循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中自然微生物生物膜形成過程實(shí)驗(yàn)

1、第29卷第5期2 0 1 ()年 1 ()月Vol. 2 9. No. 5Oclober. 2 0 10海洋環(huán)境科學(xué)MARINE ENVIRONMENTAL SCKNCE循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中自然微生物生物膜形成過程實(shí)驗(yàn)傅雪軍r馬紹賽2,曲克明2,周 勇遷徐 勇2(L上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海2O13O& 2農(nóng)業(yè)部海洋漁業(yè)資源可持續(xù)利用嚴(yán)點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院 黃海水產(chǎn)研究所，山東青島266071)摘 要：進(jìn)行了不同初始NH4-N濃度在實(shí)驗(yàn)水溫20- 24條件下.利用微生態(tài)制劑輔助.循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中門然微生物生 物膜形成過程的實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果衣明：不同Ng、濃度對(duì)自然傲生物生物膜形成產(chǎn)

2、生顯著影響.S 10和20 mg/LA濃度 N山氓更易丁微生物的擴(kuò)繁生氏和生物膜形成.其生物膜達(dá)到預(yù)期水質(zhì)巾化效果的形成周期，即生物掛膜成熟周期.約盂要 35- L生物掛脫成功厲.形成很好的硝化作用.實(shí)驗(yàn)生物濾池中的Ml 4-V NO,-N濃度均保持低于Q 05 mg/I. COD濃度 低于3mg/L顯示出對(duì)N()2-N和COD很高的去處效果但對(duì)PO4-P處理效果不明顯。而和2mg/L低濃度NH4-N 不易于微生物的擴(kuò)繁生長(zhǎng)，難以形成具有較好水質(zhì)凈化效果的生物膜.即生物掛膜難以成功。關(guān)鍵詞：循壞水養(yǎng)殖系統(tǒng)：自然微生物：生物膜；生物菽體中圖分類號(hào)：Q33I文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1(X)7633

3、6(2010)05(J71304Experm ent of bb-fihi foim ation process of naturalm icrobesin re-circulatiig aquaculture systanFU Xue* jlii? MA Shacrsaf, QU Kern2H0U Yong. XU Yong2(1. (o Itge of F cileries & L ife science ShanghaiOceanU nkrersi; Shangha i 2013()6 Ch ha 2 K ey Labaratoir fcr Sustahab leU t ilr zati

4、on oflVI arhe Fineries Resource! M inistiy ofAgriai lkir Y elhv Sea F klieriesR eseaich Instill tu C li iiesr Acachmy of FiJienr Sct enc Q ngdao 266071. Ch ha)Abstract The slud rd on tie ex|)er inen t of p nxress of f)vned bi(r fihi of lie naturalm rn4)es was conducted by tie m i(T()l)iil ecobgr cal

5、 agent ass kk*(l h dft anmon vrn itnogen concentnit iwis in rrcinulalhg aquacultureunder the cond ition ofwater ten*penifci n? 20 to 24 C The ivji Its of ex perm en ts shewed that diflervn t anmoniir n it n)gen concentmt hns had a wign if Irani m part on bir Gin fomaliffi of n aiura lin ien)l)es ii

6、l)im in li anm xi irii itnigefi g/L and cxni Id awnp Ide the foniatix) pbriMl of ant ripat hg purify* hg e(!*(t ofwaltT(|iialih; in alurr (Mr cmIs of bir fihi ati)n weir needed about 35 40 days A fter the I)ir fihi fom at kmi. the xm pIpte n itrifrat ixi was establF.hel ail* in(mi u*n itnigen an)ntr

7、arily in the bw anmonia (Ynu-enlmt iwis of 1 mg/I 2 mg/L the m i-nJ)es weiv not p nine to) expand and gniv, and w ere(I iHicvu k to foni the bir fihi of prefeiul) k* purify iig eflect of water quality i at w as to Hiy it was liHinik Io bm the bir Gin su(v cssful k;Key words reriKii lit iig aquacti l

8、ure stmi s naturalm icn)b I)ir fihi; ni iembial carrier工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖貝有節(jié)水、節(jié)地、節(jié)能、環(huán)保等特 點(diǎn)正口益受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注和$:視。養(yǎng)殖廢水的處 理與循壞利用是匸廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的瑕主耍特點(diǎn)。收稿日期:2009-01-16修訂日期：3009-03-12基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)II (2006BAD09A03)作者簡(jiǎn)介：傅雪軍(19舲)，男,江西占安人.碩士硏究生，主要從事海洋生態(tài)壞境研允E-ma il fzejw721 163 mn通訊作者：馬紹賽ysfri ac cn 1994-2011 China Academic Jou

