稳定。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

3-3在化工废水处理中的应用

有机、石油等化工废水中含有较多的卤代烃、氯代苯、多环芳烃、烯腈类、酚类等化合物。丙烯酰胺是重要的酰胺类化合物，在化工行业中应用较为广泛，而微生物转化丙烯腈法生产丙烯酰胺较为常用。因而对于丙烯腈废水的治理具有较为重要的现实意义。

孙晓君等口印利用紫外线对珊瑚诺卡氏菌进行诱变，筛选出了9株有利于突变的菌株，通过在含高浓度的丙烯腈的培养基中复筛得到2株耐5.82％丙烯腈的突变株。林哲等将紫外光诱变技术应用于高浓度苯酚废水的生化处理过程，研究结果表明，紫外光诱变驯化污泥具有抗高浓度苯酚毒性的能力，COD降解速率和耗氧速率分别比普通驯化污泥提高了25.1m(g•h)和37.9mg／(g•h)，而且降解苯酚所需要的时间也缩短了1／3。沈齐英等用紫外线作为诱变剂，处理活性污泥中驯化筛选得到的降酚菌株，发现该菌株能够降解较为复杂的含酚废水。

罗建中等采用紫外诱变技术选育高效降解菌.对未诱变菌和诱变菌进行含氯废水的降解性能实验，结果表明变异优势菌对含氯废水的COD和总氯的去除率比未诱变菌分别提高10％和20％。张卉等采用一射线诱变菌丝，经过拮抗试验和酯酶同功酶电泳验证，选育出一株巴西蘑菇新菌株。经液体培养其胞外多糖产量较出发菌株提高l2％。

3.4在农业废水处理中的应用

随着化学农药的广泛应用。药剂残留带来的环境污染以及对人畜及其他生物的危害等问题日趋严重。利用微生物降解农药残余物已经逐渐成为减轻农药污染的主要方式之一。武晓炜∞从长时间、高农药污染的土壤中筛选甲胺磷降解菌S一2.通过UV诱变育种得到继代菌种S一232。研究表明：该菌种除了具有稳定的性能外，其降解农药的能力比S一2提高了8％～9％。杜丽平等[在总结大量实验结果的基础上研究了紫外线诱变菌，硫酸二乙酯(DES)诱变菌和复合诱变菌对含氮废水的降解性能。结果表明，复合诱变后获得的变异菌株Z5对含氮废水中NHN的去除率比单独采用紫外线或DES诱变后获得的菌株有明显的提高。混合菌种对化肥行业废水中COD和NH4+-N的去除率可达到95％～98％，出水能达到行业一级排放标准。

3.5在重金属废水处理中的应用

近年来，重金属污染成为环境保护领域的突出问题，传统的处理方法操作过程过于繁琐，易造成二次污染、且成本高、难以广泛投入实际应用。而微生物处理重金属能够克服以上缺点，成为净化重金属污染的有效途径。诱导育种构建具有良好的生长性能和重金属处理性能，并对环境无害的工程菌，是实现该工艺试剂应用的关键因素之一。尹华等通过紫外线等诱变剂对Candidautilis进行选育.获得具有高抗性的突变体，对C的去除率从80.2％提高到95.2％，并探讨了突变菌株除铬性能改善的机理。为进一步诱变选育重金属去除菌奠定了基础。尤兰兰等㈤以酿酒酵母菌株为出发体，通过UV和NTG复合诱变获得了高抗性突变菌株，其对Cu的吸附量是出发菌株的4.6倍。

3.6在含磷废水处理中的应用

磷是生物的重要营养源，但水体中磷量过多，容易引起水体的富营养化。江映翔等研究表明：采用适当剂量的紫外线辐射，能够使活性污泥的rrP去除率升高4％～8％。张爱华等以PS-O1P菌株为出发菌株，经过紫外线诱变，选育出一株解磷能力明显提高的菌株PS28P，其解磷能力比出发菌株提高了281.95％。

4展望

随着人们对紫外光诱变育种过程的微观机理研究的深人，发现活性污泥在诱变、筛选过程中可以得到由多个种群形成的更适合废水中污染物降解的生态群体，这些种群较之单个菌种有更强的竞争力，而且具有一定的稳定性，这就是所谓的污泥的紫外光诱变，该技术更有利于高效降解菌的筛选，减少驯化需要的时间，所以紫外光诱变技术成为新的发展方向。虽然在紫外光育种方面我们已经取得一定的成绩，但是该工作也存在难于控制和工作量大的特点，还需要进行更多更深入细致的探讨和研究。