碳源对海水反硝化细菌活性的影响及动力学分析

分别以乙酸钠(1.8∶1)、柠檬酸钠(3.5∶1)、葡萄糖(3∶1、6∶1、7∶1)、甲醇(3.2∶1)为唯一碳源,研究不同碳源及碳氮比对反硝化细菌活性的影响。结果表明,不同碳源及碳氮比情况下均能实现对硝酸盐的去除,其中,以乙酸钠为碳源时去除效率最高,10h去除率可达78.8%;以甲醇为碳源时去除效率最低,24h去除率为71.9%。以柠檬酸钠和甲醇作为唯一碳源时,观察到亚硝酸盐的积累,峰值分别为16.9mg.L-1、15.3mg.L-1;以葡萄糖、乙酸钠作为唯一碳源时,亚硝酸盐氮含量较低。用单一底物Monod方程模拟不同碳源条件下NO3--N去除情况,发现模拟值与实验值吻合良好。     

硝化细菌对海水水族箱硝化功能建立过程的影响

氨和亚硝酸盐对海水观赏鱼具有很强的毒害作用,是海水水族箱的主要去除目标。研究考察投加硝化细菌对海水水族箱硝化功能建立的影响。结果表明,投加硝化细菌制剂可以明显缩短硝化功能建立的时间。投加菌剂的实验组水族箱可在9 d时间将40 mg/L氨氮降低到检测不出,亚硝酸氮在第七天出现峰值(37.4 mg/L),亚硝酸氮在第十五天降低到检测不出。不投加菌剂的对照组将40 mg/L氨氮降低到检测不出需要25 d,亚硝酸氮在第二十五天出现峰值(36.6 mg/L),亚硝酸氮在第四十三天降低到检测不出。即实验组完成硝化功能建立需要15 d,而对照组则需要43 d。投加硝化细菌制剂后,海水水族箱内氨氧化细菌、亚硝酸盐硝化细菌可在短时间内形成优势,使氨氮、亚硝酸氮维持在较低浓度水平,缩短硝化系统建立的时间;在不投加菌剂的情况下,氨氧化细菌虽然可在一定时间内形成优势,使氨氮浓度降低,但由于亚硝酸氧化细菌生长更为缓慢,水族箱中亚硝酸积累问题严重。     

氨负荷对水族箱硝化功能建立过程的影响

水族箱中残饵、粪便分解会造成氨的增加,不同水族箱,其氨负荷存在差异。本文比较分析了不同氨负荷条件下,水族箱硝化功能的建立过程。结果表明,氨负荷分别为0.25 mg/L.d,0.5 mg/L.d和1.0mg/L.d条件下,实验组中氨氮浓度达到峰值的时间分别为16 d2、1 d和32 d,峰值分别为2.63 mg/L、5.37mg/L和23.44 mg/L;亚硝酸盐氮浓度达到峰值的时间分别为26 d、30 d和54 d,峰值分别为1.65 mg/L、7.91 mg/L和35.37 mg/L;硝化功能建立所需的时间分别为45 d4、6 d和65 d。氨负荷较低时(0.25 mg/L.d、0.5 mg/L.d),氨氮和亚硝酸盐氮峰值浓度低,硝化功能建立所需的时间短;氨负荷较高时(1.0 mg/L.d)时,氨氮和亚硝氮峰值浓度高,硝化功能建立的时间明显增加。     

添加不同菌剂海水水族箱硝化功能建立过程的比较研究

分别选取自制硝化细菌、德彩、喜瑞和科迪4种硝化细菌制剂,研究其对海水水族箱硝化功能建立过程的影响。结果表明:添加不同硝化细菌海水水族箱硝化功能建立过程明显不同,自制硝化细菌制剂组海水水族箱氨氮在5 d达到峰值,11 d降至最低;德彩、喜瑞和科迪组则分别在15 d、13 d和17 d达到峰值,30 d、36 d和30 d降至最低;自制硝化细菌制剂组海水水族箱中亚硝酸盐在21 d达到峰值,在40 d降低至检测不出;德彩硝化细菌、喜瑞硝化细菌和科迪硝化细菌组亚硝酸盐分别在46 d、59 d、68 d到达峰值,德彩、喜瑞组亚硝酸盐分别在69 d、75 d降至检测不出,而科迪组亚硝酸盐直至实验结束仍维持在较高浓度(80 mg/L)。     

