pH對微生物絮團(tuán)氨氮轉(zhuǎn)化效率及細(xì)菌活性的影響

吳江濤

（徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州 221006）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，水產(chǎn)養(yǎng)殖的相關(guān)問題也逐漸引起了人們的重視，近幾年來，水產(chǎn)養(yǎng)殖的規(guī)模得到了持續(xù)的增加，這也就間接引發(fā)了水質(zhì)惡化的相關(guān)問題。在進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖的過程中，往往會出現(xiàn)一定程度上的固體廢棄物，這種固體廢棄物會導(dǎo)致水質(zhì)惡化，進(jìn)而污染環(huán)境。如何在現(xiàn)實(shí)中對固體廢棄物的排放進(jìn)行控制，對資源進(jìn)行利用，將決定我國的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)是否能夠拉近與發(fā)達(dá)國家的差距，得到持續(xù)的發(fā)展。生物絮凝技術(shù)能夠?qū)Τ鞘形鬯M(jìn)行一定程度上的處理，通過對水體碳氮比的提高使得細(xì)菌數(shù)量得到生長，從而利用細(xì)菌對氨氮進(jìn)行同化，在此過程中，細(xì)菌群會與懸浮顆粒物等產(chǎn)生具體作用形成微生物絮團(tuán)，這一物質(zhì)可以被當(dāng)作水產(chǎn)養(yǎng)殖的飼料，如此投喂可以節(jié)省成本，并解決環(huán)境的問題，減少對環(huán)境的污染。作為一種創(chuàng)新式的水體污染處理技術(shù)，生物絮凝技術(shù)能夠?qū)⒐腆w廢棄物進(jìn)行循環(huán)利用，減少污染。其中pH值能夠影響微生物的具體數(shù)量與種類，同時(shí)與活性污泥的沉降過程存在著密切的聯(lián)系。據(jù)此本文主要利用懸浮式生物反應(yīng)器對微生物絮團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)，明確pH對微生物絮團(tuán)氨氮轉(zhuǎn)化效率及細(xì)菌活性的影響，希望能夠?yàn)樗a(chǎn)養(yǎng)殖的相關(guān)人士提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 懸浮式生物反應(yīng)器

應(yīng)用懸浮式微生物反應(yīng)器裝置(ambr，賽多利斯，中國)，該裝置為有機(jī)玻璃材質(zhì)，形狀為桶狀，有效體積達(dá)到了10 L，該裝置高為100.0 cm，內(nèi)徑為15.0 cm，外徑為15.8 cm。玻璃錐形瓶反應(yīng)器（蜀牛，上海），有效體積為2L。

燒瓶實(shí)驗(yàn)取9個(gè)相同的玻璃錐形瓶，本曝氣設(shè)備為電磁式空氣泵（ACO-008B，中國）其功率為135 W，曝氣量為100 L/min，分接9個(gè)相同規(guī)格的石英砂曝氣石。

1.2 養(yǎng)殖固體廢棄物

除懸浮式生物反應(yīng)器之外，還選用了養(yǎng)殖固體廢棄物，對不同的pH（6.5、7.5、8.5)進(jìn)行研究，利用具體養(yǎng)殖系統(tǒng)中（呈固體形態(tài)）的廢棄物明確微生物絮團(tuán)的氨氮轉(zhuǎn)化效率以及絮團(tuán)細(xì)菌活性效果的影響。由于在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，對通威淡水魚進(jìn)行了投喂，所以整體廢棄物當(dāng)中的粗蛋白、粗脂肪含量較高。

1.3 試驗(yàn)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行的過程

對試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程以養(yǎng)殖系統(tǒng)為主，在養(yǎng)殖系統(tǒng)中對固體廢棄物進(jìn)行收集，之后在現(xiàn)實(shí)情況下將其融入到潔凈的懸浮式生物反應(yīng)器中，同時(shí)，對于循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)來說，如果其水量不足，那么也就無法完成試驗(yàn)，所以，應(yīng)該保證養(yǎng)殖水在10 L左右，另外將相關(guān)規(guī)格的石英沙曝氣石進(jìn)行投入，與養(yǎng)殖系統(tǒng)進(jìn)行配合。運(yùn)用具體設(shè)備進(jìn)行曝氣，曝氣時(shí)間保持為30分鐘，在整體試驗(yàn)的過程中，保持溫度在30 ℃左右，水體為淡水。定于每天早上8點(diǎn)對氨氮、亞硝酸氮、硝酸氮等水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行具體的測試，另外保證絮團(tuán)培養(yǎng)的周期時(shí)間，如果少于10天，就無法完成試驗(yàn)[1]。

