穆顯鑫，苗德霞，孫丹妮，張文平，閆 密，陳會(huì)娟，朱 明

( 江蘇海洋大學(xué) 海洋科學(xué)與水產(chǎn)學(xué)院，江蘇省海洋生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 連云港 222005 )

隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，隨之而來(lái)的是水資源污染的日益嚴(yán)重。氨氮污染是水資源污染的主要原因之一，能夠引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致水體藍(lán)藻、綠藻暴發(fā)，水質(zhì)變臭變黑等[1]。目前處理水體氮元素污染的常用方法是利用生物菌劑來(lái)實(shí)現(xiàn)硝化脫氮[2-3]。水體中硝化細(xì)菌與反硝化物均能夠?qū)⒑衔镛D(zhuǎn)化為氮?dú)狻Ｆ渲邢趸?xì)菌是通過(guò)亞硝化作用將水中的氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽與硝酸鹽，后在無(wú)氧缺氧的條件下通過(guò)反硝化作用，將亞硝酸鹽與硝酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)馀懦鯷4]。目前常用的凈化方法有制備硝化細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌群活性污泥及包埋法固定化硝化細(xì)菌[5]。利用聚乙烯醇(PVA)作為骨架載體[6]，再添加適當(dāng)添加劑，使其與活性炭結(jié)合。汪懷建等[7]以聚乙烯和海藻酸鈉作為復(fù)合骨架，并且以氯化鈣和一定含量的硼酸溶液混合作為交聯(lián)劑，將芽孢桿菌(Bacillussp.)固定在凝膠球上形成固定化顆粒。

微生物固定化技術(shù)為高效脫氮提供了理論、技術(shù)與新思維方式。目前已經(jīng)有一些成型的工藝與生物過(guò)濾器出現(xiàn)，例如缺氧—好氧(A/O)[8]、厭氧—缺氧—好氧(A/A/O)[9]、間歇式活性污泥法(SBR)、曝氣生物濾池(BAF)等[10]。這些傳統(tǒng)工藝中硝化與反硝化不能同時(shí)進(jìn)行，分開反應(yīng)需要投入更多的空間和成本。目前微生物固定化的成本依然很高，優(yōu)良的固定化材料是一個(gè)相當(dāng)重要的研究?jī)?nèi)容，筆者主要研究現(xiàn)在幾種常用的固定材料的固定效果，通過(guò)比較菌種附著數(shù)量、氨氮處理效率來(lái)論證硝化細(xì)菌的最優(yōu)附著材料。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)菌種

本試驗(yàn)選用硝化細(xì)菌——食油假單胞菌(Pseu-domonasoleovorans)X14-1-1為試驗(yàn)菌種[11](江蘇海洋大學(xué)海洋科學(xué)水產(chǎn)學(xué)院N310實(shí)驗(yàn)室提供)。

1.1.2 生物填料

陶粒、聚氯乙烯、流化床、無(wú)紡布、纖維絲、火山巖[12]。

1.1.3 人工海水

沸水冷卻后加入3%的海水晶(浙江藍(lán)海星鹽制品有限公司)人工配制；pH 7.8，鹽度30。

1.1.4 氨氮配制

氨氮質(zhì)量濃度通過(guò)硫酸銨配制(0.024 g/L，氨氮質(zhì)量濃度為5 mg/L遞增)；另加入氯化鈉、氯化鎂、硫酸亞鐵等無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽滿足細(xì)菌生長(zhǎng)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 附著基的預(yù)處理

附著基需要對(duì)其面積進(jìn)行控制，將各組附著基的面積盡量控制一樣。聚氯乙烯附著基可以剪成立方體，計(jì)算其表面積；無(wú)紡布可以剪成扁平狀立方體，計(jì)算其表面積；陶粒為球形，計(jì)算其表面積；纖維材質(zhì)難以計(jì)算其表面積，將其捆在聚氯乙烯材質(zhì)的附著基上，覆蓋其表面；流化床由廠家提供表面積。

