芽孢杆菌与硝化细菌净化水产养殖废水的比较 孟睿1，栗越妍2，何连生 ....doc

芽孢杆菌与硝化细菌净化水产养殖废水的比较孟睿1，栗越妍2，何连生2*，胡翔1，席北斗2 (1北京化工大学 环境科学，北京 100029；2中国环境科学研究院，北京 100012）摘要：以枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和硝化细菌为主导菌，对水产养殖废水中的各项水质因子（ph、do、nh4+-n、no2-n、cod）进行控制或处理。结果表明，经投加微生物菌液处理的养殖废水水质均优于对照组：枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌可以降低废水的cod和no2-n浓度，出水cod浓度小于100mg/l，no2-n浓度小于0.6mg/l，cod去除率分别为67.97%、70.16%，no2-n去除率分别为99.28%、99.51%；硝化细菌可以将废水nh4+-n和no2-n的浓度降低到0.6mg/l以下，去除率分别为99.38%、81.44%；而菌液的投加对养殖水体的ph值影响不明显。三种微生物在净化水产养殖废水的作用上各有特点，可为形成共生长效的养殖水产环境修复微生物种群提供基础。关键词：芽孢杆菌；硝化细菌；水产养殖comparison the ability of purifying aquaculture wastewater between bacillus and nitrifying bacteria .meng rui1, li yue-yan2, he lian-sheng2, hu xiang1，xi bei-dou2 (1department of environmental engineering，beijing university of chemical technology，beijing 100029，china；2chinese research academy of environmental sciences，beijing 100012，china）abstract: using the multi-bacteria system which was dominated by bacillus subtitles, bacillus licheniformis and nitrifying bacteria to treat aquaculture wastewater, the value of water quality factors, including ph, dissolved oxygen(do), ammonia, nitrite and chemical oxygen demand（cod）, to compare the ability of purifying aquaculture wastewater between chose bacteria. the results showed that water quality of groups added bacteria was batter than the blank. bacillus subtitles and bacillus licheniformis both could remove cod and nitrite in wastewater effectively and the concentration of cod, nitrite were low 100mg/l, 0.6mg/l respectively, but the removal rate of cod, nitrite was different, the rate were 67.97%, 70.16% vs. 99.28%、99.51%.the concentration of ammonia and nitrite in effluent was low 0.6mg/l under nitrifying bacterias effect, removal rate were 99.38%, 81.44% respectively. the bacteria addition had no obvious effect on ph in water body. every of the three chose bacteria had different advantage on aquaculture wastewater treatment. the articles objective was to find bacteria effort mechanism and support the choice of effective complex microorganism for repairing aquaculture water ecosystem. key words: bacillus；nitrifying bacteria；aquaculture 基金项目：国家高技术研究发展计划（863）项目（2006aa10z411）作者简介：孟睿（1983-），女，黑龙江省哈尔滨市人，硕士研究生，主要研究方向为生态工程。e-mail：815243163.com*通讯联系人：何连生，男，e-mail：近20年来，全球的水产养殖业发展迅速，在满足人们对多种水产品要求的同时，因为大量饵料投入、大量用药和大量换水的现象，出现水环境污染负荷日益加重、病害频繁发生、养殖产品质量下降的现象。特别对于高密度养殖的水体，由于养殖密度大，养殖面积有限，水体的自净能力非常有限，到了养殖的中后期，常常会因为水质的变坏导致疾病的发生。