9、rnal Electronic Publishing House. All rights reserved, 通過髙效的水處理單尤保持養(yǎng)殖用水的循壞利用.是維 持生產(chǎn)正常進(jìn)行的孩心技術(shù)其中生物濾池對(duì)控制整個(gè) 系統(tǒng)中的 山-N、NgN濃度起看關(guān)鍵作用門I。生物濾 714海洋環(huán)境科學(xué)第29卷池能夠有效的去除NH4-N.NO2-N.COD等,是依靠其載體 衷而附行生物膜.建立去除冇害污染物的氨氧化細(xì)繭、亞 硝化細(xì)鬲、硝化細(xì)繭等冇益微生物。生物臉法因具冇產(chǎn) 生污泥少、運(yùn)行管理方便、能耗少等特點(diǎn)在海養(yǎng)殖廢水 處理方面得到了廣泛應(yīng)用本文探討了在不同初始NZN濃度卜：自然凈化微 生物在生物載體上形成生物膜的

10、過程、周期及變化規(guī)律. 確定了掛膜過程中不同階段生物膜濃度(U g/an2 )、最佳 時(shí)間周期、最佳環(huán)境條件,以及對(duì)NH4-N.NO2-N.NO3-N. 10十及COD i除效果等，為工廠化循環(huán)水魚類養(yǎng)殖系 統(tǒng)生物濾池的生物掛般及正常運(yùn)行的維護(hù)管理提供依 據(jù)。1材料與方法1. 1實(shí)驗(yàn)材料本實(shí)驗(yàn)釆用靜態(tài)牛物掛膜法用惻柱形的玻璃鋼水 槽作為實(shí)驗(yàn)生物濾池，其直徑為I 0碼高為1 Og有效 體積為600 L。生物載體是利用聚乙烯及聚丙烯纖維絲 條(直徑為0 5 mm,比表面積為360 in2 /m)加E成彈性 刷狀生物我體，在水中呈均勻輻射狀伸展，M -定的柔 韌性和剛性，使氣、水、凈化微生物之間充分

11、接觸.使凈化 微生物能均勻地附著在每一根纖維線條上.從而獲得巨 大的比表面積。1. 2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)共布設(shè)5個(gè)牛物濾池.牛物掛膜實(shí)驗(yàn)詢.用沙濾海水 浸泡濾池2 d后，泵入舌締魚養(yǎng)殖池的水其水質(zhì)指標(biāo)如 F： NH4-N (1 14 Q 17mg兒 NO2-N (1 ()15(1 032 mg/U N()3N (1 31 () 36mg/L, PO4-P (1 (M6 0 058 mg/U C()DMnS 28 S 36mg/L |il 7. 96 X 22 鹽度 3(h 在 5 個(gè)生物濾池中加入不同濃度的MIjCl使其初始N11/N濃 度分別為 1 mg/L(l 號(hào))，2mg兒(2號(hào))，5 mg/L(

12、 3號(hào))，10 mg兒(4號(hào)),20mg/L(5號(hào))。為了促進(jìn)凈化微生物擴(kuò)繁 與生長(zhǎng)，同時(shí)在每個(gè)生物濾池中加入150 g微生態(tài)制劑 (含有乳酸茵、芽抱桿菌及酵母繭等有益菌)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)： QH.A.NaN()r HPO。、N a,HPO4.MnSD4.然后將生 物載體懸掛在濾池中，間斷曝氣,進(jìn)行生物掛膜(表1)。 生物掛膜過程中剛開始每夭取水樣測(cè)定NH小、N()N、 N()3N、IP、C01X |11、1)()及溫度，以后每隔一人測(cè)泄一 次,使pH維持在& 00 51 DO M 5 mg/L溫度在20 24C,鹽度在3(1且掛膜過程中每隔1()(1左右換水1次， 換水之后加入營(yíng)養(yǎng)鹽維持之前取水樣