1.2.2 氨氮、硝態(tài)氮與亞硝酸鹽的測(cè)定

氨氮用納氏試劑分光光度法測(cè)定；亞硝態(tài)氮的測(cè)定用鹽酸α-萘胺比色法；硝態(tài)氮的測(cè)定用紫外分光度法[13-15]。

降解率(R，%)按下式計(jì)算：

R=(ρ0-ρ1)/ρ0

式中，ρ0為初始質(zhì)量濃度(mg/L)，ρ1為最終質(zhì)量濃度(mg/L).

1.2.3 菌種制備

接種食油假單胞菌X14-1-1：本試驗(yàn)共設(shè)置3個(gè)試驗(yàn)組，2個(gè)空白對(duì)照組。

擴(kuò)培：用接種環(huán)挑取菌株接入液體培養(yǎng)基中，2個(gè)試驗(yàn)組與1個(gè)空白對(duì)照組。

接入試驗(yàn)組：將擴(kuò)培組中的菌液在180 r/min的搖床上搖3 min混勻，用移液槍吸取100 μL，接入試驗(yàn)組。每組3個(gè)平行，1組為未加附著基的空白對(duì)照組。

1.2.4 不同初始質(zhì)量濃度氨氮降解試驗(yàn)

將帶有試驗(yàn)用菌的附著基放入1 L充氣瓶?jī)?nèi)共培養(yǎng)。分別設(shè)置氨氮初始質(zhì)量濃度為0(不加硫酸銨)、10、20、30、40、50、60 mg/L共7個(gè)梯度，除質(zhì)量濃度為0組外，其余每組設(shè)定3個(gè)平行。放入光照培養(yǎng)箱(杭州錢江儀器設(shè)備有限公司)，培養(yǎng)溫度為20 ℃；光照度為5000 lx(光照周期12L∶12D)，設(shè)定充氧1 L/h。分別于第0、1、2、3、4天于充氣瓶?jī)?nèi)隨機(jī)抽取10 mL水樣置采樣瓶中，測(cè)定氨氮(NH4+-N)質(zhì)量濃度。

1.2.5 梯度增加氨氮方法

采用相同初始氨氮質(zhì)量濃度，投加經(jīng)硝化細(xì)菌附著的附著基，溫度20 ℃下進(jìn)行培養(yǎng)。加入氨氮情況見表1。

表1 梯度增加氨氮情況 mg/LTab.1 Gradient increase of ammonia nitrogen

1.3 分析方法

1.3.1 硝化細(xì)菌的計(jì)數(shù)

計(jì)數(shù)環(huán)節(jié)分為剩余菌液密度計(jì)算與附著基附著密度計(jì)算。

硝化細(xì)菌的計(jì)數(shù)采用平板計(jì)數(shù)法。

1.3.2 數(shù)據(jù)處理

通過(guò)軟件Origin 9進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，用單因素方差分析比較各組附著基附著菌種數(shù)量、菌液密度。

2 結(jié)果與分析

2.1 附著基上細(xì)菌的附著效果

將硝化細(xì)菌附著基撈出后，放入經(jīng)高溫滅菌的生理鹽水中，于180 r/min的搖床上振蕩5 min，使菌種被搖下后再用移液槍吸取生理鹽水洗刷附著基，最后拿出附著基，對(duì)200 mL生理鹽水中的菌種進(jìn)行梯度稀釋，平板計(jì)數(shù)。發(fā)現(xiàn)104、105、106cfu/mL這3個(gè)梯度的平板合適(表2)，每組設(shè)3個(gè)平行。