所以在高密度养殖水体中要定期加入有益微生物来改善水质，减少疾病的发生。同时利用微生物(细菌、真菌、酵母菌或提取物)对水体环境污染物的吸收、代谢、降解等功能去除或消除环境污染，对水产养殖环境进行调控，净化水质。这种投资省、效果好的微生物调控养殖水质方法逐渐受到人们的重视1。硝化细菌属于化能自养菌，专性好氧，大多是专性无机型，它能把亚硝酸盐转化为对水生动物无害的硝酸盐，而被藻类利用，从而起到改水的作用2。芽孢杆菌无毒性，可直接利用水体中的硝酸盐和亚硝酸盐，它还能利用其分泌的多种酶类及抗生素，抑制其它细菌的生长，减少甚至消灭病原体改善水质，并且还能维持养殖水生动物消化道微生境的生态平衡，提高免疫能力，降低发病率，促进动物生长2。本文对芽孢杆菌与硝化细菌处理养殖水体的效果进行了对比，为形成共生长效的养殖水产环境修复微生物种群提供基础。1 材料与方法1.1 实验材料1.1.1供试菌株 枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、硝化细菌：由沧州旺发生物技术研究所提供。1.1.2 实验用水养殖废水实验室自制，在自然光照、人工通气条件下玻璃鱼缸内放养30尾罗非鱼，每日投加人工饲料。取鱼缸废水作为实验用水，水质：ph：7.65；nh4+-n：8.23 mgl-1；no2-n：8.12 mgl-1；cod：172.71 mgl-1； do：6.2。1.2 实验方法1.2.1 实验设计 养殖废水分别置于1000毫升锥形瓶。实验分为四组：第一组加入枯草芽孢杆菌菌液；第二组加入地衣芽孢杆菌菌液；第三组加入硝化细菌菌液，三种菌种的接种量都为20*106个ml-14；第四组为对照组，加入1000毫升废水，不加任何菌液。每组做三个平行实验，以下文中数据为三个平行实验的平均值。1.2.2 实验条件 装有养殖废水的锥形瓶置于恒温培养箱中培养，培养温度25。每三天测定一次水质参数，共测定三次，实验周期9天。实验过程中每隔68小时人工摇动一次锥形瓶。1.2.3 测定方法用0.25m滤膜过滤水样，然后测定水样的ph值、氨氮、亚硝酸盐氮、codcr、do。氨氮：纳氏试剂光度法；亚硝酸盐氮：n-（1-萘基）-乙二胺光度法5。codcr：cod测定仪(ctl-12型，承德市华通环保仪器有限公司)；do：便携式do测定仪（do200型，the tintometer gmbh，germany）；ph：便携式ph测定仪（phs-3c数显型，上海天达仪器有限公司）。2 结果与分析2.1不同微生物菌液对水样ph值的影响表1 不同实验组别ph值的变化tab.1 the change of ph in different water samples时间（年-月-日）ph实验组1实验组2实验组3实验组42007-12-197.657.667.637.652007-12-227.307.137.427.772007-12-256.976.867.827.892007-12-286.836.797.958.20由表1可知，枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌与硝化细菌对养殖废水ph值的影响不同，前两组实验ph值逐渐下降，而第三组实验ph值先下降后上升，对照组缓慢上升。实验结束时，加菌液的锥形瓶内ph值比对照组低0.20.5左右。其原因是枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌均属于化能异养型微生物，它们以废水中的有机物为碳源进行有氧呼吸，产生co2和h2o，以有机物氧化产生的化学能为能源6。随着反应体系中细菌的大量繁殖，co2量逐渐增多，ph值逐渐降低。硝化细菌属于化能自养微生物，以co2作为碳源，以无机物氧化所产生的化学能为能源6，从而破坏了碳酸盐的平衡，具体反应式如下：2hco3-co3-+-h2o+co2 co3-+-h2ohco3-+oh-由于co2被消耗，上述反应平衡向右移动，使得水体中oh-积累，水体ph值上升。由表2可知，适当体积的菌液引起的水体ph值的变化不会对鱼类造成危害（所有实验组的ph值均未超过8.5，未超过养殖水安全阈值）。但从总体来看，芽孢杆菌与硝化细菌对水体的ph值影响不大。2.2不同菌株对水样do的影响表2 不同实验组别do的变化tab.2 the change of do in different water samples时间（年-月-日）do实验组1实验组2实验组3实验组4 2007-12-6.22007-12-4.22007-12-4.52007-12-28.1由表2可知，对照组do值先下降后上升，而实验组前3天do迅速下降，并且实验组的do值一直低于对照组，原因是随着实验的进行，对照组中产生了一些藻类，藻类进行光合作用，释放部分氧气，而加入菌液的反应器中由于细菌的新陈代谢作用消耗了氧气，并且水中no2-n转化为no3-n过程中需要消耗大量的氧气，所以do值有所下降。2.3不同微生物菌液对水样nh4+-n的影响表3 不同实验组别nh4+-n的变化tab.3 the change of nh4+-n in different water samples时间（年-月-日）nh4+-n的质量浓度（mgl-1）实验组1实验组2实验组3实验组4 2007-12-98. 232007-12-228.398.413.7410.572007-12-258.668.542.098.482007-12-288.398.661.527.37在养殖水体中，因经常投饵、施肥，以及养殖对象本身的排泄，会产生大量的氨，使水体中氨的浓度较高，因而对养殖对象产生毒害作用。