光合细菌的固定化及对养殖水体的净化作用

光合细菌的固定化及对养殖水体的净化作用 12111陈颖 孙红文 张峻 齐欣 罗莹 ( 1 300112; 2 300071)，，天津市林业果树研究所天津 南开大学环境科学与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院天津 摘 要:为了解固定化光合细菌对养殖水体的净化作用，分别采用海藻酸钠、PVA / 海藻酸钠和 NaCS 微胶 3 : ，。囊 种不同材料对光合细菌进行包埋并比较了包埋后的光合细菌对养殖水体的净化效果结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明以 3 ，、COD 。种不同材料包埋的光合细菌对养殖水体中氨氮亚硝酸盐和 的去除效果比对照组显著以海藻酸 钠—CaCl法包埋的光合细菌小球，对养殖水体中氨氮、亚硝酸盐和 COD 的去除效果较好，但抗冲击力和 2 ; PVA / ; NaCS ,PD MDAAC —，机械性能较差而以 海藻酸钠饱和硼酸法制备的光合细菌小球传质性稍差微 胶囊，因其膜较薄，故抗冲击力较差，但其中空的纯液态环境为细胞的生长提供了更大的空间，尤其是在水 10 d COD ，、。处理 后被包埋的细胞对氨氮亚硝酸盐和 的去除效果明显 ; ; ; PVA; NaCS ,PD MDAAC :关键词光合细菌固定化海藻酸钠微胶囊 ,2, 。，( photosynthetic bacteria，PSB)不稳定为了解决这个问题人们将目光投向简称 光合细菌 。了固定化微生物技术 ，。为革兰氏阴性细菌无芽孢它们是利用光源和 固定化微生物技术是用化学或物理的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 将 。二氧化碳维持自养生活的有色细菌当有机物缺 ，游离细胞或酶定位于限定的空间中并使其保持 ，，乏时能以硫化氢为供氢体在有氧或无氧的水域 ,3,，。活性达到反复利用的效果固定化细胞技术 ,1,，。中均可生存对环境的适应能力较强它消耗 、、、，，。水中的小分子有机物铵硝酸盐亚硝酸盐在 被应用到水产养殖中多采用吸附和包埋的方法 、，鱼虾等水产动物的养殖中能起到净化水质的作 固定化细胞不仅能在鱼池中长期保留稳定地发 ，挥净化水质的作用而且细胞经固定化后比重增 。，，，用此外光合细菌的菌体无毒营养丰富蛋白 ，加对池水下层和底质中有机物的处理能力得到 65 % ，，质含量高达 氨基酸组成齐全并且含有丰 ,4, 。增强B 、Q、 富的 族维生素及较高浓度的类胡萝素辅酶 20 80 固定化技术自 世纪 年代被应用到水产 、，叶酸生物素和抗病毒物质具有很高的饲料价 ，、、养殖中后研究人员不断寻找经济稳定传质性 ，。值因而在水产养殖上有着广阔的应用前景 ，好的固定化载体在包埋载体上多采用以海藻酸 ，但是光合细菌在应用时受外界环境的影响 、PVA 。，钠为代表的有机高分子材料近年来由 ，，较大抗不良环境冲击的能力差因而水处理效果 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 ，2006( 3) : 73, 79,福建水产 ，6 80 / kg 月上旬以便 月底就能达到 尾 的上市规 ,3,, ,J,, ，2004( 6) : 24, 25,鱼虾蛏混养技术北京水产 朱于来，7 。格然后在 月上旬放养南美白对虾这样可在 ,4,, , 2009，丁理法海水池塘多品种生态养殖实用技术科学养鱼 1 ，年内养殖两茬对虾能显著提高海水围塘的综 ( 8) : 24, 25, 。