固定化微生物在工厂化循环水高效养殖中的作用

1、固定化微生物在工厂化循环水高,效养殖中的作用,院系：海洋学院,专业：水生生物学,导师：杜荣斌（教授）,姓名：王仁龙,一,研究背景、目的和意义,主要内容,二,微生物废水处理,三,生物膜法和生物滤池,四,我的研究内容及展望,一,研究背景、目的和意义,水产养殖走工业化道路是产业发展的大势所趋，亦是业界,同仁的责任与担当！,?,单产低、效益差,?,近岸和近海环境污染日益严重,?,养殖空间不断遭受挤压,?,养殖病害频发，产品质量下降,?,劳动强度大，生产效率低,?,资源浪费，产业形象亟待提升,中国是世界第一水产养殖大国（,2013,年养殖产量,4541.68,万吨，,其中：海水养殖,1739.25,万吨

2、），但养殖方式粗放、养殖设施落后，,带来诸多问题：,研究背景、目的和意义,产品质量保障,重点在于水质,节约用水,降低,FCR,单位产量高,可控性强,稳定性好,常年生产,RAS,的优点,地域限制小,节约用水,研究背景、目的和意义,目前国内大菱鲆养殖以,流水,养殖,模式为主，养殖密度,12-15kg/m,2,病害较多，效率低下，水污染严,重，经济效益不佳。,大菱鲆,二,微生物废水处理系统,（,Microorganism waste water,treatment system,）,?,污水处理的方法有物理方法、化学方法和生物,方法。而物理法和化学法的处理效率低，费用,高，管理复杂，甚至可能造成二次

3、污染，所以,无法得到很好的应用和大范围的推广。而生物,法则是目前应用最广的方法。生物法通常是利,用具有各种生理生化性能的微生物类群间的相,互配合而进行的一种物质循环过程。从而使污,水得到再生的过程。生物法处理污水具有效率,高，费用低，能耗低，出水质好，管理简单等,优点。利用微生物进行处理使水资源再生，无,论是现在还是将来都是污水处理的主要途径之,一。,?,微生物具有体积小，表面积大，繁殖能力强等,特点，。污水具备微生物生长繁殖的条件，因,而能使微生物从中获得营养物质，同时降解和,利用有害的物质，从而使污水得到净化。依据,处理过程中的微生物对氧环境的需求可分为好,氧法和厌氧法。现在应用最广泛的活

4、性污泥法、,生物膜法、氧化塘法均属于好氧法；而厌氧处,理有三种：,AF,、,UASB,、,EGSB,。好氧法和厌氧,法相结合的处理方法效果也相当乐观。,?,下边着重介绍一下生物膜法,生物膜法,是与活性污泥法平行发展的一种污水处理技术方,法；,实质是,使细菌类微生物和原生动物、后生动物类的微型动,物附着在滤料或某些载体上，并在其上形成膜状生物污泥,-,生物膜,。活性污泥法中的微生物是呈悬浮状态的，属于悬浮生,长体系；而生物膜法中的生物呈附着膜状，属于附着生长系统,或,固定膜工艺,。,固定化微生物是用化学或物理手段将游离微生物定位于限,定的空间区域，以提高微生物细胞的浓度，使其保持较高的生,物活性

5、并反复利用的方法。固定化为生物技术的优点是：载体,对细胞起一定保护作用，使固定化细胞对有毒底物耐受性增强；,微生物被载体固定后，单位体积内能维持高浓度的生物量，提,高了降解率；且固定化成品再生性好，可反复使用。,三,.1,生物膜法,固定化微生物制备流程,固定化方法,?,1.,包埋法,?,2.,交联法,?,3.,吸附法,?,4.,共价化合法,一、生物膜法的基本流程,初沉池,初沉池作用：去除大部分悬浮固体物,质，防止生物膜反应器堵塞，尤其对,空隙小的填料是非常必要的。,二沉池,二沉池作用：去除脱落的生物,膜，提高出水水质,出水回流,出水回流作用：提高生物膜反应器的水力负,荷，加大水流对生物膜的冲刷

6、作用，更新生,物膜，避免生物膜的过量累积，从而维持良,好的生物膜活性和合适膜厚度。,生物膜反应器,处理水,原污水,二、生物膜的构造及净化机理,1,、构造,1,）结构：从外面到里面的顺序为污水、流动水层、附着水层、,生物膜（分为好氧层和厌氧层）、滤料。,2,）挂膜：污水流经滤料，污水和细菌附着在有机物被分解形成,生物膜并逐渐成熟。,3),生物膜特性,:,高度亲水的物质，同时也是微生物高度密集的物,质。,4),生物膜成熟标志：真正生态系组成及对有机物的降解功能都达,到了平衡状态。,5,）生物膜生长阶段：潜伏期、生长期（,20-30d,）,、,老化剥落,图,生物膜的基本,结构（剖面图）,2,、生物膜