表2 附著基菌液密度 1×105 cfu/mLTab.2 Density of P. oleovorans X14-1-1 on the attachments

通過(guò)單因素方差分析發(fā)現(xiàn)，聚氯乙烯、無(wú)紡布與纖維附著基菌液密度顯著高于其他組(P<0.05)，且兩組間差異不顯著；陶粒與火山巖附著基菌液密度適中差異不顯著(P>0.05)；流化床菌液密度顯著低于其他組(P<0.05)。其中纖維附著基菌液密度是陶粒的2.15倍，是流化床密度的3.48倍。聚氯乙烯材質(zhì)的菌液密度是陶粒的1.93倍，是流化床的3.12倍。因此聚氯乙烯、無(wú)紡布與纖維作為附著基效果最好。

2.2 氨氮、亞硝態(tài)氮與硝態(tài)氮的測(cè)定

2.2.1 氨氮的測(cè)定

標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=7.88571x+0.01086(x為測(cè)得吸光度，y為氨氮質(zhì)量濃度)。

測(cè)量氨氮質(zhì)量濃度后發(fā)現(xiàn)，在曝氣條件下空白組的氨氮去除率也能達(dá)到50%。聚氯乙烯、無(wú)紡布與纖維的去除效率較高，在2 d的時(shí)間氨氮去除逾90%[16]；陶粒與火山巖的去除效率適中；流化床去除效率比較低，與空白組差異不顯著(P>0.05)。

硝化速率測(cè)定[17]：聚氯乙烯組的硝化速率最高達(dá)到了0.89 mg/h；無(wú)紡布與纖維的硝化速率也較高；陶粒與火山巖硝化速率適中；流化床組硝化速率顯著低于其他組(表3)。

表3 氨氮去除率及最大硝化速率Tab.3 Ammonia nitrogen removal rate and maximum nitrification rate

氨氮趨勢(shì)：由圖1可見，纖維因前期培養(yǎng)過(guò)程中附著了大量的硝化細(xì)菌，所以纖維組前期的處理效率顯著高于其他組，氨氮下降速率較快。其余5組試驗(yàn)組在1.0～1.5 d這段時(shí)間里凈化氨氮速率情況均有明顯提高，說(shuō)明硝化細(xì)菌于附著基開始繁殖，當(dāng)繁殖數(shù)量達(dá)到一定后硝化速率開始有明顯上升。而在后期各組間硝化效率均有下降，可能原因?yàn)榇藭r(shí)氮源不夠充足?？傮w來(lái)看，氨氮去除率聚氯乙烯、無(wú)紡布、纖維及陶粒凈化氨氮效果相對(duì)較好。

圖1 水體氨氮質(zhì)量濃度隨時(shí)間變化Fig.1 Changes in ammonia nitrogen concentration in water with time

2.2.2 亞硝態(tài)氮與硝態(tài)氮的測(cè)定

亞硝態(tài)氮標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.06751x-0.0045(x表示測(cè)得吸光度，y表示亞硝態(tài)氮質(zhì)量濃度)。

在30 ℃水浴、溶解氧2.5 mg/L的條件下培養(yǎng)，測(cè)量于0、0.5、1.0、1.5、2.0 d亞硝態(tài)氮的質(zhì)量濃度，測(cè)量發(fā)現(xiàn)，在前期0～0.5 d，亞硝態(tài)氮的質(zhì)量濃度處于上升狀態(tài)，但由于曝氣效率高，所以亞硝態(tài)氮均未有過(guò)多累積，迅速轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮(表4)。

表4 亞硝態(tài)氮質(zhì)量濃度 mg/LTab.4 Nitrite concentration

硝態(tài)氮的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程y=0.07044x-0.00387(x表示測(cè)得吸光度，y表示硝態(tài)氮質(zhì)量濃度)。

在30 ℃水浴、溶解氧2.5 mg/L的條件下，培養(yǎng)測(cè)量其0、0.5、1.0、1.5、2.0 d的硝態(tài)氮質(zhì)量濃度，測(cè)量發(fā)現(xiàn)在前期0～0.5 d亞硝態(tài)氮的質(zhì)量濃度處于上升狀態(tài)，但是由于曝氣效率高，所以亞硝態(tài)氮未過(guò)多累積，迅速轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，硝態(tài)氮含量在0.5 d之后訊速上升(表5)。