13、測(cè)定的濃度。表1實(shí)驗(yàn)組參數(shù)Tabl 1 Paran etem of d iflerm t cxperinent groups實(shí)臉組數(shù)1號(hào)2號(hào)3號(hào)4號(hào)5號(hào)初始氨氮濃度Aug- I/11251()20找體IE址/kg2 602 602 202 602 8()栽體總表面積An2985 26985 26833 68985 26I06L 051. 3生物膜濃度測(cè)定定，參照文獻(xiàn)5進(jìn)行。首先進(jìn)行生物膜的剝落。n體方 法:提取適帚的生物我體樣品，用二次蒸飼水淋洗數(shù)遍洗 去夾帶的懸浮生長(zhǎng)的揮發(fā)性懸浮物，放入50 ml.離心管 中加蒸飭水浸泡。然后放入超聲波發(fā)生器中，進(jìn)行超聲 提取。經(jīng)超聲提取后的提取液利用()4

14、5 Um的濾膜進(jìn) 行過濾，濾膜預(yù)先在105C烘干1 h至衡重，測(cè)定其施量。 過濾后的濾膜同樣在105烘干lh后至衡重，兩者之差 既為樣品中所含生物膜的眶最(干車)再計(jì)算所取生物 膜樣品的表面積,即可得單位表面積載體填料上附著微 生物的量。1. 4數(shù)據(jù)處理及水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)方法數(shù)據(jù)處理釆用0 rgin7. 5軟件。水質(zhì)指標(biāo)的檢測(cè)依 據(jù)海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范(GB 12763 4-2007)： NH4-N采用次漠 酸鹽氧化法.NO/N采用棊乙二胺分光光度法，N(bN采 用鋅鎘還原法，PO4-P采用磷鋼藍(lán)分光光度法，(1)1)采用 堿性高銃酸鉀法，M【采用復(fù)介電極法測(cè)定，1)0采用RSS 5100熨溶氧儀測(cè)定，溫

15、度釆用溫度計(jì)。2結(jié)果與分析2 1生物載體表面生物膜濃度的變化生物濾池載體表面生物膜的形成一般包括兩個(gè)過 程：微生物在載體農(nóng)面的附看固泄過程和固看在載體農(nóng) 面的微生物增長(zhǎng)繁殖逐步形成成熟的生物膜過程.即生 物膜的增長(zhǎng)過程。從理論上講，微生物在伐體農(nóng)血附彳 固定需耍經(jīng)過可逆附著和不可逆附著I,都是在初期的 靜水掛膜過程屮在較fel的時(shí)間內(nèi)完成，0,在整個(gè)生物膜 形成過程中占主導(dǎo)的是固著微生物增長(zhǎng)形成生物膜的 過程Ml 生物膜的增長(zhǎng)過程貝體又可以分為幾個(gè)不同的 階段：潛伏期，對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期線性增長(zhǎng)期，減速増長(zhǎng)期.生 物膜穩(wěn)定期和脫落期。木實(shí)驗(yàn)經(jīng)過3 5 d的間歇性曝氣 啟.觀察到生物我體表而開始冇微生物

16、附冇.隨厲定期捉 取生物戯體在顯微鏡卜觀察，從圖1可以看出，牛物膜濃 度隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展不斷的増加.第1 7(I微生物牛長(zhǎng)緩 慢處在適應(yīng)牛長(zhǎng)環(huán)境階段載體表面兒乎沒令微牛物附 著;第7- 19 d時(shí)生物膜濃度增長(zhǎng)速度加快，處在潛伏期, 生物載體表面有冬散絮狀的淺褐色物質(zhì)附看.水樣屮也 仃淺褐色成團(tuán)狀的物質(zhì)：隨后第19 25 d淺褐色的物質(zhì) 慢慢布滿戦體表面，生物膜增長(zhǎng)速度達(dá)到最人,呈現(xiàn)出對(duì) 數(shù)增長(zhǎng)期的趨勢(shì)；笫25 35(1生物般增長(zhǎng)速度開始減慢. 處在線性和減速增長(zhǎng)期，生物膜不斷積累并且布滿我體 表面;第35(1之后，生物膜生長(zhǎng)處在穩(wěn)定期和脫落期，最 終掛膜第4()(L我體表面形成一層淺黃色的成團(tuán)

