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        循環(huán)海水養(yǎng)殖系統(tǒng)中生物膜快速形成的模擬試驗(yàn)

        2016-12-20 00:40:12劉萬鑫杜榮斌由翠榮付學(xué)軍梁麗琨
        水產(chǎn)科學(xué) 2016年3期
        關(guān)鍵詞:優(yōu)勢

        王 碩,劉萬鑫,杜榮斌,由翠榮,付學(xué)軍,梁麗琨

        ( 1.煙臺(tái)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,山東 煙臺(tái) 264005; 2.煙臺(tái)大學(xué) 海洋學(xué)院,山東 煙臺(tái) 264005 )

        循環(huán)海水養(yǎng)殖系統(tǒng)中生物膜快速形成的模擬試驗(yàn)

        王 碩1,劉萬鑫1,杜榮斌2,由翠榮1,付學(xué)軍1,梁麗琨1

        ( 1.煙臺(tái)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,山東 煙臺(tái) 264005; 2.煙臺(tái)大學(xué) 海洋學(xué)院,山東 煙臺(tái) 264005 )

        生物膜;快速形成;循環(huán)海水養(yǎng)殖

        隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及人類生活水平的提升,僅從海洋捕撈獲得海產(chǎn)食品已遠(yuǎn)不能滿足市場的需求,大規(guī)模工廠化海水養(yǎng)殖業(yè),具有較高的經(jīng)濟(jì)利益和潛在價(jià)值。但是,大規(guī)模養(yǎng)殖業(yè)需消耗大量海水,污水中的有機(jī)物、氨氮和硝態(tài)氮,對(duì)養(yǎng)殖生物有害,直接排放使自然水體富營養(yǎng)化,嚴(yán)重破壞環(huán)境,浪費(fèi)巨大的水資源[1]。

        目前,工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)多采用生物法去除養(yǎng)殖污水中的氨氮、硝態(tài)氮及其他脅迫因子。一般是在養(yǎng)殖池外另安置生物濾池,生物濾池主要是應(yīng)用優(yōu)勢微生物附著在特定的載體上生長,通過自身的營養(yǎng)代謝來處理污水[2-5]。但生物除污法目前尚不成熟,存在一些瓶頸問題,如微生物在載體上的附著生長周期較長、處理效率不穩(wěn)定等[6],亟需發(fā)展高效的工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖污水處理技術(shù)。

        本試驗(yàn)通過優(yōu)勢菌種掛膜法模擬工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖中污水處理過程,以確定加快生物膜形成的試驗(yàn)室工作條件。

        1 材料與方法

        1.1 生物膜優(yōu)勢菌種

        試驗(yàn)所用菌種均為本實(shí)驗(yàn)室保存,包括硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、芽孢菌屬(Bacillus)和動(dòng)膠菌(Zoogloeaitzigsohn)。

        1.2 生物膜載體

        市售塑料彈性濾材、生化環(huán)。

        1.3 人工污水配方

        1.4 水質(zhì)指標(biāo)測定

        1.5 試驗(yàn)裝置和基本條件

        用市售20 L淘寶箱作為水箱模擬工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的生物濾池,在其中安置循環(huán)泵和曝氣泵模擬工廠中的循環(huán)和充氧條件。向1個(gè)水箱中加入15 L人工污水,裝入體積約4.8 L的濾材作為生物膜載體[10],置于平均溫度為21 ℃的室溫下運(yùn)行,水力停留時(shí)間為1 h,曝氣量為3.0 L/min,每5 d檢測水質(zhì)pH,用碳酸氫鈉調(diào)節(jié)pH保持在7.0以上[11]。循環(huán)培養(yǎng)21 d,以自然掛膜試驗(yàn)為對(duì)照。

        1.6 生物膜優(yōu)勢菌接種

        分別培養(yǎng)生物膜優(yōu)勢菌株,向試驗(yàn)水箱中接種0.45%生物膜優(yōu)勢菌株的混合菌液?;旌暇河上趸?xì)菌、反硝化細(xì)菌、芽孢菌和動(dòng)膠菌的菌液按照一定比例組成,稀釋10倍后,在600 nm波長下其平均吸光度值為0.6。每次接種后靜置24 h,然后啟動(dòng)循環(huán)泵和曝氣泵[12]。

        1.7 生物膜載體的選擇

        向試驗(yàn)水箱中分別加入生化環(huán)或塑料彈性濾材,每 5 d接種1次生物膜優(yōu)勢菌種的混合菌液,添加比例為硝化細(xì)菌∶反硝化細(xì)菌∶芽孢菌∶動(dòng)膠菌1∶1∶1∶1,每3 d測定水箱中人工污水的水質(zhì)指標(biāo)。