表5 硝態(tài)氮質(zhì)量濃度 mg/LTab.5 Nitrate nitrogen concentration

2.2.3 氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮的動(dòng)態(tài)變化

將聚氯乙烯、無(wú)紡布與纖維3組數(shù)據(jù)中氨氮、亞硝態(tài)氮與硝態(tài)氮作動(dòng)態(tài)分析，觀察三者的變化情況。在0～0.5 d內(nèi)，3組亞硝態(tài)氮與硝態(tài)氮均有輕微上升，氨氮也有下降；在0.5～1.0 d內(nèi)，在溶解氧較高的情況下亞硝態(tài)氮難以大量累積[18]，迅速轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。隨后亞硝態(tài)氮上升且速率較快，但無(wú)亞硝態(tài)氮的累積，應(yīng)該是硝化過(guò)程中效率最高的時(shí)間。綜合情況來(lái)看，聚氯乙烯硝態(tài)氮及亞硝態(tài)氮結(jié)果均優(yōu)于無(wú)紡布和纖維，且氨氮凈化速率與另外2組差異不顯著(P>0.05)(圖2～4)。

圖2 聚氯乙烯轉(zhuǎn)化效率Fig.2 The conversion efficiency of polyvinyl chloride

2.2.4 pH對(duì)硝化細(xì)菌影響比較

為探究氮源凈化后水體pH發(fā)生變化是否會(huì)影響氨氮凈化速率，設(shè)置如下試驗(yàn)：采用相同初始質(zhì)量濃度氨氮，投加經(jīng)硝化細(xì)菌附著的附著基，溫度20 ℃下，pH通過(guò)CaO進(jìn)行控制，設(shè)定pH分別為7、6、5進(jìn)行培養(yǎng)(表6)，探究pH變化后對(duì)硝化細(xì)菌氨氮凈化速率影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，pH偏酸性情況下，氨氮質(zhì)量濃度未發(fā)生明顯變化(P>0.05)?？赡芤蛟摼陱暮Ｋ啄嘀刑崛。瑢?duì)鹽度及酸性有一定抵御能力。因此本試驗(yàn)過(guò)程中均不再考慮水體pH對(duì)硝化細(xì)菌凈化速率的影響。

圖3 無(wú)紡布轉(zhuǎn)化效率Fig.3 The conversion efficiency of non-woven fabric

圖4 纖維轉(zhuǎn)化效率Fig.4 The conversion efficiency of fiber

表6 不同pH下氨氮質(zhì)量濃度變化 mg/LTab.6 Changes in ammonia nitrogen concentrations with different pH values

2.3 不同注入氨氮方法對(duì)硝化細(xì)菌凈化速率影響

經(jīng)上述試驗(yàn)比較，雖無(wú)紡布、纖維及聚氯乙烯材質(zhì)效果無(wú)差異，但因無(wú)紡布和纖維偏軟，在水中長(zhǎng)時(shí)間浸泡會(huì)出現(xiàn)抽絲、腐爛等現(xiàn)象，因此選用聚氯乙烯材質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)。

2.3.1 附著基大小篩選比較

選用邊長(zhǎng)分別為0.5、1.0、2.0、3.0 cm的正方體做附著基，進(jìn)行氨氮試驗(yàn)，結(jié)果見表7。邊長(zhǎng)1.0 cm試驗(yàn)組相較其他試驗(yàn)組而言，凈化效果最好，因此下述試驗(yàn)均選用邊長(zhǎng)1.0 cm的正方體進(jìn)行試驗(yàn)。

表7 附著基大小對(duì)氨氮質(zhì)量濃度影響 mg/LTab.7 The change in the size of the attachment to ammonia nitrogen concentration