在對絮團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)的過程中，不需要換水，只需要定期向反應(yīng)器中倒入陳化自來水即可，如此做的目的在于對因曝氣導(dǎo)致蒸發(fā)失水的情況進(jìn)行補(bǔ)充，一旦水量降低，結(jié)果就會出現(xiàn)偏差[2]。在微生物絮團(tuán)的培養(yǎng)周期完全后，對懸浮式生物反應(yīng)器中的具體水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行明確。同時(shí)在培養(yǎng)后，將微生物的絮團(tuán)懸濁液完全轉(zhuǎn)入到玻璃錐形瓶當(dāng)中，將9個(gè)玻璃錐形瓶分別接入石英砂曝氣石。在經(jīng)過間歇式曝氣后，對利用溶液pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組進(jìn)行調(diào)控，每日對其具體指標(biāo)進(jìn)行檢測，指標(biāo)包括亞硝酸氮、硝酸氮、細(xì)菌等等。了解pH對微生物絮團(tuán)氨氮轉(zhuǎn)化效率及細(xì)菌活性的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同pH對微生物絮團(tuán)氨氮轉(zhuǎn)化效率的影響

經(jīng)過具體的分析得出，pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組在亞硝酸鹽氮的具體濃度方面都接近0 mg/L。另外，隨著試驗(yàn)的推進(jìn)，pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組的硝酸鹽氮濃度都出現(xiàn)了升高的情況，但是積累的程度并不深[3]。在不同的pH值下，反應(yīng)器中的總氨氮濃度出現(xiàn)了較大的變化，不僅僅呈現(xiàn)了升高的趨勢，同時(shí)不同組別也存在著一定的差別。在開始進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，總氨氮濃度為9.81 mg/L，而在試驗(yàn)結(jié)束后，pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組在總氨氮濃度方面數(shù)據(jù)分別為37.61、12.64、17.45 mg/L。結(jié)果顯示pH7.5組、pH8.5組的氨氮向有機(jī)氮轉(zhuǎn)化效率明顯高于pH 6.5組。由此可見，pH值能夠?qū)π鯃F(tuán)氨氮轉(zhuǎn)化產(chǎn)生較為明顯的影響。見表1：

表1 不同pH對微生物絮團(tuán)氨氮轉(zhuǎn)化效率的影響

另外，pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組都沒有對硝酸鹽進(jìn)行累積，亞硝酸鹽也沒有被包括在其中[4]。與此同時(shí)，對試驗(yàn)結(jié)果的記錄顯示，pH6.5組、pH7.5組、pH7.5對活性磷進(jìn)行去除的平均幾率分別為1.28、0.91、0.81 mg/L。

2.2 不同pH對微生物絮團(tuán)沉降性能的影響

在研究過程中，設(shè)置了pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組三個(gè)不同的組別，發(fā)現(xiàn)不同的pH值對微生物絮團(tuán)沉降比的影響較大[5]，無論是pH6.5組還是pH7.5組，亦或是pH7.5在數(shù)值方面都出現(xiàn)了上升的趨勢，在試驗(yàn)完畢后，發(fā)現(xiàn)pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組的FV-5min分別達(dá)到了34%、64%、76%。從此可以得出結(jié)論，隨著pH值的提升，F(xiàn)V-5min也會得到升高。如表2：

表2 不同pH對微生物絮團(tuán)沉降性能的影響

另外，pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組反應(yīng)器的相關(guān)微生物絮團(tuán)含量得到了提升，但是不同組別的差異并不明顯，說明在不同pH值的基礎(chǔ)條件下，微生物絮團(tuán)的有機(jī)物含量也不會出現(xiàn)明顯的差異。

