CN101348300A - 一种好氧反硝化去除养殖水体亚硝氮的方法 - Google Patents

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林炜铁
李兵
梁锏文
昝继清
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Abstract

本发明公开了一种好氧反硝化去除养殖水体亚硝氮的方法，该方法是将芽孢杆菌菌液投洒到养殖水体中，芽孢杆菌菌液浓度为108～1010个细菌/毫升，每亩投洒的量应不少于10kg，养殖水体溶氧能力为2～10mg/L，温度为13～42℃，pH为5.0～9.0。本方法以在好氧条件下仍具有高效反硝化能力的芽孢杆菌为出发菌株，每亩养殖水体只需投洒10kg该菌剂经过5天亚硝氮去除率即达到92.7％。亚硝氮被去除后的终产物为N2，不会生成对环境有污染的N2O气体。同时操作简便，用少量即可达到理想目的，成本低；并且该芽孢杆菌制剂也可以促进养殖生物体的生长，具有双重功效，值得水产养殖上推广使用。

Description

一种好氧反硝化去除养殖水体亚硝氮的方法
技术领域
本发明涉及一种芽孢杆菌去除养殖水体亚硝氮的方法，特别是涉及一种在好氧条件下通过反硝化途径去除养殖水体亚硝氮的方法。
背景技术
养殖水体中氮的去除是一个非常重要的环节，生物学的的硝化与反硝化作用则是在氮去除过程中最经济和环保的进程。现在普遍认为硝化与反硝化过程分别是在好氧与缺氧环境下进行的。但是，在好氧条件下的反硝化现象却不断被报道，并且其中的一些好氧反硝化菌已经被筛选出来。这些细菌主要存在于假单胞菌属(Pseudomonas)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、副球菌属(Paracoccus)和芽孢杆菌属(Bacillus)等内，是一类好氧或兼性好氧、以有机碳作为能源的异养反硝化菌。关于反硝化机制的研究，传统的研究认为反硝化是一个厌氧过程，因为在有氧的条件下，氧气是一个比硝氮或亚硝氮更好的电子受体，这样就会抑制反硝化的发生。反硝化途径一般为NO3 -→NO2 -→NO→N2O→N2，在此过程中分别由不同的酶来催化各步反应的进行。其中催化第一步反应的酶为硝酸盐还原酶，其有两种不同形式，一种称为周质硝酸盐还原酶，另一种为膜结合硝酸盐还原酶。Bell等的研究表明，在好氧条件下周质硝酸盐还原酶优先被表达，其表达及活性不受分子态氧的抑制，当膜结合硝酸盐还原酶被抑制时，其仍具有硝酸还原能力。另外A.B.Gupta在对典型的反硝化菌硫螺菌属(Thiosphaera pantotrpha)的研究中也提出，当细胞在好氧条件下生长时主要表达周质硝酸盐还原酶，不管在好氧还是厌氧条件下该酶均具有表达能力，当在连续不断的通气条件下时其能够发挥酶活力而将硝酸盐还原。这些研究均为好氧反硝化提供了理论基础。
现有的养殖水体脱氮技术一般是采用硝化途径或厌氧反硝化来实现的。硝化途径即在硝化细菌的作用下将养殖水体中的亚硝酸盐氧化为硝酸盐。虽然终产物硝酸盐对养殖生物体的毒性相对较小，但是会破坏生物圈的氮素平衡。从环保方面看，限制了其的进一步应用。而在厌氧的条件下利用反硝化途径进行除氮时，则会碰到另外的问题。即是在鱼虾的养殖过程中必需保证充足的溶解氧，这样的话厌氧反硝化细菌的脱氮效果则会大打折扣，甚至根本不能起作用。在实际应用中也只能起到辅助作用，不能大量的推广。由上可知，现有的养殖水体脱氮技术或多或少的存在一些不能逾越的问题。
发明内容
本发明的目的是克服养殖水体现有脱氮技术中的不足，提供一种利用芽孢杆菌通过好氧反硝化途径去除养殖水体亚硝氮安全无污染的方法。
本发明的原理是芽孢杆菌将亚硝氮作为电子受体，在好氧条件下在酶的作用下通过反硝化途径将亚硝氮还原为氮气，达到除氮的目的。本发明所涉及到的技术在具有上面背景两种脱氮技术优点的同时又克服了各自的缺点。首先，采用反硝化途径可以将养殖水体的亚硝氮除去，其终产物为氮气可以进入大气，不会对环境造成污染，同时也不会破坏氮素平衡。其次，在好氧条件下可以更有效的进行作用，可以满足养殖生物体的需氧要求。另外，本发明采用的好氧反硝化细菌为芽孢杆菌，其对环境具有相当耐受能力，具有很强的生存能力，在较长的时间内可以连续的起作用。对比某些好氧反硝化菌，其只是在实验室条件下具有降解亚硝氮的能力，而在实际养殖水体中并没有效果。因此，本发明所涉及到的技术具有广阔的应用前景
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种好氧反硝化去除养殖水体亚硝氮的方法，将芽孢杆菌菌液投洒到养殖水体中，芽孢杆菌菌液浓度为108～1010个细菌/毫升，每亩投洒的量应不少于10kg，养殖水体溶氧能力为2～10mg/L，温度为13～42℃，pH为5.0～9.0。