7、净化污水的机理及优势,1,）,生物膜表面积大，能大量吸附水中有机物,2,）,有机物降解是在生物膜表层,0.1-2mm,的好氧生物膜内进行,3,）,多种物质的传递过程：,空气,?,流动水层,?,附着水层,?,生物膜,?,微生物呼吸,污染物,?,流动水层,?,附着水层,?,生物膜,?,生物降解,H,2,O,?,附着水层,?,流动水层,CO,2,、,H,2,S,、,NH,3,?,水层,?,溢入空气中,微生物代谢产物,4,）,厌氧层与好氧层的关系,厌氧层与好氧层达到生态平衡,5,）,理想生物膜法的状况,减缓老化，避免厌氧层过分生长，加快好,氧层更新，不使膜集中脱落。,（,1,）润壁型生物膜法,废水和空

8、气沿固定的或转动的接触,介质表面的生物膜流过，如,生物滤池,和生物转盘等；,（,2,）浸没型生物膜法,生物膜载体完全浸没在水中，通过,鼓风曝气供氧。如载体固定，称为接触氧化法；如载体流化,则称为生物流化床,生物膜法,润壁型生物膜法,浸没型生物膜法,生物滤池,生物转盘,接触氧化法,生物流化床,三,生物膜应用类型,三,生物膜应用,?,1.,生物滤池,?,2.,生物流化床,?,3.,生物转盘,?,4.,生物接触氧化滤池,生物滤池主要分以下三种,早期生物滤池（低负荷生物滤池）,：滤料为碎石、卵石、,炉渣、焦炭；,高负荷生物滤池：采用处理水回流；,塔式生物滤池：采用性能改善的滤料；营养物、氧气和微,生物

9、三者充分接触、水流紊动剧烈、通风条件好,三,.2,生物滤池,一、生物滤池的工作原理,含有污染物的废水从上而下从长有丰富生物膜的滤料的空隙间流过，,与生物膜中的微生物充分接触，其中的有机污染物被微生物吸附并进,一步降解，使得废水得以净化；主要的净化功能是依靠滤料表面的生,物膜对废水中有机物的吸附氧化作用。,二、,1.,滤床及池体,（,1,）滤料：,?,主要参数：比表面积,A,、孔隙率,P,、密度、机械强度、生物化学稳定,性,(,不能被微生物分解、不能抑制微生物生长,),；,?,早期滤料：碎石、卵石、焦炭、炉渣等颗粒滤料；,d,为,3,8cm,（拳,状）；孔隙率为,45%50%;,比表面积为,65

10、,100m,2,/m,3,;,?,材料：塑料、玻璃钢、树脂；形状：波纹状、蜂窝管、环状、空心,浮球、多孔颗粒。图,13-5,环状,图,13-6,波纹状,（,2,）池壁及高度：砖石、钢筋混凝土；高度高出滤池表面,0.4,0.5m,；,蜂窝斜管和蜂窝斜板,浮球填料,陶粒滤料,立体弹性填料,聚丙烯半软性填料,2.,布水系统,：,要求布水均匀；,有固定式喷嘴布水系统（现基本不用）和旋转式布水器；,3.,排水系统,：,渗水装置、集水沟、排水渠；收集并排出,污水和生物膜，保证滤池通风。,四,.1,我的研究内容,?,1,实验室模拟生物滤池（滤料主要采用毛刷，,塑料环，聚乙烯醇薄片等）探究哪种附材形成,生物膜

11、的速度更快，并测量水质指标（,COD,，,PH,，,氨氮，硝态氮，亚硝态氮等几个对养殖生物产,生影响较大的因子），判断出那种附材的效果,更好。,?,2.,在不同菌种添加顺序，不同包埋处理下的情,况下，探究生物膜（滤料同上）生长又快又好,的最佳方法。即如何快速挂膜以及优质挂膜。,水处理的主要原理,?,硝化反应是在好氧条件下通过好氧硝化菌的作,用将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐或硝酸盐，,包括两个基本反应步骤：由亚硝酸菌参与的将,氨氮转化为亚硝酸盐的反应。由硝酸菌参与的,将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应。亚硝酸菌和,硝酸菌都是自养菌，它们利用废水中的碳源，,通过与,NH3-N,的氧化还原反应获得能量。,?,反应方程式如下：,亚硝化：,2NH4+3O22NO2,-+2H2O+4H+,硝化,:,2NO2-,+O22NO3,-,?,利用反硝化菌（脱氮菌）将亚硝酸盐和硝酸盐,还原为氮气而从废水中逸出。,由于兼性脱氮菌（反硝化菌）的作用，将硝化过,程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐还原成,N2,的过程，,称为反硝化。,四,.2,展望,?,虽然微生物固定化技术在污水处理的研究,上取得了多方面的成效，但距离实际工程的应,用还有一定