合效益,5,，，，, , 丁理法陈飞李永富等海水池塘虾蟹贝生态养殖试验中 参考文献 2009( 11) : 36, 37,，国水产 ,6,，，，, 朱世成胡国宏颜立成等池塘养殖对虾综合防病 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 的研 ,1,，，，, ——鲈中国对虾罗非鱼混养的实 王吉桥李德尚董双林等,J,, ，2002，21( 6) : 18, 19,究水产科学 J,, ，2001，7( 4) : 37, 41,中国水产科学 ,验研究 ,2,，，, ,J,,对虾池塘养殖生态系的研究进展 郑杰民叶乐朱小明 NaCS。，( NaCS) 醇沉淀离心并干燥沉淀后即得产物 硫酸纤维素钠和聚二丙烯基二甲基氯化 ( PDADMAC) 铵两种水溶性聚合物电解质构成的1, 6试剂 ， 一种全新的微胶囊受到了广泛重视这种微胶囊( ) 、，海藻 酸 钠 食 品 级山 东 晶 岩 生 物 公 司 20 :100 m、、是由一层厚约 μ物化性质稳定具有 PDMDAAC( 200 000: 350 00，0Aldrich分子量为 良好分子量截留性能的多孔性膜围成的中空微 ) 、( PVA) 、( ，公司聚乙烯醇硫酸分析纯天大科威 ,5, 。， 囊该膜物理化学性质稳定具有良好的生物) 、( ，) 、公司丙醇分析纯天津华仪盛达公司纤维，。相容性对微生物和动植物细胞没有毒性 ( ) 、( ，素上海试剂二厂乙醇 分析纯天大科威公 、生物微胶囊技术已在细胞和酶的固定化微 ) 、CaCl( ) 、，司分析纯天津化学试剂一厂硼酸 2 、生物和动植物细胞的大规模培养药物的控制释 ( ) 。，分析纯天津天河化学试剂厂、、放抗癌药物的筛选蛋白质等物质的分离等领域 1, 7 试验设备 ,6,，中得到了广泛的应用但尚未见到在养殖水处 78 , 1 ,921 2C 、HZ 型磁力搅拌器型恒温振 。NaCS ,P DADMAC 理中应用的报道本课题拟将 微 、、GL21M 、荡器无菌操作台型高速冷冻离心机光 ，胶囊技术引入到水产养殖的水处理中研究用 NaCS ,P DADMAC 微胶囊包埋的光合细菌对养殖 、、XMTB 、TU照培养箱光学显微镜型恒温水浴锅 ，、PVA / 水体的净化作用并与海藻酸钠海藻酸钠 , 1901 ,、DHG 型双光束紫外可见分光光度计 ，包埋法作比较旨在为新型包埋载体材料的开发9070A ,L S ,50 S 、YXQ 电热恒温鼓风干燥箱? 。提供一些研究资料 。型立式压力蒸汽灭菌器 1 试验材料 2 试验方法1, 1 菌种 光合细菌由天津市农业生物技术研究 中心提 2, 1 包埋法 。供 CaCl—2, 1, 1包埋法海藻酸钠 2 1 mL 1 mL 4 %将 光合细菌菌悬液与 的海藻 ，2 % 酸钠胶液充分混匀后用注射器匀速滴入 的 1, 2试验用菌液 CaCl24 h，，，，溶液中磁力搅拌收集小球固定化 2 5 000 r/ min ， 光合细菌菌液以 离心弃上清83 : 5 mm ，得到直径为 的固定化颗粒用水洗净后 10，，液洗涤数次然后加无离子水制成浓度为 。备用/ mL 。个 的菌液 2, 1, 2 PVA / —海藻酸钠饱和硼酸包埋法 1, 3试验用水 。 1 mL 1 mL PVA 试验用水取自天津市林果所院内养殖鱼塘将 光合细菌菌悬液与 和海 5 min，滤去枯枝落叶等大型悬浮物后煮沸 杀死水 ，2 %藻酸钠的混合液混匀用注射器匀速滴入含 ，、中部分微生物和浮游生物后分析水体中氨氮亚 CaCl，，的饱和硼酸溶液中成球磁力搅拌收集小 2 COD 。硝酸盐及 的含量 ，24 h，3 :5 mm 球固定化 得到直径为 的固定化 1, 4 PVA / 海藻酸钠混合胶液 ，。颗粒充分水洗后备用10 % PVA 3 % 6? 4 以 的 与 的海藻酸钠按 的 2, 1, 3NaCS ,P DMDAAC 微胶囊包埋法 ，。比例混合均匀备用 1 mL 1 mL 4 %将 光合细菌菌悬液加入到 的 1, 5 ( NaCS)纤维素硫酸钠 NaCS ，，，溶液中混匀在磁力搅拌器的低速搅拌下 ( 1, 95 ? 