一株光合细菌的分离筛选及其对无机氮的去除能力

通过对海洋环境污泥进行富集培养及分离筛选得到一株光合细菌,通过16S rDNA全序列分析,结合菌株形态和结构,鉴定其为Ectothiorhodospira magna。研究表明菌株在盐度30‰、28℃、DO 8 mg/L的条件下,对初始浓度分别为280、84、98 mg/L的氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮经过10 d处理的去除率分别为81.83%、46.21%、86.79%。在氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮共存的环境下,菌株首先利用氨氮,之后将亚硝酸盐氮转化成硝酸盐氮。     

水力停留时间对养殖污水固相反硝化处理效果的影响研究

为考察水力停留时间(HRT)对不同硝酸盐氮(NO3--N)浓度的养殖污水脱氮效果的影响,建立以聚己内酯(PCL)为碳源和生物膜载体的固相反硝化反应器,经历20 d培养,反应器成功启动。试验结果表明,当进水NO3--N浓度分别为100 mg/L以下、150 mg/L、200~300 mg/L时,反应器的最佳HRT分别为4、5.5和6 h,出水NO3--N浓度达到最低值,分别为17.9 mg/L、23.9 mg/L和34.1~47.4 mg/L,同时溶解性有机碳(DOC)没有大幅增加。反应器对氨氮(NH4+-N)亦有一定的去除效果,在反应器启动运行后,出水NH4+-N浓度明显下降,且在不同进水NO3--N及HRT下均稳定在5 mg/L左右,出水亚硝酸盐氮(NO2--N)一直维持在0.14 mg/L以下;同时,反应器对养殖污水中的溶氧(DO)和p H变化有一定抗性,缓冲能力较强。本研究对水产养殖脱氮的实验室研究和实际运行、管理具有参考意义。     

单级生物接触氧化法去除海水养殖废水中的无机氮

利用在填料上人工接种微生物组成的浸没式生物接触氧化单级处理系统对养殖废水进行净化,效果良好。在试验水体体积与处理系统体积之比约为100∶1的情况下,对氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮起始质量浓度分别为4.0 mg/L、1.76 mg/L、800 mg/L,COD质量浓度为16.33 mg/L的养殖废水进行处理,发现处理系统中进行着强烈的硝化和反硝化作用:处理30 h,氨氮质量浓度下降并一直保持在0.1 mg/L;亚硝酸盐氮浓度48 h内,前6 h从1.76 mg/L短暂上升到2.24 mg/L,然后持续下降,最低到0.22 mg/L;对硝酸盐氮的反硝化作用能力也很强,经48 h处理,硝酸盐氮质量浓度从800 mg/L下降到180 mg/L。根据对处理过程中的水质测定,浸没式生物接触氧化单级处理试验系统具有较强的生物脱氮能力。     

基于珊瑚骨基质的凡纳滨对虾内循环养殖系统的构建与运行效果

采用珊瑚骨作为生物膜载体,利用海水素配制人工海水,构建盐度为15‰(海水)和5‰(淡水)的两个凡纳滨对虾内循环养殖系统,通过添加硝化细菌菌剂和氮源,分别用8 d和13 d建立硝化功能。按照500尾/m~3密度投入虾苗后,海水系统和淡水系统分别运行97 d和83 d。在运行期间淡水和海水系统养殖水体氨氮浓度始终维持在较低水平,平均浓度分别为(0.015±0.008) mg/L和(0.014±0.008) mg/L;在海水系统运行前60 d,亚硝氮浓度维持在较低水平,在60～90 d,亚硝氮浓度呈缓慢上升趋势,在90 d后,海水系统亚硝氮浓度开始快速增加,最终达到3.43 mg/L;淡水系统在运行前40 d亚硝氮浓度维持在较低水平,40 d后开始小幅上升,运行至70 d后,亚硝氮浓度开始快速增加,最终达到0.52 mg/L。最终海水系统和淡水系统凡纳滨对虾存活率分别为51.5%和48.5%。     

