光氧环境对紫色硫细菌YL28去除无机三态氮的影响

【背景】光和氧是制约光合细菌生长代谢进而影响其除氮效果的重要因素。不产氧光合细菌紫色硫细菌——海洋着色菌(Marichromatium gracile) YL28能以亚硝氮为唯一氮源进行光合生长,对高浓度无机三态氮具有良好去除能力。【目的】阐明YL28菌株除氮效率与光氧环境的交互联系,获得其生物除氮的最适光氧条件。【方法】以高浓度无机三态氮共存海水水体为研究体系,在有光/无光条件下考查装样量(表征体系溶氧状态)对YL28菌株生物除氮活性的影响,并通过响应面分析法对装样量、光照强度和光周期3个主要因素进行优化。【结果】光照且氧浓度较低时(80%装样量),YL28具有最佳生长和无机三态氮去除能力;装样量在10%-100%时,菌体生物量(OD_(660))在0.938-2.719之间,当氨氮、亚硝氮和硝氮分别为7.16、5.67和4.83mmol/L时,其去除率分别在71.44%-89.09%、99.22%-99.83%和91.60%-97.33%。黑暗条件下,装样量在20%-100%时,氨氮、亚硝氮和硝氮去除率分别在48.07%-64.27%、73.51%-86.42%和42.57%-46.34%,但菌体生物量(OD_(660)为0.615-0.903)明显降低。通过响应面优化,当装样量、光照强度和光周期分别为80.0%(溶氧量约为0.32 mg/L)、2 800 lx和24L:0D时,细胞生长和氨氮去除活性达到最佳状态,分别比优化前提高了21.28%和14.11%。在实际应用中,选取72%-89%装样量(溶氧量约为0.26-0.63mg/L)、2240-3460lx光照强度和21L:3D-24L:0D光周期,细胞活性可达95%以上。【结论】80%装样量有助于促进菌体光照生长和除氮;在黑暗有氧和无氧环境下,YL28菌株也具有较好除氮活性,这为不产氧光合细菌在生物反应器中高效去除无机三态氮的应用提供了有价值的参考数据。     

高脱氮活性海洋着色菌YL28生物膜特性

【背景】细菌生物膜在废水处理领域显示出良好的前景,但目前应用于海水养殖水体处理的菌株主要源自淡水菌株,存在难以适应海水高盐环境的问题。源自红树林的海洋着色菌(Marichromatiumgracile)YL28应用于海水养殖水体处理,不仅具有高效除氮能力,而且趋光贴壁能力很强。【目的】阐明海洋着色菌(Marichromatium gracile) YL28的生物膜形成特性和规律,以期为海水养殖水体生物膜反应系统的开发和应用提供参考。【方法】以生物膜和游离菌体生物量、脱氢酶活性、生物膜多糖含量和蛋白含量、无机三态氮去除活性为测定指标,在光照厌氧环境中研究海洋着色菌YL28菌株的生物膜形成规律、生物活性和脱氮效果。【结果】随着时间延长,4 000 lx光照时游离菌体生物量逐渐升高,但在稳定期前快速降低,而成膜生物量经过延滞期后逐渐升高并趋于稳定,表明培养过程中游离菌体能趋光贴壁生长并形成生物膜。在0-5 000 lx光照范围内培养4 d,低光照强度(500 lx)时成膜率(71.21%)最高,1 000-4 000 lx光照强度下成膜率虽然不是最高(54.64%-68.66%),但适宜菌体成膜,膜生物量干重达到0.60-0.80 mg/cm2。除了5 000 lx光照对成膜菌体脱氢酶活性有不利影响外,成膜菌体和游离菌体脱氢酶活性随光照强度升高而升高,而且没有明显差异。生物膜的形成会导致光反应器内部光照受限,但反应器内部游离菌体的脱氢酶活性并没有降低,由此表明,培养液中的菌体主要在生物膜及其界面生长并游离扩散至培养液中。随光照强度(1 000-5 000 lx)和培养时间(4-10 d)的变化,胞外复合物(Extracellularpolymericsubstances,EPS)中蛋白含量变异较大,多糖含量变化较小;随时间延长,蛋白含量升高,其中3 000 lx时蛋白含量最高;4 000 lx时生物膜菌体与游离菌体脱氮活性相比,单位质量菌体的氨氮和亚硝氮去除活性未受到明显影响,而硝氮去除活性有所降低。【结论】海洋着色菌YL28具有良好的生物膜形成能力,其成膜过程主要是菌体趋光贴壁生长成膜,成膜菌体具有良好的脱氮活性,这为利用生物膜系统消除海水养殖水体氮污染奠定了基础。     

海洋着色菌YL28对含沉积物的海水养殖水体氮污染去除效应的研究

用含有沉积物的氮化物污染实际水体作为测定体系,通过测定水体无机三态氮、总氮、COD、pH以及沉积物总氮、COD和对4种代谢酶活性的动力学过程的监测,评价了一株不产氧光合细菌——海洋着色菌(Marichromatium gracile)YL28对海水实际养殖水体脱氮效应。结果表明:水体本身具有一定的自净作用;与对照组相比,YL28组水体氨氮、亚硝氮、硝氮、沉积物总氮和COD的残留率明显降低(P0.05),在6~10d内水体COD明显升高,水体总氮和pH未见显著差异。处理过程中,在特定的时间范围内,转化酶、蛋白酶、脲酶和脱氢酶活性明显升高(P0.05),与沉积物总氮和COD去除规律相吻合。由此可见,添加YL28对污染海水养殖水体中无机三态氮、沉积物有机氮化物和有机碳化物具有明显的去除作用,本研究为海水养殖微生态水质修复剂的开发和应用奠定基础。