1 ) 将硫酸与丙醇按比例配置成反应 2 % PDMDAAC ，用注射器滴加到 的 溶液中磁力 ，30 ? 1 ，液反应液与纤维素按 的配比进行反应反 ，10 h，，3 : 5搅拌固定化 收集微胶囊得到直径为 , 6 ? ，150 min。应温度为 反应时间 反应结束后 mm ，，的固定化微胶囊小球用无菌水充分洗涤洗 ，90 % 立即除去反应液并用 的丙醇溶液洗涤物料 PDMDAAC 。去表面残留的 后备用 pH ， 1, 5。至 将清洗后的固体物料溶于去离子水 ，3 分别用水代替光合细菌菌悬液按上述 种 ，20 % NaOH ，pH 中并用 的 溶液中和调节 值到 ，包埋方法操作得到固定化小球作空白对照以消9, 3。，，抽滤去除未反应的纤维素滤液用无水乙 。除包埋材料对水质的影响 ( 2) 。3 1 000 mL 图 象种方法包埋的光合细菌小球加入到 试 ( pH 6, 5 : 7, 0，验用水中试验用水的 值为 氨氮的 0, 5 mg / L，初始浓度为 亚硝酸盐的初始浓度为 0, 06 mg / L，COD 8, 46 mg / L) ，的初始浓度为 使水 4 5 10: 10/ mL。中光合细菌的终浓度为 个 于室温 ( 15 : 20 ? ) 、。正常日光照射下敞口静置反应分 1、2、5、10、15 d 、、别于 后取样测定氨氮亚硝酸盐 COD 。的含量 2, 3检测方法 ,7,( 1) : ;氨氮的测定方法纳氏试剂比色法 2 15 d NaCS )PD MDAAC 图 水处理 后的 微胶囊,7,( 2) : ; ( 3 ) 亚硝酸盐氮测定盐酸萘乙二胺法化 10 d ，3 ，在水处理 后以 种材质包埋的小球 ,7,( COD) : 。学需氧量的测定酸性高锰酸钾法 ，。其菌液的溶胀效果均不明显菌液无明显外泄 2, 4机械强度的测定 15 d 3 ，，后用 种材质包埋的小球其菌液均有一定 。采用手指按压法直观比较其强度大小 ，NaCS ,P DMDAAC 程度的溶胀其中以 微胶囊包 。埋的小球表现得最为明显 3结果与分析 3, 2 固定化光合细菌对养殖水体中氨氮的去除 3, 13 种包埋材料强度的比较 作用 ，3 从外观上看在分别用 种不同材料方法包 光合细菌通过独特的光合作用直接消耗了水 ，，中的氨氮因此用不同包埋材料固定化的光合细 NaCS ,P DMDAAC ，微胶囊包埋的埋的小球中以 菌小球均对养殖水体中的氨氮有一定的去除作 ，—CaCl小球透明度最高其次为以海藻酸钠法 2 ，。用并且都高于光合细菌菌悬液的去除效果水 ，PVA / —包埋的小球以 海藻酸钠饱和硼酸包埋 2 d ，处理 后固定化光合细菌小球去除氨氮的效 。( 1)的小球透明度最差图 d ，—CaCl。15 果明显增强后以海藻酸钠包埋 2 ，的固定化光合细菌小球的氨氮去除率最高达到 74, 6 % ; PVA / —以 海藻酸钠饱和硼酸包埋的光 69, 2 % ; NaCS ,合细菌小球的氨氮去除率达到 PDMDAAC ，微胶囊的氨氮去除率介于两者之间 70, 2 % ; 15 d 为 而光合细菌菌悬液在水处理 后 47, 8 % 。的氨氮去除率只有 对照组水样的氨氮 。浓度基本无变化 1 图 用不同材料包埋的光合细菌 NaCS ,P DMDAAC ，从机械强度上看用 微胶 囊 ，。包埋的小球耐受压力的程度最差以海藻酸 钠 —CaClPVA / —与 海藻酸钠饱和硼酸包埋的 小2 ，，10 d ，球开始时差异不大但在水处理 后用 PVA / —，海藻酸钠饱和硼酸法包埋的小球其耐压 —CaCl程度明显好于以海藻酸钠法 包 埋 的 小 2 3 图 用不同材料包埋的光合细菌养殖对水体中 氨氮的去除效果 3, 3固定化光合细菌对养殖水体中亚硝酸盐的 去除作用 光合细菌主要通过反硝化过程去除水中的亚 。