海洋循環(huán)水養(yǎng)殖水處理系統(tǒng)中硝化細(xì)菌特性及硝化效能.pdf

1、隨著人們生活水平的日益提高，海產(chǎn)品已經(jīng)成為人類(lèi)所需蛋白質(zhì)的重要來(lái)源。傳統(tǒng)的靜態(tài)和流水式工廠化養(yǎng)殖增加了蛋白質(zhì)的產(chǎn)量，但產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題卻越來(lái)越嚴(yán)重。循環(huán)水工廠化養(yǎng)殖是環(huán)境友好型的高密度養(yǎng)殖方式，目前在我國(guó)發(fā)展緩慢，主要的原因在于無(wú)法快速去除生成的氨氮，這已經(jīng)成為制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸。本文主要就海洋循環(huán)水養(yǎng)殖過(guò)程中硝化單元的細(xì)菌特性和脫氮效能進(jìn)行了基礎(chǔ)研究，以促進(jìn)海洋循環(huán)水養(yǎng)殖在我國(guó)的發(fā)展。
　　模擬循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)特點(diǎn)，并結(jié)合海洋硝化細(xì)

2、菌的生理特征，采用“混養(yǎng)”富集方式，通過(guò)不斷提高氨氮濃度進(jìn)行海洋硝化細(xì)菌的富集馴化；前期進(jìn)行自養(yǎng)富集，每周調(diào)整氨氮濃度和環(huán)境條件，后期進(jìn)行異養(yǎng)（添加魚(yú)餌浸出液）富集，每天調(diào)整氨氮濃度和環(huán)境條件。經(jīng)過(guò)80d的混養(yǎng)富集，富集體系中氨氮去除速率可以達(dá)到5-6mg L-1d-1，亞硝態(tài)氮積累緩慢，最后達(dá)到14mg L-1，硝態(tài)氮濃度低于1mgL-1；異養(yǎng)富集階段總氮的損失率在50％以上，顯示有好氧反硝化細(xì)菌存在；具有硝化功能的海洋細(xì)菌在自養(yǎng)后期

3、和異養(yǎng)階段快速增長(zhǎng)，數(shù)目增加了15倍。
　　海洋硝化細(xì)菌的自養(yǎng)富集比混養(yǎng)富集更精確的控制了環(huán)境條件，每天調(diào)整各種環(huán)境參數(shù)并添加定量氨氮，使富集體系的氨氮濃度不斷提高，最后達(dá)到8mgL-1。48d的富集過(guò)程中，氨氮的去除率接近100%，亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度不斷升高；亞硝鹽氧化速率不斷提高，最后可將每天氨氧化產(chǎn)生的亞硝態(tài)氮全部轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮；富集過(guò)程中，海洋硝化細(xì)菌總數(shù)升高了21倍。海洋亞硝酸細(xì)菌適應(yīng)性強(qiáng)，在2-8mg L-1范圍內(nèi)表現(xiàn)

4、出較高的氧化能力。兩次富集都顯示當(dāng)富集液中氨氮濃度在2-8mg L-1時(shí)，海洋硝化細(xì)菌的數(shù)目增加較快；頻繁調(diào)整各種環(huán)境參數(shù)，尤其是氨氮濃度有利于海洋硝化細(xì)菌的富集。海洋硝化細(xì)菌的富集可以為循環(huán)水養(yǎng)殖過(guò)程中硝化單元的快速啟動(dòng)提供硝化和好氧反硝化菌源。
　　利用選擇性培養(yǎng)基，從富集體系中分離到7株海洋硝化細(xì)菌，復(fù)篩試驗(yàn)表明菌株MN-2和MN-3是脫氮效果較好的菌株。通過(guò)生理生化、脂肪酸分析、形態(tài)觀察和16S rDNA系統(tǒng)發(fā)育分析對(duì)分離

5、的菌株進(jìn)行了多項(xiàng)分類(lèi)，結(jié)果表明菌株 MN-2屬于假交替單胞菌屬(Pseudoalteromonas)，與已報(bào)道序列最高的相似性為97%；MN-3屬于海桿菌屬(Marinobacter)，與已發(fā)表序列的相似性最高為98%；菌株 MN-2對(duì)糖的利用力較強(qiáng)，MN-3對(duì)蛋白類(lèi)物質(zhì)利用能力較好，兩株菌都可以在較廣的鹽度范圍內(nèi)、較低溫度下生長(zhǎng)；兩株細(xì)菌中短鏈脂肪酸的含量較高，而MN-2中長(zhǎng)鏈脂肪酸含量也較高；氮平衡試驗(yàn)表明菌株MN-2具有異養(yǎng)硝化和

6、好氧反硝化功能，菌株MN-3具有異養(yǎng)硝化功能，能同時(shí)進(jìn)行氨氧化和亞硝酸鹽氧化；自養(yǎng)生長(zhǎng)環(huán)境中，菌株MN-3的代時(shí)為8.89h，異養(yǎng)環(huán)境中為5.94h；異養(yǎng)條件下菌株MN-3最高生長(zhǎng)量是自養(yǎng)條件下的3.92倍，異養(yǎng)培養(yǎng)的菌株MN-3硝化能力大大提高，初步確定菌株MN-2和MN-3為假交替單胞菌屬和海桿菌屬的新菌株。
　　以聚乙烯醇（PVA）小球（φ=4mm和φ=2mm）和顆粒活性炭為載體構(gòu)建上流淹沒(méi)式膜生物反應(yīng)器對(duì)富集體系中的海洋硝

7、化細(xì)菌進(jìn)行了吸附固定和脫氮效能的研究。循環(huán)吸附固定16天反應(yīng)器開(kāi)始具有完整的硝化功能；水力停留時(shí)間（HRT）為1h，進(jìn)水氨氮濃度低于0.6mg L-1時(shí)，氨氮未檢出，當(dāng)HRT為5h，亞硝態(tài)氮降低到0.1mg L-1。當(dāng)進(jìn)水濃度為0.6mg L-1，HRT為15min，以顆?；钚蕴繛檩d體的反應(yīng)器氨氮去除率為90%，氮去除速率為70gm-3d-1。
　　在上流淹沒(méi)式膜生物反應(yīng)器中進(jìn)行了菌株MN-3的吸附固定及脫氮效能的研究，結(jié)果顯示以

8、PVA混合球和顆?；钚蕴繛檩d體的反應(yīng)器脫氮效能較好，在HRT為1h，兩種載體的反應(yīng)器都表現(xiàn)出較高的氨氮去除速率；PVA混合球反應(yīng)器和顆粒活性炭反應(yīng)器在合適的條件下最高氨氮去除速率34.64g m-3d-1和30.55g m-3d-1。6L循環(huán)水30h的脫氮效能試驗(yàn)表明，反應(yīng)器出水和水槽中亞硝態(tài)氮的濃度一直保持在較低的濃度，前6個(gè)h，PVA混合球反應(yīng)器和顆粒活性炭反應(yīng)器中氨氮去除速率為25.2g m-3d-1和23g m-3d-1。隨時(shí)間