17、狀物質(zhì). 用于觸摸冇滑膩的感覺.表明微生物已經(jīng)成熟的附著在 載體表面.3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)NH4-N濃度組，其生物膜濃度 變化趨勢(shì)十分一致，在35 40 d時(shí)生物膜濃度達(dá)到一個(gè) 最大值，分別為51 14 62 16 81 67Ug/On；隨后生物膜 濃度開始卜降部分生物膜佇脫落的跡象表明凈化微生 物口完成一個(gè)掛膜周期。而1號(hào)、2號(hào)NHjN濃度組，生.工娜歸任騙細(xì)滌用濾膜過禪龍剎測(cè)lisning House. All rights reserved, 716海洋環(huán)境科學(xué)第29卷物膜濃度處在一 ri緩慢升高的趨勢(shì)但沒冇像高濃度 NH廣N生物濾池掛膜達(dá)到一個(gè)最大附符生物膜濃度，這 可能是由低濃度的背養(yǎng)負(fù)

18、荷很難維持凈化微生物生長(zhǎng) 需求，生物膜生長(zhǎng)速度緩慢，導(dǎo)致牛物掛膜周期延長(zhǎng)。生 物濾池掛膜周期的快慢需視反應(yīng)器構(gòu)型、基質(zhì)種類及濃 度、水力剪切力的人小、微生物種類及溫度等條件W索而 此成熟生物膜的生物膜量及厚度更是與上述 息息 相關(guān)另外.從圖1中可以看出，不同NN濃度卜對(duì) 生物膜的生反和形成JI仃顯著影響。-般來說奇濃度 nh4-n更易r生物膜的生長(zhǎng)和形成，縮短t生物掛膜周 期.冇利節(jié)約循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的掛般時(shí)間、降低企業(yè)運(yùn) 營(yíng)成木、規(guī)避養(yǎng)殖初期生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)、使系統(tǒng)更快的投入生 產(chǎn)。圖|生物膜培養(yǎng)過程中生物膜濃度的變化 Fig. 1 BioGlm concentration changes durin

19、g cultivation of bio-圖2生物膜培養(yǎng)過程中氨氮濃度的變化Fig. 2 Ammonia-nitrogen concentration changes during cultivation of biofilm2 2生物膜形成過程Ml4-N濃度變化隨著凈化微生物的生長(zhǎng)與繁殖，生物膜對(duì)nh4-n的 去除能力不斷增強(qiáng)，如圖2所示。凈化微生物在不同 NH.廣N濃度卜掛膜，在越高的初始NH4-.N濃度F.凈化微 生物對(duì)nh4-n的吸收十分顯著表明氨氧化細(xì)菌和亞硝 化細(xì)菌正大量擴(kuò)繁與生長(zhǎng)，但高濃度NH4-N (3號(hào),4號(hào),5 慢.這可能與nh4-n濃度降低過快滿足不了凈化微生物 的生長(zhǎng)需

20、求導(dǎo)致生物殞脫落冇關(guān)但經(jīng)過一個(gè)星期的時(shí) 間，生物II英又很快頁新建工起來.NH 4-N濃度迅速降低。 而I號(hào)和2號(hào)生物掛膜，其NH rN濃度從開始就呈現(xiàn)出 緩慢變化的趨勢(shì)，牛物膜濃度都沒令在高濃度卜掛膜效 果好這町能是由低濃度卜營(yíng)養(yǎng)滿足不了凈化微生物 的生長(zhǎng)需求。但不同NHjN濃度組生物濾池掛膜其最 終NH廣N濃度都低J- (1 05mg兒表明生物掛膜達(dá)到穩(wěn)定 成熟(NH4-N 0 05 mg/L N02-N r bbfibi chamdercation and 1)bmass control J . W at SciTedinoU 19949 7: 345-354.6趙慶口劉淑彥王琨復(fù)介式生

21、物脫反應(yīng)器中生物膜量、療 度及活性J|.哈爾濱建筑大學(xué)7：報(bào)，999, 32(6)： 39-43| 7 | W ESTEEM AN P W. E vakiatrwi of various bhfikem h an htor sKe ivcircukitiig fbh pnMiuctini facility | J|. Tmns Am-Soc Ag- ric Eng 199(1 39 723-7278| SMOXEL i S GREGORY)R BARNABY J W. et al Facbrs h Illi enc*iig llie n itri rii im eflicrncrof fti idizecl bed filiprw ill a pkst i* bead m ei im | J | A(jud(u liu nil Eng iieeriig 2002 26 (1): 41-599 L IJ Y .Adhesiwi k he tics of n ilrifc iiig biwteria on Viirimis thom(r p hstic Hipp