，硝酸盐 试验开始时亚硝酸盐的浓度略有升高 5 d 。10 d ，—CaCl后开始下降后以海藻酸钠包 2 50 % ， 埋的光合细菌小球对亚硝酸盐的去除率为 PVA / —，以 海藻酸钠饱和硼酸法包埋的小球去 55 % ，，除率为 而以微胶囊包埋的小球亚硝酸盐 45 % 。15 d ，3 的去除率为 后种方法的亚硝酸盐 63, 3 % 、68, 3 % 66, 7 % 。去除率分别为 和 直接 以 ，15 d 菌悬液处理的水样后亚硝酸盐的去除率 为 51, 6 % ，而对照组水样亚硝酸盐的浓度基本无 变 5 图 用不同材料包埋的光合细菌对养殖水体中 。化 COD 的去除效果 4 讨论 1 2 3，，由图 和图 可以看出在水处理过程中 种不同包埋材料的机械强度和稳定性表现出一定 。，—CaCl的差别其中用海藻酸钠法包埋的光 2 ; PVA / —合细菌小球传质性最好用 海藻酸钠饱 ，和硼酸法包埋的光合细菌小球机械强度和稳定 ; NaCS ,P DMDAAC 性表现得最为突出而用 微胶 囊 ，。法包埋的小球最易溶胀并伴有粘连现象 废水中的氨氮转化为硝酸盐的过程为硝化过 ，，程此过程需在好氧条件下进行并以氧作为电子 。: ，受体它包括两个基本的反应步骤第一由亚硝 4 图 用不同材料包埋的光合细菌对养殖水体中, )( NO:酸菌 将氨氮转化为亚硝酸盐 的 反 应 亚硝酸盐的去除效果 2 +,+ 2NH+ 3O+ 2H + 2HO。，2NO第二由硝?4 2 2 2 ,3, 4 COD 固定化光合细菌对养殖水体中 的去除( NO) 化细菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐 的反3 ,, 作用: 2NO+ 3O 2NO 。应? 232 、、养殖水中的残饵及鱼虾贝等生物的排泄物 N将硝酸盐或亚硝酸盐转化为 的过程为反 2 ，能完全分解并被光合细菌吸收利用从而大大降 。4 ，硝化过程细菌的反硝化包括 个还原步骤分 。—CaCl低水中有机物质的含量以海藻酸钠包 2 、、别由硝酸还原酶亚硝酸还原酶一氧化碳还原酶 2、5、10、15d埋的光合细菌小球在进行水处理 。和一氧化二氮还原酶催化完成反硝化细菌利用 ，COD 29, 0% 、38, 1 % 、后的去除率分别 达 到 ，各种有机基质作为电子供体以硝酸盐作为电子 60, 0 % 70, 0 % ; PVA / —和 以 海藻酸钠饱和硼酸 。( 受体进行缺氧呼吸反应过程用下式表示以甲 ，COD 23, 0 % 、包埋的光合细菌的去除率分别为 ) : (1 ) ，醇为有机碳源以硝酸盐为电子受体时反 , , + 35, 0 % 、54, 0 % 64, 0 % ; 和 以微胶囊包埋的小 + 3O2NO + 2H O + 4H ; (2 )6NO硝化菌 ? 2 223 ,，2 d COD 25, 0 % ，5 d 球处理 后对 的去除率达到 2NO，+以亚硝酸盐为电子受体时反硝化菌 2 3 8 ,0 % ， 1 0 d 6 1 ,0 % ， 1 5 d , 后 为 后 达 到 后 为 CH OH3N + H O +C O + 2OH 。? 22 22 72, 0 % 。10 d ，COD用光合细菌菌悬液处理 后 3 ，，由图 可以看出在光合细菌的作用下水中 32, 2% ，15 d 40, 0 % 。的去除率为 后达到 对照 ，5 d ，的氨氮浓度逐步降低尤其是在水处理 后氨 COD 。组的 值则略有升高 。，3 氮浓度明显下降对比各个处理种固定化光 ，4 数生长期光合细菌对水质的净化作用便开始显，，图 中水中的亚硝酸盐浓度先略有升高可 。现 ，能是由于水中的硝酸盐首先转化为亚硝酸盐从 NaCS ,P DMDAAC ，微胶囊是空心小球由于 。 