不同流向对曝气生物滤池处理对对虾养殖污水效果的影响

采用上流式和下流式曝气生物滤池处理凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)养殖污水,连续进行30 d,分析出水水质,并观察系统运行情况和装置污染状况。研究了养殖污水中化学需氧量、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、无机氮及活性磷酸盐6项指标的去除效果。实验结果表明:从养殖污水主要污染物指标的去除效果和稳定性上看,上流式优于下流式曝气生物滤池。在系统进水化学需氧量质量浓度为7.62～8.20 mg/L、氨氮质量浓度为0.62～0.65 mg/L、硝酸盐氮质量浓度为0.54～0.59 mg/L、亚硝酸盐氮质量浓度为0.23～0.27 mg/L、无机氮质量浓度为1.40～1.47 mg/L、活性磷酸盐质量浓度为0.24～0.29 mg/L,水温为25℃～30℃时,上流式曝气生物滤池对养殖污水中6项指标的去除率分别为:45.2%、88.9%、58.5%、78.8%、75.3%和25.1%。可见,对氨氮的去除效果最佳,亚硝酸盐氮和无机氮次之,化学需氧量和硝酸盐氮的去除效果较差,活性磷酸盐去除率最低。     

文摘

正用于海水鱼养殖池除氮的DHS-USB循环水系统开发了由降流式挂海绵(DHS)反应器与上流式污泥床(USB)反应器组合构成的一个除氮循环水系统。将该系统应用于一个海水鱼养殖池,用以评价其除氮能力并确定脱氮反应的最佳C/N比。随着该系统的启动运转,海水鱼养殖池中的硝酸盐氮浓度保持在30 mg/L以下,而总氨氮和亚硝酸盐氮浓度则维持在0.1 mg/L以下。最佳脱氮率约为1.2。     

不同有机碳源及C/N对生物滤池净化效果的影响

利用生物滤池模拟装置,以实际养殖废水为处理对象,探讨了4种常见有机碳源(葡萄糖、乙醇、红糖和淀粉)及不同碳氮比对有机物去除、硝化反应和异养反硝化作用等生物滤池主要净化过程的影响.碳源初选结果显示,同种碳源下,当C/N从0升高至6过程中,生物滤池对TAN(总氨氮)的去除率呈先升高后降低趋势;当C/N较小时,各组对NO2--N的去除率差异性不显著(P＞0.05),随着C/N继续升高,NO2-N去除率则显著降低(P＜0.05);乙醇组除外,其他3组随着C/N升高,CODMn去除率先迅速增大然后趋于稳定;各组NO3-N和TN去除率呈先升高后降低趋势,且变化显著(P＜0.05),当C/N=4时,分别达到最高值.碳源复选结果显示,在C/N=4条件下,分别添加有机碳源(乙醇、淀粉、红糖和葡萄糖)的4组对TAN、NO3--N、TN和CODM的去除率显著高于对照组(P＜0.05);而对照组NO2--N的去除率最高,达到93.59％;添加乙醇,生物滤池对水体中TAN、NO2-N、NO3-N和TN的去除效果优于其他3种碳源.研究表明,当C/N=4时,乙醇作为外加碳源能很好地提高生物滤池的净化效率.     

1株好氧反硝化芽孢杆菌的脱氮特性研究

以具有较强反硝化能力的芽孢杆菌D5为出发菌株,研究了其牛长及好氧脱氮特性.研究结果表明,在高浓度的亚硝酸盐环境下其仍具有相当强的反硝化能力,且碳源为乙酸钠时脱氮能力最强.当碳源浓度0.2 mol/L、温度36℃、初始pH 7.0、溶氧5～7 mg/L时具有最佳的反硝化活性.和已报道的反硝化细菌相比,其具有更强的耐氧能力,同时也具有较高的反硝化速率.     

罗非鱼循环水养殖系统中一株肺炎克雷伯氏菌的分离鉴定及其脱氮性能研究

实验从山东德州市一罗非鱼(Oreochromis niloticus)养殖场循环水养殖系统的脱氮池中分离到一株具有高效脱氮特性的菌株(编号DZYC02),分别以葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉、丁二酸钠、乙酸钠、柠檬酸钠为碳源,研究了碳源种类对菌株DZYC02脱氨氮效果的影响;同时以蔗糖为碳源、NH4Cl为氮源,研究了不同碳氮比、初始pH及盐度对该菌株脱氮效果的影响。结果显示:菌株DZYC02在以柠檬酸钠为碳源、C∶N≥15、pH 5~7、盐度0~15的条件下具有良好的脱氮效果,24 h内对浓度为20 mg/L的NH+4的去除率达100%,48 h内对浓度为20 mg/L的NO-2去除率高达100%;将该菌采用浸泡方式感染斑马鱼(Danio rerio)进行生物安全试验,结果显示菌株DZYC02对斑马鱼表现出较好的安全特性。分别用Biolog细菌鉴定方法和16S rDNA序列分析比对法对该菌进行鉴定,结果显示菌株DZYC02为一株肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)。     

