三种微生态菌在循环水养殖生物滤池优化中的应用研究

摘要

集约化养殖在发展初期，对推动我国水产养殖业的迅速发展起到了不可替代的作用，也带来了巨大的经济效益。但是随着养殖密度的不断提高，集约化养殖的弊端也逐渐显现出来，高投饵量导致水质恶化严重，养殖对象的染病或死亡的情况频繁发生，另外，养殖过程中缺乏对养殖污水的有效处理，大量养殖污水的排放也给生态环境带来了严峻的挑战。循环水养殖具有节水、环保和可控性强等特点，因此，被广泛应用于集约化养殖过程中。循环水养殖的核心是水质调控问题。传统养殖水质处理主要包括沉降过滤、生物过滤、增氧和杀菌消毒等环节。其中，生物过滤是养殖水处理的重要环节，生物膜法由于抗冲击负荷能力强、处理效果好等优点，因而被广泛应用于养殖水生物处理过程中。微生态菌现在大多是采用将其制成微生态制剂直接泼洒于养殖池中，易造成二次污染，且使用的有益菌主要是单一菌种，单菌种因其在养殖水体中的增殖受其它微生物竞争作用的制约，因此施用效果单一、有效活菌数少、处理效果不理想;而混合菌能利用菌种之间的协同作用克服单菌种出现的弊端，但混合菌主要应用于工业污水处理中，在循环水养殖污水处理中的研究报道很少，因此需要筛选出适合养殖污水处理且效果好的混合菌，并应用于生物膜法污水处理技术中，提高养殖污水处理的效率，实现真正意义的“零排放”。
　　本研究主要根据以上问题设计了以下几方面的试验内容:1）有益菌（枯草芽孢杆菌、乳酸菌和酵母菌）的筛选;2）探究目标单菌种（枯草芽孢杆菌、乳酸菌和酵母菌）对水体氨氮和亚硝氮的降解能力，并对脱氮能力较强的菌株进行鉴定;3）比较单菌种和混合菌种（酵母菌+枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌+乳酸菌、酵母菌+乳酸菌，枯草芽孢杆菌+乳酸菌+酵母菌）对养殖水体中氨氮和亚硝氮的降解能力以及生物膜的挂膜情况;4)探究了温度和水力停留时间(HRT)对混合菌种处理养殖污水效果的影响。作者期望通过本研究分离出具有促进脱氮功能的微生物，并将分离出的微生物以单菌种和混合菌种的方式接种于生物滤池中，筛选出处理养殖污水效果最佳的微生态菌组合，同时通过对不同温度和HRT下生物滤池的运行效果试验，探究出混合菌种处理养殖污水的最佳温度和HRT，以填补混合菌在循环水养殖污水处理中的应用空缺，提高生物滤池对养殖污水处理的能力，为生物滤池的高效运行和循环水养殖系统水处理技术的优化提供科学依据。本试验的主要研究结果如下:
　　1.有益菌的筛选
　　本试验通过富集培养和分离提纯的方法从购买的菌粉中分离纯化出8株微生物，并对其脱氮能力进行测试，筛选出3株降解效果最佳的微生物，通过革兰氏染色和16SrDNA的分子鉴定技术，鉴定出3株菌分别为枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis strain OL-14、乳酸菌Lactobacillus sp.JCM8693和酵母菌Saccharomycetes sp.OHZ67。本试验所筛选的3株菌为下一步单菌种和混合菌种处理养殖污水的效果研究奠定了基础。
　　2.单菌种和混合菌种处理养殖污水的效果研究
　　为了优化循环水养殖污水处理系统中的生物膜法技术，本试验研究了枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、酵母菌(Saccharomyces)和乳酸菌(Lactobacillus)及其混合菌对养殖污水的净化效果。试验共进行35天，共设置了8个处理组，以添加无菌生理盐水的处理组为对照组。结果表明，添加了菌种的处理组，对氨氮(NH4+-N)和亚硝氮(NO2--N)的处理效果显著优于对照组(P＜0.05)，混合菌组的处理效果要显著优于单菌种处理组(P＜0.05)，其中3种菌混合的处理组效果最佳，NH4+-N和NO2--N的去除率均达到90％以上;接种枯草芽孢杆菌的4个处理组对无机磷(TP)的去除能力要显著高于其它未接种该菌的处理组，TP的最终浓度维持在0.2mg/L，而其它处理组在0.59mg/L以上;添加菌种的各处理组对化学需氧量(CODMn)的去除效果差异不显著(P＞0.05)，但都显著高于对照组(P＜0.05)，其中3种菌混合的处理组去除率最高，达76.9％。在本试验条件下，混合菌处理养殖污水的能力要优于单菌种，3种菌混合的处理组要优于两两混合菌种的处理组。
　　3.温度和HRT对生物滤池运行效果的影响
　　本试验研究了不同温度和HRT条件下，生物滤池中NH4+-N、NO2--N、CODMn和TP的去除效果。温度对生物滤池影响的试验中设置了15℃、20℃、25℃和30℃，共4个温度梯度。结果表明，随着挂膜时间的延长生物膜表面的微生物数量逐渐增多，生物载体的颜色也逐渐加深，15℃处理组载体表面生物膜上的微生物数量分别为3.29×104cuf/mg（枯草芽孢杆菌），4.11×104cuf/mg（酵母菌），5.89×104cuf/mg（乳酸菌），6.51×103cuf/mg（硝化细菌）和7.91×103cuf/mg（氨氧化细菌），比20℃、25℃和30℃处理组低1～2个数量级，且氨氧化细菌和硝化细菌所占的比例显著低于其它3组(P＜0.05)。另外，温度对生物滤池净化效果的影响较为显著，尤其是对NH4+-N和NO2--N。对于NH4+-N的处理效果而言，20℃、25℃和30℃处理组要极显著优于15℃处理组(P＜0.01)，而20℃、25℃和30℃处理组之间的差异不显著(P＞0.05)，去除率均在80％以上;对于NO2--N的处理效果而言，20℃、25℃和30℃处理组也极显著优于15℃处理组（P＜0.01），25℃、30℃处理组显著优于20℃处理组(P＜0.05)，而25℃与30℃处理组的差异不显著(P＞0.05);对于CODMn和TP的处理效果而言，25℃以上的处理组要显著优于25℃以下的处理组（P＞0.05），去除率能达到60％以上。因此，生物滤池的温度维持在25～30℃就能保证生物滤池的高效能。
　　HRT在处理模拟养殖污水的影响研究中设计了0.25h、0.5h、0.75h和1h四个不同的梯度。结果表明，随着HRT的增加，生物滤池对NH4+-N、NO2--N、CODMn和TP的去除效率显著增大，0.75h和1h处理组的去除效果要显著优于0.25h和0.5h处理组(P＜0.05)，0.75h和1h处理组的差异不显著(P＞0.05)，但0.75h处理组的养殖内环境综合得分最高，因此，对于该系统最佳的HRT为0.75h。