        1.8 菌液混合比例對(duì)生物膜形成的影響

        以塑料彈性濾材為生物膜載體,分別以硝化細(xì)菌:反硝化細(xì)菌∶芽孢菌∶動(dòng)膠菌1∶1∶1∶1,2∶1∶1∶1,3∶1∶1∶1及4∶1∶1∶1的混合比例接種,每5 d接種1次,每3 d測定人工污水的水質(zhì)指標(biāo)。

        1.9 接種頻率對(duì)生物膜形成的影響

        以塑料彈性濾材為生物膜載體,每5、7、10 d和15 d接種1次,優(yōu)勢菌混合比例為硝化細(xì)菌∶反硝化細(xì)菌∶芽孢菌∶動(dòng)膠菌2∶1∶1∶1,每3 d測定人工污水的水質(zhì)指標(biāo)。

        1.10 成熟生物膜污水處理性能的測定

        2 結(jié)果與分析

        2.1 最佳生物膜載體的選擇

        圖2 采用不同生物膜載體水體的變化

        圖3 采用不同生物膜載體水體的變化

        2.2 接種比例對(duì)生物膜形成的影響

        圖4 不同接種比例時(shí)水體的變化

        圖5 不同接種比例時(shí)水體的變化

        圖6 不同接種比例時(shí)水體的變化

        2.3 接種頻率對(duì)生物膜形成的影響

        圖7 不同接種頻率下水體的變化

        圖8 不同接種頻率下水體的變化

        圖9 不同接種頻率下水體的變化

        2.4 優(yōu)勢菌種掛膜與自然掛膜掛膜速度對(duì)比

        條件優(yōu)化后的優(yōu)勢菌掛膜在第7 d已經(jīng)開始形成生物膜,第14 d生物膜基本形成,第21 d形成均勻的成熟生物膜(圖13);而同時(shí)期進(jìn)行的自然掛膜生物膜生長緩慢,在21 d內(nèi)無法形成完整成熟的生物膜。

        圖10 優(yōu)勢菌種掛膜與自然掛膜水體的變化

        圖11 優(yōu)勢菌種掛膜與自然掛膜水體的變化

        圖12 優(yōu)勢菌種掛膜與自然掛膜掛膜水體的變化

        圖13 優(yōu)勢菌種掛膜與自然掛膜掛膜生物膜生長情況

        2.5 成熟生物膜污水處理性能

        圖14 成熟生物膜對(duì)不同初始水體的處理效果

        圖15 成熟生物膜對(duì)水體的處理效果

        圖16 成熟生物膜對(duì)水體的處理效果

        3 討 論

        3.1 接種量與接種比例的選擇

        3.2 成熟生物膜的污水處理效果

        本試驗(yàn)顯示,用塑料彈性濾材為生物膜載體時(shí),生物膜形成速度,污水處理效果優(yōu)于生化環(huán)的結(jié)論一致:在生物濾池濾料掛膜及水處理中,彈性濾材的掛膜效果好于非彈性濾材[7]。

        每7 d接種1次優(yōu)勢菌液時(shí),水處理效果最好,優(yōu)勢微生物的混合菌液硝化細(xì)菌∶反硝化細(xì)菌:芽孢菌∶動(dòng)膠菌接種比例為2∶1∶1∶1時(shí),第7 d開始形成生物膜,第14 d生物膜基本形成,第21 d形成均勻完整的生物膜,此結(jié)論與王威等[19]在生物濾料的微生物掛膜研究中的塑料彈性濾材可以在28 d內(nèi)完成人工干預(yù)掛膜相似。

        3.3 展望

        本試驗(yàn)結(jié)果適用于試驗(yàn)室條件下的模擬試驗(yàn),為生物膜快速形成提供了新的思路,在實(shí)際海水養(yǎng)殖污水處理中的應(yīng)用,還有待進(jìn)一步研究。

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        SimulationTestofRapidBiofilmFormationinaRecyclingAquacultureSysteminaLab

        WANG Shuo1,LIU Wanxin1,DU Rongbin2,YOU Cuirong1, FU Xuejun1, LIANG Likun1

        ( 1.College of Life Science,Yantai University,Yantai 264005,China; 2.School of Ocean,Yantai University,Yantai 264005,China )

        biofilm;rapid formation;recirculating aquaculture

        10.16378/j.cnki.1003-1111.2016.03.009

        S969.38

        A

        1003-1111(2016)03-0244-06

        2015-08-06;

        2015-09-21.

        山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(SDAIT-14-011-02);山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2013GNC11037,2013YD15011).

        王碩(1989-),女,碩士研究生;研究方向:微生物學(xué).E-mail:1191820151@qq.com.通訊作者:梁麗琨(1966-),女,副教授;研究方向:微生物資源和應(yīng)用.E-mail:liang6903103@sina.com.

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