2.3 不同pH對微生物絮團(tuán)營養(yǎng)組分的影響

經(jīng)過具體研究發(fā)現(xiàn)，pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組的灰分含量不盡相同，但是差異不明顯，雖然pH6.5組的灰分含量相比較與后兩者較低，卻不能證明其與其他組別的差異顯著。另外，對于pH 6.5組的微生物絮團(tuán)來說，其粗蛋白的含量較高，完全高于pH7.5組、pH8.5組，其微生物絮團(tuán)的平均粗蛋白含量為21.62%，而pH7.5組微生物絮團(tuán)的平均粗蛋白含量為18.32%，pH8.5組微生物絮團(tuán)的平均粗蛋白含量為16.83%，在平均粗蛋白含量方面全部低于pH6.5組。如表3：

表3 不同pH對微生物絮團(tuán)營養(yǎng)組分的影響

相比較與固體廢棄物，pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組所培養(yǎng)的微生物絮團(tuán)在粗蛋白含量方面都出現(xiàn)了下降的情況。

3 討論

本試驗(yàn)設(shè)立了不同的pH組，分析了不同pH值對微生物絮團(tuán)氨氮轉(zhuǎn)化效率、微生物絮團(tuán)活性（細(xì)菌活性）、營養(yǎng)組分的具體影響。除此之外，根據(jù)反應(yīng)器的顯示，在不同pH值下，無論是亞硝酸鹽氮還是硝酸鹽氮，其濃度都比較低，這能夠說明一點(diǎn)：在試驗(yàn)的過程中，硝化作用力不大，所以養(yǎng)殖水體中的生物絮團(tuán)會完成氨氮異養(yǎng)的同化過程。對于絮團(tuán)來說，其主要成分為細(xì)菌，而細(xì)菌本身就是一種微生物，在細(xì)菌死亡之后，經(jīng)過降解會產(chǎn)生氨氮，可能會導(dǎo)致氨氮出現(xiàn)再釋放的情況。

pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組在試驗(yàn)中都表現(xiàn)出了總氨氮的積累特性，氣質(zhì)絮團(tuán)對氨氮進(jìn)行釋放的速度超過了細(xì)菌同化氨氮的速度[6]。pH6.5組對溶解性磷酸鹽的去除率最高，說明在pH6.5環(huán)境下，能夠較好的對磷酸鹽進(jìn)行去除。如果pH值出現(xiàn)了升高的情況，那么磷酸鹽沉淀的現(xiàn)象就有可能產(chǎn)生，此外，當(dāng)pH值處于6.5～8.5的范圍時(shí)，經(jīng)過具體培養(yǎng)的微生物絮團(tuán)能夠去除溶解性磷酸鹽去除效果，將其延伸到水產(chǎn)養(yǎng)殖的行業(yè)當(dāng)中，如果可以保持間歇性曝氣，就可以使聚凝菌充分發(fā)揮自身的除磷作用。

本研究顯示，pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組都沒有對硝酸鹽進(jìn)行累積，此外，亞硝酸鹽也沒有被包括在其中；pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組對活性磷進(jìn)行去除的平均幾率分別為1.28、0.91、0.81 mg/L；pH值能夠?qū)π鯃F(tuán)氨氮轉(zhuǎn)化產(chǎn)生較為明顯的影響：在試驗(yàn)完成后，pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組在總氨氮濃度方面數(shù)據(jù)分別為37.61、12.64、17.45 mg/L，結(jié)果顯示pH7.5組、pH8.5組的氨氮向有機(jī)氮轉(zhuǎn)化效率明顯高于pH 6.5組；在微生物絮團(tuán)方面，pH值對其所產(chǎn)生的影響不明顯，其微生物絮團(tuán)的平均粗蛋白含量為21.62%，pH7.5組、pH8.5組在平均粗蛋白含量方面低于pH6.5組。

由此可見，pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組都對微生物絮團(tuán)氮素轉(zhuǎn)化效率存在著明顯的影響，但是對細(xì)菌活性影響不大。這也能夠?yàn)槲覈a(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)改善環(huán)境的問題提供一定程度上的借鑒。如今在我國科技水平持續(xù)提升的背景下，生物絮凝技術(shù)越來越受到了人們的重視，在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)該對這一技術(shù)進(jìn)行利用，可以在處理污水的同時(shí)，進(jìn)一步節(jié)省成本。只要提高水體的碳氮比就能夠使細(xì)菌數(shù)量得到生長，在此基礎(chǔ)上利用細(xì)菌對氨氮進(jìn)行同化，細(xì)菌群會就能夠與懸浮顆粒物等形成微生物絮團(tuán)，達(dá)到對固體廢棄物進(jìn)行循環(huán)利用的目的。