2.3.2 梯度增加氨氮質(zhì)量濃度對(duì)硝化細(xì)菌凈化效果影響

梯度氨氮質(zhì)量濃度對(duì)硝化細(xì)菌凈化效果影響見表8。氨氮梯度增加試驗(yàn)0～1 d，因初始質(zhì)量濃度均為10 mg/L，且溫度、光照等影響因子均相同，所以硝化細(xì)菌凈化效果大體相同(P>0.05)。1 d時(shí)，3、4、5、6組繼續(xù)注入10 mg/L氨氮，培養(yǎng)環(huán)境相同條件下，氨氮質(zhì)量濃度變化并不明顯(P>0.05)。2 d時(shí)，第3輪4、5、6組注入氨氮，變化開始明顯。3 d開始，氨氮質(zhì)量濃度變化顯著(P<0.05)。最終質(zhì)量濃度30 mg/L組降解速率開始逐漸下滑。4 d時(shí)全組氨氮加入結(jié)束，可以發(fā)現(xiàn)其他組別降解情況已出現(xiàn)。4～5 d時(shí)，50 mg/L組24 h凈化效果并不理想(表8)。

表8 氨氮質(zhì)量濃度梯度試驗(yàn)5 d內(nèi)氨氮質(zhì)量濃度 mg/LTab.8 Ammonia nitrogen content in 5 d of ammonia nitrogen concentration gradient experiment

凈化效果比較：最終質(zhì)量濃度為10 mg/L組凈化效果為82.3%；最終質(zhì)量濃度為20 mg/L組凈化效果為73.4%；最終質(zhì)量濃度為30 mg/L組凈化效果為60.6%；最終質(zhì)量濃度為40 mg/L組凈化效果為53.2%；最終質(zhì)量濃度為50 mg/L組凈化效果為36.04%。

2.3.3 不同初始氨氮質(zhì)量濃度對(duì)硝化細(xì)菌凈化效果影響

不同初始濃度氨氮的硝化細(xì)菌均于3 d時(shí)開始降低，且降解率均達(dá)50%以上。低質(zhì)量濃度時(shí)(初始氨氮質(zhì)量濃度<50 mg/L)，降解率與氨氮質(zhì)量濃度關(guān)系并不明顯(P>0.05)，5 d降解率均在80%以上(圖5)。

水體5 d內(nèi)氨氮質(zhì)量濃度變化見圖5。試驗(yàn)0～1 d內(nèi)50 mg/L為本組凈化效果最佳。1～2 d內(nèi)，凈化效果略有下降，但總體凈化速率差別不大。在2～4 d內(nèi)，氨氮被凈化速率繼續(xù)下降。在4～5 d內(nèi)，硝化細(xì)菌凈化速率最低。整體比較發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)凈化效果前3 d均有大幅度增加，0～1 d時(shí)，氨氮凈化效果最好。6組中，氨氮凈化速率轉(zhuǎn)折時(shí)間點(diǎn)大多為3 d。前3 d硝化細(xì)菌凈化效果優(yōu)秀的原因可能是因?yàn)槭Ｓ喟钡|(zhì)量濃度過(guò)高，促進(jìn)了硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)與繁殖，也可能是因?yàn)槌跏及钡|(zhì)量濃度過(guò)高，促進(jìn)硝化反應(yīng)的正向進(jìn)行。但3～5 d時(shí)，硝化細(xì)菌速率下降明顯。一次性分別加入氨氮質(zhì)量濃度10、20、30、40、50、60 mg/L時(shí)，其氨氮降解率分別為87%、86%、86%、82%、88%、75%，均高于梯度增加氨氮情況。在初始氨氮質(zhì)量濃度50 mg/L時(shí)，凈化效果最好。

圖5 不同氨氮初始質(zhì)量濃度對(duì)硝化細(xì)菌凈化效果Fig.5 Purification effect of different initial concentration of ammonia nitrogen on nitrifying bacteria