目录

声明

摘要

0 前言

1 文献综述

1．1 工厂化循环水养殖污水处理技术的现状

1．1．1 养殖污水概况

1．1．2 循环水养殖水处理工艺研究

1．2 生物膜法污水处理技术

1．2．1 生物膜的形成机理

1．2．2 生物膜形成的影响因素

1．2．3 生物膜法的净水机理

1．3 生物膜法养殖污水处理技术中微生物的应用

1．3．1 单一菌种在养殖污水处理中的应用

1．3．2 复合微生态菌在养殖污水处理中的应用

1．4 本文研究的目的及研究内容

1．4．1 研究的目的及意义

1．4．2 研究内容及技术路线

2 有益菌的筛选

2．1 试验材料

2．1．1 菌种来源

2．1．2 试验仪器

2．1．3 药品与试剂

2．1．4 培养基

2．2 试验方法

2．2．1 目标微生物的富集

2．2．2 目标微生物的分离纯化

2．2．3 菌株的初步鉴定

2．2．4 菌株的培养计数

2．2．5 菌株的复筛

2．2．6 菌株的分子生物学鉴定

2．3 试验结果

2．3．1 菌株的分离纯化结果

2．3．2 菌株的初步鉴定结果

2．3．3 菌株的复筛结果

2．3．4 菌株的分子鉴定结果

2．4 讨论

2．5 小结

3 单菌种和混合菌处理养殖污水的效果研究

3．1 材料与方法

3．1．1 试验菌种

3．1．2 试验用水

3．1．3 试验设计

3．1．4 测定方法及数据处理

3．2 试验结果

3．2．1 单菌种处理组

3．2．2 混合菌种处理组

3．2．3 生物膜上微生物的生长情况

3．3 讨论

3．3．1 有益菌对TP的降解效果

3．3．2 有益菌对CODMn的降解效果

3．3．3 有益菌对NF4+-N的降解效果

3．3．4 有益菌对NO2--N的降解效果

3．4 小结

4 温度和水力停留时间对生物滤池运行效果的影响

4．1 材料与方法

4．1．1 试验菌种

4．1．2 试验用水

4．1．3 试验装置

4．1．4 温度对生物滤池净化效果的影响

4．1．5 HRT对生物滤池净化效果的影响

4．1．6 生物滤池运行期间生物膜上可培养微生物数量变化

4．1．7 测定方法及数据处理

4．2 试验结果

4．2．1 温度对生物滤池净化效果的影响

4．2．2 水力停留时间(HRT)对生物滤池净化效果的影响

4．2．3 温度对养殖内环境的影响

4．2．4 HRT对养殖内环境的影响

4．3 讨论

4．3．1 挂膜过程中影响微生物生长因素的分析

4．3．2 温度对生物滤池狰化水质效果的分析

4．3．3 HRT对生物滤池净化水质效果的分析

4．4 小结

5 结语

参考文献

致谢

个人简历

发表的学术论文