包埋固定化好氧反硝化菌强化处理海水养殖废水研究

来源 :大连海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:linlong__
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在高密度、集约化的循环水养殖系统(RAS)中,含氮污染物主要有氨氮(NH4+-N)、亚硝酸盐氮(NO2--N)和硝酸盐氮(NO3--N)。RAS中的曝气生物滤池(BAF)可以将水体中毒性较高的NH4+-N和NO2--N转化成毒性较低的硝酸盐氮(NO3--N),但曝气条件下普通反硝化菌的生长和功能受到抑制,引起水体中的硝酸盐积累,仍会导致鱼类生长缓慢,存活率降低[3]。因此,强化BAF中微生物的反硝化作用,控制RAS中NO3--N浓度处于较低浓度,对于健康养殖具有重要意义。为通过添加反硝化功能菌提高系统的脱氮效率,本文设置了以下研究。通过分离纯化的高效耐盐好氧反硝化菌制备复合菌剂探讨了其最佳组成且获得了其具有优良反硝化性能的生长条件。利用聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)将获得的复合菌剂进行包埋固定,确定了其最佳制备条件及脱氮条件。将包埋固定复合菌小球投入到海水生物滤器中处理海水养殖废水,提高了系统的脱氮性能。本研究将为好氧反硝化菌固定化强化技术应用于海水生物滤器提供一定的理论依据。本研究主要结论如下:(1)在海水养殖的好氧条件下,具有反硝化功能的耐盐复合好氧微生物可以促进硝酸盐氮(NO3--N)的还原。本研究分离了一株耐盐好氧反硝化菌(Zobellella sp.MAD-44),并与两株耐盐好氧反硝化菌(Halomonas alkaliphila HRL-9和Vibrio spp.AD2.)组合,制备了复合剂AHM-M3。当AD2、HRL-9和MAD-44的添加比例为2:2:3(v/v/v)时,AHM-M3的脱氮效率最高。AHM-M3对NO3--N的去除率显著高于任何单一菌株(AD2、HRL-9和MAD-44)(P<0.05)。在高盐度(30)条件下,AHM-M3进行NO3--N还原的优化条件为30℃、初始接种量2%(v/v)、振荡转速120 rpm、C/N 10。在此条件下,培养24 h后,AHM-M3能够完全去除NO3--N(初始浓度为100 mg/L),体系中无NO2--N积累。在优化条件下,分别有17.07%和19.80%的NO3--N转化为细胞内氮和其他含氮产物,63.13%的NO3--N可能转化为气态氮。这些结果表明,复合菌剂AHM-M3在高盐及好氧条件下促进NO3--N还原方面具有巨大潜力。本研究为微生物强化技术在海水污染控制,特别是海水养殖废水处理中提供了潜在的应用前景。(2)本研究基于前期制备获得的好氧反硝化复合菌剂AHM-M3,以PVA和SA为载体材料将其包埋固定。确定了PVA-SA载体的最佳配比及固定化条件;同时分析环境因子对固定化复合菌小球脱氮性能的影响,从而优化其脱氮条件。结果表明在PVA 10%、SA2%、Ca Cl2 2%且交联时间48 h条件下,制备的固定化复合菌小球具有良好的成球性、传质性、稳定性,24 h时表现出最高的NO3--N去除率(63.47%)。固定化小球具有大孔结构,适合菌株附着生长。固定化复合菌对硝酸盐模拟养殖废水的降解能力较强,其进行NO3--N还原的优化条件为固定化小球投加量2%(w/v)、pH值7、30℃。在此条件下,培养48 h后,固定化复合菌能完全去除NO3--N,体系中无NO2--N积累,且NH4+-N保持较低浓度。固定化复合菌表现出较强耐酸耐碱能力和温度耐受性。固定化复合菌小球重复利用3次(9d)后,固定化复合菌仍能完全去除废水中的NO3--N。固定化复合菌小球具有高效的反硝化能力,结构稳定,为其在养殖废水处理的实际工程应用提供可能。(3)本研究以固定化好氧反硝化复合菌小球与生物滤片填料形成复合填料,设置了生物滤片组为对照,分别填充至海水生物滤器中,研究固定化小球的添加对海水养殖废水中NO3--N和总氮(Total nitrogen,TN)的去除效率影响。研究发现包埋固定化小球的添加能够提高系统的脱氮效率,该系统中NO3--N和TN的去除率最高分别可达100%和87.99%。其群落结构和相对丰度发生了较大变化,尤其是在门和属水平上,与脱氮有关的变形菌门丰度最高;固定化小球包埋的盐单胞菌属和卓贝尔氏菌属在系统中成功富集,可能是提高系统的脱氮效率的原因之一,证实了包埋固定化技术对系统的强化脱氮作用。
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