3 討 論

3.1 硝化細(xì)菌在不同材料上附著效果

6種材料經(jīng)過(guò)滅菌、接種培養(yǎng)、計(jì)數(shù)后發(fā)現(xiàn)，大部分材料對(duì)于硝化細(xì)菌菌液密度的增加無(wú)顯著性影響。但纖維材質(zhì)[19]對(duì)硝化細(xì)菌菌液密度的增加有著極顯著的效果，說(shuō)明硝化細(xì)菌在纖維這種材質(zhì)上有極好的附著效果；聚氯乙烯材質(zhì)上硝化細(xì)菌的菌液密度也有顯著的增加，說(shuō)明硝化細(xì)菌喜歡多孔且表面粗糙的材質(zhì)；附著基菌液密度結(jié)果顯示，聚氯乙烯、無(wú)紡布、纖維都是硝化細(xì)菌偏好的附著基質(zhì)。以上附著基附著效果均顯著高于其他組，說(shuō)明硝化細(xì)菌更喜歡在表面柔軟、有彈性的材質(zhì)上進(jìn)行掛膜。

在計(jì)數(shù)試驗(yàn)中，初步認(rèn)定聚氯乙烯、纖維、無(wú)紡布為硝化細(xì)菌較為合適的附著基。在經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查之后發(fā)現(xiàn)，大部分環(huán)保企業(yè)喜歡使用流化床、陶粒或火山巖作為生物填料。原因在于這3種材料表面結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬，不易腐蝕，在處理高濃度堿性污水的時(shí)候表面不容易被破壞。相比較而言，纖維與無(wú)紡布由于表面柔軟，在工業(yè)處理環(huán)境下表面結(jié)構(gòu)比較容易被破壞，導(dǎo)致掛膜效率下降。所以本次試驗(yàn)的培養(yǎng)條件與工業(yè)培養(yǎng)相比，比較寬松[20]。在許多生物脫氮工藝中，都采用多種附著基共同培養(yǎng)硝化細(xì)菌[21]，本次試驗(yàn)并沒有設(shè)置混合培養(yǎng)的條件。

3.2 不同附著材料對(duì)氨氮降解過(guò)程的影響

通過(guò)2 d氨氮測(cè)定可以發(fā)現(xiàn)，除空白組外，所有組的氨氮降解率均在60%～90%間，說(shuō)明硝化細(xì)菌在處理污水時(shí)附著基可以明顯提高其降解氨氮的效率。而附著基的物理特性使得降解率參差不齊。由于在曝氣過(guò)程中氧氣的上升使得水體不停地翻滾，與附著基結(jié)合不牢固的硝化細(xì)菌易被沖散導(dǎo)致硝化效率降低[22]。聚氯乙烯、纖維、無(wú)紡布這一類附著基表面柔軟，材質(zhì)輕盈，在水體流動(dòng)過(guò)程中會(huì)隨水流一起流動(dòng)，所以水流對(duì)其表面作用力就小[23]。而陶粒、火山巖、流化床表面堅(jiān)硬，質(zhì)量較大，不會(huì)隨水流而動(dòng)，所以受到的表面作用力就大，硝化細(xì)菌在其表面掛膜易被沖散。在硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，亞硝態(tài)氮在合適的溶解氧條件下很難累積，很快即被轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。聚氯乙烯、纖維、無(wú)紡布這3種優(yōu)秀材質(zhì)均能顯著提高硝化細(xì)菌的硝化效率。

