固定化益生菌强化生物滤器的脱氮性能研究

来源 :上海海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:arile1027
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养殖水体中过量的氮元素会引起养殖环境恶化并严重影响养殖效益,生物脱氮是循环水养殖系统水处理工艺的核心单元。微生物固定化技术可显著提高好氧反硝化菌脱氮效果稳定性及对周围环境的抗逆性等优点,是提高循环水养殖系统生物滤器水处理性能的关键突破点。因此,本研究以循环水养殖系统生物滤池填料为材料,分离获得具有高效好氧反硝化功能的益生菌,通过填充改性聚丁二酸丁二醇酯[Poly(butylene succinate),PBS]制备吸附能力强、生物亲和性高、能稳定释放碳源的生物填料,并研究固定化益生菌生物填料对生物滤器脱氮性能的强化效果。主要结论如下:(1)益生菌的筛选及其脱氮特性从循环水养殖系统生物滤池中筛选得到一株具有高效脱氮能力的益生菌BF6,通过16S r RNA基因序列分析,初步确定BF6为成都假单胞菌(Pseudomonas chengduensis)。生长实验结果表明:BF6具有较好的适温性、广盐性及好氧性,在温度为35℃、p H值为7、转速为250 rpm和盐度为10‰的条件下,生长状况最佳。安全性实验结果表明:BF6是一株无致病性的安全菌株。脱氮特性实验结果表明:BF6在异养硝化培养基(Heterotrophic nitrification medium,HNM)中培养24 h(37℃、200 rpm),对初始浓度为107.30 mg/L NH4+-N的去除效率达到88.67%;在相同培养条件下,BF6在短程反硝化培养基(short-cut denitrification medium,SDM)中对初始浓度为96.00 mg/L NO2--N的去除效率达到81.97%;在相同培养条件下,BF6在反硝化培养基(Denitrification medium,DM)中对初始浓度为115.87 mg/LNO3--N的去除效率达到99.93%;在相同培养条件下,BF6在同步硝化-反硝化培养基(simultaneous nitrification and denitrification medium,SNDM)中对NH4+-N(12.23mg/L)、NO2--N(5.03 mg/L)、NO3--N(14.17 mg/L)和TN(31.72 mg/L)去除效率分别达到79.23%、99.40%、100.00%和75.61%。脱氮条件优化实验结果表明,BF6的最佳脱氮条件为215.33 rpm、温度为35.98℃、C/N为17.97,经验证,BF6在该条件下的TN去除效率达到94.17%。上述实验结果表明,成都假单胞菌BF6是一株生长条件非苛刻的安全性菌株,并具有高效脱氮性能,在养殖废水处理方面具有良好的应用前景。(2)活性炭填充改性PBS固定化益生菌强化生物滤器脱氮性能将活性炭和PBS熔融共混后制成活性炭填充改性PBS,并进行酸碱处理,后固定益生菌BF6,用于强化生物滤器生物脱氮研究。物理表征分析结果表明:活性炭填充改性PBS经过盐酸预处理和氢氧化钠后处理后,其表面中孔结构增加、比表面积增大、接触角降低。强化生物滤器脱氮效果实验结果表明:在反应器运行1 d后,活性炭填充改性PBS固定化BF6(PBS/AC-S)对进水TN浓度为31.53 mg/L的去除效率达到94.39%,高于活性炭填充改性PBS(PBS/AC)(89.26%)和游离BF6(DS)(34.52%)。强化生物滤器脱氮效果稳定性实验结果表明:水力停留时间(Hydraulic Retention Time,HRT)由6 h缩短至4 h后,DS对TN的去除效率由94.48%降到26.12%,PBS/AC对TN的去除效率由96.79%降到52.49%,PBS/AC–S对TN的去除效率由96.79%降到88.08%。上述实验结果表明,PBS/AC-S在生物滤器脱氮效果和系统稳定性方面较PBS/AC和DS表现更优,实现了活性炭填充改性PBS固定化BF6对生物滤器脱氮性能的强化,这为采用固定化益生菌技术强化生物滤器脱氮提供一定的技术支持。(3)牡蛎壳填充改性PBS固定化益生菌强化生物滤器脱氮性能将改性的牡蛎壳粉分别和PBS熔融共混后制成牡蛎壳填充改性PBS,固定益生菌后用于强化生物滤器脱氮研究。物理表征分析结果表明:牡蛎壳经热改性处理后,可增加其比表面积。牡蛎壳固定化微生物表征结果表明:四个不同处理组(天然牡蛎壳,OS;200℃热改性牡蛎壳,OS200;400℃热改性牡蛎壳,OS400;600℃热改性牡蛎壳,OS600)均可附着一定数量的微生物,其中OS400吸附效果最好,72h时对微生物吸附量OD600为0.28。强化生物滤器脱氮实验结果表明:环形填料(PE)、OS填充改性PBS固定化益生菌(OS-P)、OS200填充改性PBS固定化益生菌(OS200-P)、OS400填充改性PBS固定化益生菌(OS400-P)、OS600填充改性PBS固定化益生菌(OS600-P)对进水TN浓度为150.00 mg/L的最高去除效率分别达到30.03%、63.38%、50.12%、80.78%、78.55%,其中,OS600-P在生物滤器启动速度、生物滤器对废水的修复能力和生物滤器运行稳定性等三个方面较PE、OS-P、OS200-P和OS400-P表现较好。上述实验结果表明,热改性牡蛎壳粉填充改性PBS固定益生菌用于强化生物滤器脱氮具有一定的可行性,为牡蛎壳资源化再利用找到一条新的途径。
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