固定化微生物联合粉绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)净化养殖废水的研究

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控制良好的水质是循环养殖系统健康、稳定、持续运行的前提,经济、高效的养殖废水净化模式是近年来研究的热点。为达到高效的水质处理效果,在分别研究了不同投放密度的固定化微生物(Immobilized microorganisms,I)和粉绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum,M)对不同营养程度养殖废水净化效果的基础上,选择合适的投放密度,采用两者联合净化养殖废水。主要研究结果归纳如下:1.以陶粒作为载体,对具有高效脱氮能力的巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)和弯曲芽孢杆菌(Bacillus flexus)进行固定,在室内静态条件下,以人工模拟富营养(eutrophy,e-)和中营养(mesotropher,m-)两种营养程度的养殖废水为处理对象,研究了投放不同密度固定化微生物对养殖废水的净化效果。结果显示,试验第7d时,投放高密度处理组(IH)对富营养水体CODMn的去除率高达57.06%,显著优于同时间的中密度处理组(IM)(35.46%)和低密度处理组(IL)(17.79%);IH对富营养水体氨氮和硝态氮的去除效果较好,而IM和IH对富营养水体亚硝态氮的去除效果无显著差异(p>0.05);试验前期(第010d),IH对中营养水体总氮的去除效果较好,但试验中后期(第10d后)与IM之间无显著差异。IH对中营养水体总磷的去除效果显著优于IL和IM。另外,还考察了各处理组固定化载体表面生物膜上微生物的脱氢酶(dehydrogenase,Deh)、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase, Akp)和脲酶(urease,Ure)活性变化情况,冗余分析(redundancy analysis,RDA)结果显示,与对照组相比,各处理组TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TP等水化指标与载体表面微生物Deh、Ure、Akp活性呈显著负相关关系,表明载体表面微生物酶对水体氮、磷的去除发挥了较大作用。2.选取预先经促根驯养的粉绿狐尾藻为材料,以人工模拟富营养(e-)和中营养(m-)两种营养程度的废水为基质,探究不同投放密度狐尾藻对人工废水的净化效果。结果表明,与投放低密度(ML)和中密度(MM)相比,投放高密度狐尾藻(MH)对两种水体总氮的去除效果较好,而MH和MM对两种营养程度水体亚硝氮的去除效果差异不显著(p>0.05)。试验中后期,MM对中营养水体氨氮的去除率超过MH,第35d时,m-MM组氨氮去除率达84.23%,显著优于m-MH组(69.03%)和m-ML组(47.25%)(p<0.05)。此外,还跟踪监测了狐尾藻根际微生物酶活性变化情况,结果表明富营养水体植物根际微生物Deh、Ure、Akp活性普遍高于中营养水体根际微生物酶活性。狐尾藻根际微生物酶活性与水化指标间的冗余分析结果显示,各处理组TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TP等水化指标与狐尾藻根际微生物Deh、Ure、Akp活性呈显著负相关关系,表明狐尾藻根际微生物酶对水体氮、磷的去除发挥了较大作用。实际应用中根据养殖废水的营养程度,选择投放合适密度的粉绿狐尾藻,有利于达到经济、高效的净化目的。3.在以上研究结果的基础上,根据实际养殖废水的营养程度,选择投放中密度固定化微生物与中密度粉绿狐尾藻联合净化养殖废水,以探究两者联合作用对水体不同形态氮素的去除效果。试验过程中对水体不同形态氮素浓度以及氨化细菌(AB)、亚硝化细菌(NOB)、硝化细菌(NB)和反硝化细菌(DB)4类氮循环细菌的动态分布情况进行监测,结果显示,与固定化微生物(I)、粉绿狐尾藻(M)分别单独作用相比,两者联合作用(I+M)对水体氮素和CODMn的去除效果显著。比较实验前15天,I+M组对养殖废水亚硝态氮(NO2--N)和氨氮(NH4+-N)的去除率分别达50.83%和62.38%,显著高于I(39.55%和51.17%)与M(40.78%和53.31%)(P<0.05)。实验结束(第25d)时,I+M组水体CODMn的去除率达67.23%,显著高于I(48.23%)与M(33.35%)分别单独作用(P<0.05);I+M组对养殖废水硝态氮(NO3--N)的去除率高达88.74%,显著高于I(67.85%)(P<0.05),但与M组无显著差异。另外,I+M组植物根系表面4类氮循环细菌的数量相比M组均有不同程度的增加,而载体表面的4类氮循环细菌数量实验后期整体呈现下降趋势,其中I+M载体表面AB数量始终比I低1.82.6个数量级。主响应曲线分析(principle response curve, PRC)表明,水体浊度、NO3--N、TN等对造成组间差异的贡献较大,实验前中期I+M对养殖废水的净化效果强于两者分别单独作用,但实验末期(第20d后)I与UC间的总体差异大幅度减小,且I+M与M的差异很小。试验结果表明,选择合适密度的固定化微生物与粉绿狐尾藻联合处理养殖废水能有效提高养殖水体NO2--N、NH4+-N、CODMn等的净化效率,从而减轻氨氮和亚硝态氮等物质对养殖生物的毒害,使得养殖生物能维持正常的物质代谢。在实际工厂化养殖生产中应综合考虑养殖废水的水质状况、固定化菌种组分及其生理生化特性、植物种类及搭配等因素,使反应器的设计更加科学以确保养殖系统稳定、高效、持久地运行。
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