3.3 不同初始氨氮質(zhì)量濃度及氨氮梯度注入對(duì)硝化細(xì)菌降解影響情況

采用不同初始氨氮質(zhì)量濃度對(duì)硝化細(xì)菌進(jìn)行培養(yǎng)，試驗(yàn)5 d內(nèi)，在不投加任何額外藥品情況下，氨氮質(zhì)量濃度隨時(shí)間變化而不斷下降?？傮w來(lái)看，前3 d的下降情況最為明顯。雖然3 d后硝化細(xì)菌依然工作，但趨勢(shì)不及前3 d明顯。經(jīng)5 d處理后的氨氮廢水，可看出不同氨氮質(zhì)量濃度對(duì)養(yǎng)殖廢水均有凈化效果，但較高質(zhì)量濃度初始氨氮量廢水去除較大，去除效果明顯，符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)[24]。當(dāng)氨氮質(zhì)量濃度高于50 mg/L時(shí)，硝化細(xì)菌凈化效果不隨氨氮質(zhì)量濃度的增加而增加。其可能原因是附著基所能吸附的硝化細(xì)菌數(shù)量固定，硝化細(xì)菌所能吸收氨氮達(dá)最大值。因此不論初始氨氮質(zhì)量濃度如何增加，凈化效果大體均不發(fā)生變化。

氨氮質(zhì)量濃度較高時(shí)，可以促進(jìn)硝化細(xì)菌過(guò)快生長(zhǎng)，僅需3 d硝化細(xì)菌數(shù)量便開始增加。此時(shí)其他物質(zhì)相對(duì)不足，因此抑制硝化細(xì)菌生長(zhǎng)及去除氨氮等生理功能。所以3 d后氨氮質(zhì)量濃度下降曲線便出現(xiàn)平滑，發(fā)現(xiàn)氨氮去除效果與硝化細(xì)菌及硝化速度呈正比。當(dāng)3 d后硝化細(xì)菌到達(dá)一定數(shù)量時(shí)，硝化速率開始降低。由于水體中硝化細(xì)菌數(shù)量未出現(xiàn)大量增長(zhǎng)，故3 d后硝化細(xì)菌速率明顯降低，未發(fā)生新菌完全更替原始硝化細(xì)菌的情況，至此硝化細(xì)菌降解速率越來(lái)越慢。而梯度注入試驗(yàn)整體效果均不如一次性注入降解情況好。該情況對(duì)養(yǎng)殖水環(huán)境治理有重要意義。

筆者下一步計(jì)劃探討藻菌共生的生物脫氮,旨在通過(guò)藻類降解養(yǎng)殖廢水中的氮、磷等元素，結(jié)合細(xì)菌降解水體污染物，形成完整的藻菌共生水質(zhì)凈化系統(tǒng)。其中菌類在水中與氧氣、污染物結(jié)合而生成CO2，為藻類提供了營(yíng)養(yǎng)所需。同時(shí)藻類在水體中生長(zhǎng)時(shí)進(jìn)行光合作用，能夠有效汲取水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，不僅能夠合成自身所需營(yíng)養(yǎng)，還能釋放氧氣，供給菌類及養(yǎng)殖水生生物存活，實(shí)現(xiàn)藻類與菌類互利共生。細(xì)菌通過(guò)轉(zhuǎn)化水體中的氨氮，來(lái)改善養(yǎng)殖水體環(huán)境。目前藻菌共生系統(tǒng)在養(yǎng)殖廢水及工業(yè)廢水處理中有諸多應(yīng)用，對(duì)于氮、磷的吸附，重金屬的富集及有機(jī)物的凈化皆有顯著優(yōu)勢(shì)[25]。這也將是未來(lái)硝化細(xì)菌在養(yǎng)殖水環(huán)境凈化中的應(yīng)用方向。

4 結(jié) 論

6種材料附著基中，聚氯乙烯材質(zhì)綜合效果最好，且在聚氯乙烯材質(zhì)中，一次性氨氮質(zhì)量濃度10、20、30、40、50、60 mg/L時(shí)，其氨氮降解率分別為87%、86%、86%、82%、88%、75%。其凈化效果均高于該附著基中梯度加入氨氮量，初始氨氮質(zhì)量濃度為50 mg/L時(shí)，凈化效果最好。