而使亚硝酸盐在短时间积累此种现象在水处理 —因而在 机 械 强度和溶胀程度上比海藻酸 钠5 d ，的第 开始缓解亚硝酸盐浓度通过光合细菌 CaClPVA / —。小球和 海藻酸钠硼酸小球都要差。的反硝化作用逐渐降低 2 ，但因其中空的成膜特性更有利于细胞利用营养COD ( 5 ) ，3 在 浓度的降解试验中图 种包埋 ，，、物质进行生长和繁殖而且越到后期对氨氮亚 COD 后的光合细菌处理降解 的效果比菌悬液组 COD 。硝酸盐和 的去除效果越明显 ，NaCS 和对照组要好其中以 微胶囊的处理效果 ，由于时间和条件有限本试验仅通过对养殖 。最好 、COD 水体中氨氮亚硝酸盐和 的检测来初步判断 5结论 ，固定化细胞对水产养殖水体的净化效果而其作 用原理还需通过对硝酸盐浓度的检测进一步试验 笔者在固定化试验中选择近年来最为常用的 —CaClPVA / —海藻酸钠和 海藻酸钠饱和硼酸 。2 验证 ，NaCS ,P DMDAAC ， 包埋法并引入了 微胶囊法并NaCS ,P DMDAAC 有关 微胶囊应用于水产 养。对三者的固定化效果进行了比较用海藻酸 ，殖水处理的研究尚未见报道但从本试验的结 果—CaCl，钠法包埋的小球具有良好的传质性对 2 ，NaCS ,P DMDAAC 可以初步看出以 微胶囊固 定化、COD 养殖水体中氨氮亚硝酸盐和 的去除效果较 ，PVA / 好但抗冲击力和机械性能不如用 海藻酸 的微生物对水产养殖水体的净化有一定的效 —，钠饱和硼酸法制备的小球后者由于使用了高 ，。 ，NaCS ,果并 具 有 一 定 的 优 势因 此有 关 PVA，，分子聚合物 使膜变厚因此传质性受到一 PDMDAAC 微胶囊在大塘中的应用及其对水生动。NaCS ,P DMDAAC 定的影响而采用 微胶囊技 术 ，，，包埋光合细菌膜较薄抗冲击力较差但其中 ，。物的影响还需开展系统试验进行深入研究 空的纯液态环境为细胞的生长提供了更大的空 ，10 d ，间尤其是水处理 后被包埋的光合细菌对 参考文献、COD 。氨氮亚硝酸盐和 的去除效果明显 ,1,, J,, 2007，5,，魏玉利光合细菌的培养及应用生命科学仪器 3 ，、采用上述 种固定化光合细菌对氨氮亚硝 ( 3) : 27, 30, COD 酸盐和 的去除效果均比以光合细菌菌悬液 ,2,，, ,J,,光合细菌固定化及对养殖水净化的研究 王兰廖丽华 ，，直接处理的水样好说明与游离细胞相比固定化，2005，25( 3) : 50, 53,微生物学杂志 。细胞在水处理中有着明显的优势 ,3,，, J,, 1997 ( 2 ) :,，王洪祚刘世勇酶和细胞的固定化化学通报 ，试验还发现固定化细胞在水处理能力上有 22 , 26, 。一个渐进的过程这可能与细胞在凝胶或微胶囊 ,4,，, 姜浩高红梅固定化微生物技术及其在养殖水体中的应用 。中的生长过程有一定的关系对于包埋下的细胞 ,J,, 2005，25( 4) : 27, 29,，水利渔业 ，来说其生长空间和生长所需营养成分的供给分 ,5,，，，, NaCS ,PDAD MAC 梅乐和林东强姚善泾等用 微胶囊固 。别受到固定化小球大小和膜通透性的限制在水 ,J,, ( 定化培养苏云金杆菌的初步研究浙江大学学报工学 24 h ，，处理的 内可能由于光合细菌生长缓慢利 ) ，2000，34( 6:) 694 , 695,版 、、、用水环境中的小分子有机物铵硝酸盐亚硝酸 ,6,，, 一种新型生物微胶囊体系及其在生物质固定 姚善泾梅乐和 ,J,, ，1999，19( 1) : 19, 23,化过程中的应用膜科学与技术 ,7,, ,M,, : 水和废水监测分析方法北京中国环境科学出 魏复盛 ，1997: 324 , 339,版社 : 2011 , 03 , 11收稿日期 : ( 1977—)， ，，，。作者简介陈颖女工程硕士助理研究员主要从事食品微生物研究