氨的毒性与水体的ph值、温度有关，其毒性对象在接触氨后，能导致鳃组织发生病理改变，从而直接影响其呼吸作用，在接触致死和亚致死氨浓度的鲤鱼体内器官中发现细胞变性和出血现象7。不同微生物菌液对氨氮的浓度影响情况和去除速率见表3。由表3可以得出，前两组实验氨氮的浓度处于上升趋势，第三组实验氨氮浓度下降幅度较高，对照组则先上升后下降。实验进行到第3、6、9天时，硝化细菌去除氨氮的速率分别为1.483（mgl-1）、1.335（mgl-1）、0.741（mgl-1）。其原因是枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌均能分解废水中的含氮有机物而产生氨8，所以前两组实验反应体系中氨氮浓度值增大。第三组实验氨氮值降低是因为硝化细菌可将氨最终氧化为硝态氮，原理为：2nh3+3o22hno2+2h2o+能量 2hno2+o22hno3+能量2.4不同微生物菌液对水样no2-n的影响表4 不同实验组别no2-n的变化tab.4 the change of no2-n in different water samples时间（年-月-日）实验组1实验组2实验组3实验组4浓度去除速率浓度去除速率浓度去除速率浓度去除速率2007-12-198.31-8.14-8.13-8.12-2007-12-220.122.7300.202.6470.282.61710.51-2007-12-250.071.3730.001.3570.091.34018.28-2007-12-280.060.9170.040.9000.050.8988.58-注：表4中浓度单位：mgl-1；去除速率单位： mgl-1d-1。亚硝酸盐对生物具有毒害作用，其对鱼类致毒致死浓度以及致毒机理，国内外已开展了研究，一致认为亚硝酸盐对鱼类的毒性影响主要是血液中的亚铁血红蛋白(fe2+)被氧化成高铁血红蛋白(fe3+)，从而抑制血液的载氧能力，严重时会导致鱼、虾类缺氧而窒息死亡。养殖水体中亚硝酸盐浓度的控制一直是水产养殖工作者研究和探索的问题3。定时测定投放微生物菌液后养殖水体的no2-n的浓度变化，由表4可知，no2-n浓度的变化幅度较大，实验组与对照组相比显著，对照组no2-n的浓度明显高于实验组。实验结束后，实验组1、实验组2和实验组3的no2-n去除率分别为99.28%、99.51、99.38%。9d后，三个实验组的废水的no2-n浓度小于0.6mg/l。实验组4与实验组1、2、3分别经t检验，t1=2.444、t2=2.471、t3=2.474，均大于t0.05(3)，p0.05，说明实验组1、2、3与实验组4差异极显著，则三种微生物菌液对养殖水体no2-n的去除有明显的功效1。其原因：枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌可以直接利用水体中的硝酸盐和亚硝酸盐作为自身的氮源进行生长繁殖，而硝化细菌在有氧条件下，可将亚硝酸盐氧化为硝态氮2。2.5不同微生物菌液对水样cod的影响表5 不同实验组别cod的变化tab.5 the change of cod in different water samples时间（年-月-日）cod的质量浓度（mgl-1）实验组1实验组2实验组3实验组4 2007-12-19169.99170.99172.96172.712007-12-22105.24109.55166.20247.902007-12-2584.4486.20179.55242.532007-12-2854.4451.27172.96207.87 有机物质在水中的积累超过一定的限度时，会使养殖水体呈富营养型，溶解氧降低，水质条件恶化，对鱼、虾生长带来不良的影响。cod是指示水体被还原性物质污染的主要指标。还原性物质包括各种有机物、亚硝酸、亚铁盐和硫化物等9。由表5可以看出，对照组和实验组3的cod值一直处于升高的状态，而实验组1、2的cod值均处于下降状态。其原因：对照组中出现大量藻类，codcr后期明显增大，主要是因为不断生长的藻类成为天然有机物，增加了cod浓度，这点与余国忠等研究结论一致10。由于硝化细菌是化能自养型微生物，它以co2为碳源，对水体的有机物影响效果不明显；而枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌是化能异养型微生物，它们以废水中的有机化合物为碳源，所以cod降低。3 结论 综上所述，芽孢杆菌与硝化细菌对养殖水体净化上均有一定功效，而枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌与硝化细菌作用效果不同：（1）枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌可使反应体系的ph值降低，而硝化细菌使ph值上升；（2）枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌增加了反应体系中nh4+-n的浓度，而硝化细菌降低了nh4+-n的浓度；（3）三种实验菌种均降低了no2n质量浓度；（4）枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌降低了反应体系中cod的浓度，而硝化细菌对cod的浓度影响效果不明显；（5）三种实验菌种均使反应体系中的do值降低。（6）三种实验菌种在水产养殖水质净化方面可以优势互相，将这三种微生物混合构建复合微生物菌剂具有较好的前景。参考文献：1 张克强，李野，李军献芽孢杆菌菌剂在水产养殖中的应用初探j 海洋科学，2006，30（9）：88-912 杨世平，邱德全水产养殖水体水质污染及水质处理微生物制剂的研究和应用现状（