海水养殖池塘底泥异养硝化作用的研究

以两种不同养殖对象池塘中的浅层底泥为样品,研究其在外加有机碳源(乙酸钠)的情况下硝化作用所受的影响,包括了NO2--N累积量的变化和培养液pH值的变化。结果表明,在外加有机碳源(乙酸钠)的情况下,供试底泥的硝化作用虽然受到了一定的影响,但仍然存在,且保持了较高的硝化能力。并进一步考察了上述两种底泥对水体中有机质、氨态氮和亚硝酸盐的去除能力,探寻了利用异养硝化作用改善水质环境的潜力。     

褐煤的碳缓释特征及其对池塘底泥脱氮作用的影响

厌氧氨氧化和反硝化作用是底泥生物脱氮的主要过程，碳源是调控厌氧氨氧化和反硝化作用的关键因子。本研究以褐煤为对象，对褐煤的静态碳释情况及其对池塘底泥中脱氮作用的影响进行了研究。结果显示，褐煤在室温条件下的碳释放规律符合二级动力学方程，具备作为反硝化碳源的可行性；在脱氮实验中，发现褐煤对底泥上覆水体中的亚硝酸盐氮(NNO₂^--N)的去除具有促进作用，NNO₂^--N的去除率随褐煤浓度的增加而升高，当褐煤质量浓度为40 g/L时，N\${\rm{O}}_2^ - $\-N去除率最高达99.61%，此时硝酸盐氮(NO₃^--N)的浓度也最低；同时发现，水体中氨氮(NH₄⁺-N)氧化的最适褐煤质量浓度为10 g/L，其去除率达99.39%；对底泥中的厌氧氨氧化菌群进行Illumina高通量测序发现，其中浮霉菌门占比最大(39.6%~71.8%)，优势菌属为Candidatus Brocadia (13.9%~35.8%)和Desulfovibrio (17.1%~34.8%)，添加褐煤组Candidatus Scalindua菌属比例高于未添加组；荧光定量PCR得出，随着褐煤质量浓度升高，底泥中的反硝化菌丰度呈增长趋势，而厌氧氨氧化菌丰度则低于无褐煤添加组，表明添加褐煤对底泥反硝化有促进作用，而对厌氧氨氧化有一定的抑制作用。研究表明，褐煤具备作为反硝化碳源的条件，可用于池塘养殖底泥脱氮作用。     

Activated sludge denitrification in marine recirculating aquaculture system effluent using external and internal carbon sources

Stringent environmental legislation in Europe, especially in the Baltic Sea area, limits the discharge of nutrients to natural water bodies, limiting the aquaculture production in the region. Therefore, cost-efficient end-of-pipe treatment technologies to reduce nitrogen (N) discharge are required for the sustainable growth of marine land-based RAS. The following study examined the potential of fed batch reactors (FBR) in treating saline RAS effluents, aiming to define optimal operational conditions and evaluate the activated sludge denitrification capacity using external (acetate, propionate and ethanol) and internal carbon sources (RAS fish organic waste (FOW) and RAS fermented fish organic waste (FFOW)). The results show that between the evaluated operation cycle times (2, 4, and 6 h), the highest nitrate/nitrite removal rate was achieved at an operation cycle time of 2 h (corresponding to a hydraulic retention time of 2.5 h) when acetate was used as a carbon source. The specific denitrification rates were 98.7 ± 3.4 mg NO₃⁻-N/(h g biomass) and 93.2 ± 13.6 mg NO_x⁻-N/(h g biomass), with a resulting volumetric denitrification capacity of 1.20 kg NO₃⁻-N/(m³ reactor d). The usage of external and internal carbon sources at an operation cycle time of 4 h demonstrated that acetate had the highest nitrate removal rate (57.6 ± 6.6 mg N/(h g biomass)), followed by propionate (37.5 ± 6.3 mg NO₃⁻-N/(h g biomass)), ethanol (25.5 ± 6.0 mg NO₃⁻-N/(h g biomass)) and internal carbon sources (7.7 ± 1.6–14.1 ± 2.2 mg NO₃⁻-N/(h g biomass)). No TAN (Total Ammonia Nitrogen) or PO₄^3- accumulation was observed in the effluent when using the external carbon sources, while 0.9 ± 0.5 mg TAN/L and 3.9 ± 1.5 mg PO₄^3--P/L was found in the effluent when using the FOW, and 8.1±0.7 mg TAN/L and 7.3 ± 0.9 mg PO₄^3--P/L when using FFOW. Average sulfide concentrations varied between 0.002 and 0.008 mg S^2-/L when using the acetate, propionate and FOW, while using ethanol resulted in the accumulation of sulfide (0.26 ± 0.17 mg S^2-/L). Altogether, it was demonstrated that FBR has a great potential for end-of-pipe denitrification in marine land-based RAS, with a reliable operation and a reduced reactor volume as compared to the other available technologies. Using acetate, the required reactor volume is less than half of what is needed for other evaluated carbon sources, due to the higher denitrification rate achieved. Additionally, combined use of both internal and external carbon sources would further reduce the operational carbon cost.     

以PLA、PHBV为碳源的生物絮团技术在海水养殖中的应用

本研究以聚乳酸(PLA)和3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚(PHBV)作为外加碳源,探究在模拟海水生物絮团养殖中,高、中、低盐度下PLA与PHBV碳源释放规律以及对海水生物絮团养殖中水质、微生物多样性及其群落结构的影响.结果显示:PHBV碳源要优于PLA碳源,中盐度更有利于各种营养盐的转化,氨氮质量浓度最终保持在3...     

Nitrogen removal characteristics of <Emphasis Type="Italic">Pseudomonas stutzeri</Emphasis> F11 and its application in grass carp culture

This study was designed to investigate the denitrification characteristics of Pseudomonas stutzeri F11 under different environmental conditions and to evaluate the effect of these characteristics on nitrogen removal and the water microbiome in an experimental grass carp aquaculture system. The results showed that the optimal growth conditions of strain F11 were (1) ammonia-nitrogen (N), nitrite-N, or nitrate-N as sole N source; (2) initial ammonia-N concentration of 10–30 mg N/l; (3), initial nitrite-N concentration of 200 mg N/l; (4) sodium citrate as carbon source; (5) rotation (r) speed of 200 r/min; a C:N ratio of between 2 and 10; (6) culture at 32–37 °C. The addition of P. stutzeri F11 to the experimental grass carp aquaculture system reduced the levels of ammonia-N, nitrite-N, and total N in the water over an extended range, but had no effect on nitrate-N level. Results of the 454 pyrosequencing analysis indicated that the structure of the microbial community in the aquaculture water changed significantly after the addition of P. stutzeri F11 preparations. The addition of P. stutzeri F11 to the aquaculture system also altered the microbiome metabolism in the water, especially the bacteria involved in nitrogen metabolism. These results suggest that the addition of P. stutzeri F11 to an experimental grass carp aquaculture system decrease nitrogen levels and alter the microbial community structure of the water; as such, this bacterial strain could be a potential candidate for the regulation of water quality in aquaculture systems.     

Optimization of cultivation conditions for enhancing biomass,polysaccharide and protein yields of Chlorella sorokiniana by response surface methodology

On the basis of multiple single‐factor studies, the best conditions for each factor were selected by comparison. Taking the biomass, polysaccharide and protein yields of chlorella as response values, the four‐factor and three‐level response surface design experiment was performed on four parameters that significantly affected the response values to further determine the optimal conditions. The optimal parameters of the culture process were nitrogen source (urea), carbon source (sodium carbonate), nitrogen concentration (15.80 mmol/L), carbon concentration (0.36 mmol/L), phosphorus concentration (0.2 mmol/L), magnesium concentration (0.33 mmol/L), calcium concentration (0.25 mmol/L), iron concentration (0.02 mmol/L), initial pH (7.0), inoculation amount (6%) and ventilation capacity (40 L/hr). According to this process, the biomass, polysaccharide and protein yield of Chlorella sorokiniana obtained from indoor culture were close to the predicted value, which were more than three times as much as before, reaching 3.58, 0.52 and 0.46 g/L respectively. Chlorella sorokiniana, which was cultured outdoor according to the optimized process, increased its biomass, polysaccharide and protein yield by more than 1.5 times. Chlorella sorokiniana was significantly different before and after optimized culture. This provides a good source for the research of polysaccharide and protein of C. sorokiniana and helps the further study of its structure and biological activity, which makes the further development of its function more possible.