为进一步实现本发明的目的，所述投洒的芽孢杆菌菌液量要求为109个细菌/毫升。
所述养殖水体溶氧能力为3～8mg/L。所述温度范围为15～30℃。所述pH为6.0～8.0。
在投洒菌剂之前，最好在养殖水体添加一定量乙酸钠，这样可以促进去除效率。
相对于现有技术本发明具有如下优点和有益效果：
1.本发明涉及到的芽孢杆菌，具有好氧反硝化的能力，在去除养殖水体亚硝氮的过程中只产生氮气，不产生对环境有危害的N2O气体；
2.该芽孢杆菌生长迅速，产芽孢率高对环境具有很强的耐受能力，可以在较长时间内持续起作用；
3.使用该菌具有高效快速的特点，每亩只需10kg经过3天就可以达到理想的效果；
4.操作简便，成本低，不会对操作人员身体产生危害，且可以节省人力物力；
5.本发明涉及到菌的作用物化指标范围宽广，可以应用于各种养殖水体，使用范围广泛，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明涉及到的芽孢杆菌生长曲线；
图2为模拟养殖水体环境下加入芽孢杆菌后不同时间内亚硝氮浓度变化情况；
图3为真实养殖水体环境下加入芽孢杆菌后不同时间内亚硝氮浓度变化情况。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1～3
模拟养殖水体实验：
用水箱模拟养殖水体，往其中加入20只金鱼，构成一个小水体环境，用气泵给其通气形成一种好氧环境。各水箱模拟水体各项指标如下：实验组1，2，3，对照组的初始亚硝氮浓度分别为0.24mg/l，0.18mg/l，0.27mg/l，0.32mg/l；溶氧基本保持一致为5.0mg/l左右；水温为室温。在室温25℃下，向水箱中加入芽孢杆菌(中山市百皓生物工程有限公司生产的利生平安芽孢杆菌)，其浓度为109个细菌/毫升，持续不断的通气使水箱中溶氧维持在5.0mg/l左右。设置三个实验组，同时做一个不加菌液的对照组。具体实验条件为，每升水加入芽孢杆菌菌液2ml，每隔三天以同样的方式添加芽孢杆菌，每天均检测亚硝氮的变化情况。给每个水箱金鱼喂养饲料均一样，其他条件均相同。在7天内，亚硝氮变化情况如图2所示。所加芽孢杆菌的三个实验组，其初始亚硝氮浓度分别从0.24mg/l，0.18mg/l，0.27mg/l经过4天后降至0.036mg/l，0.021mg/l，0.035mg/l，到第7天时基本降解完全。而对照组初始亚硝氮浓度从0.32mg/l升至第4天的0.87mg/l，到第7天时达到1.26mg/l，这严重影响到金鱼的生长，这从四个水箱的金鱼生活状态就可以看出。结果显示，在模拟养殖水体环境下，该菌具有良好的效果。
该芽孢杆菌容易培养，其在第4h即进入对数生长期，到第14h时进入稳定期，其生长速度非常迅速，其生长曲线如图1所示。其芽孢率为87％，在高温80℃下加热15分钟仍然有大量芽孢存活，当投入到水体后，芽孢就开始发挥了作用。其生长所用到的LB培养基成分简单，且容易获得，成本较低。在实验室条件下验证脱氮的终产物为氮气。该菌在使用的过程中是以液态的形式起作用的，只需要操作人员进行泼洒即可，非常方便。其主要是针对水体中的亚硝氮起作用，只要在含有一定浓度的亚硝氮环境中即可以发挥作用，因而适合于各种养殖水体。
实施例4
真实水体实验：
芽孢杆菌(中山市百皓生物工程有限公司生产的利生平安芽孢杆菌)按照如下的实验条件进行实验：将菌体浓度为108个细菌/毫升的菌液按照每亩10kg的量投加，每隔三天进行再一次的投洒；在实验的过程中每隔一天检测一次亚硝氮浓度。真实水体各项指标分别为：实验组初始亚硝氮浓度为0.83mg/l，水体pH为7.67，对照组初始亚硝氮浓度为0.75mg/l，水体pH为7.25。用增氧机维持一定溶氧，维持其溶氧均为4mg/l左右；水温20℃左右。其中一个水塘不加菌液作为对照，其余外部条件基本相似。添加组与对照组亚硝氮浓度变化情况如图3所示。添加组水体亚硝氮浓度从初始的0.83mg/l逐步开始下降，到第5天时降到0.061mg/l，到第7天时降至0.037mg/l，第5天时亚硝氮去除率达到92.7％，而未加菌的对照组亚硝氮浓度从初始的0.75mg/l逐步升高，到第5天时达到1.62mg/l，到第7天时升至1.86mg/l并且有继续上升的趋势。相比模拟水体，真实水体中去除亚硝氮的时间要久一点，这与环境因素有关。
结果显示，利用本发明所述之方法可以高效去除养殖水体中亚硝氮。

Claims (5)

1、一种好氧反硝化去除养殖水体亚硝氮的方法，其特征在于，将芽孢杆菌菌液投洒到养殖水体中，芽孢杆菌菌液浓度为108～1010个细菌/毫升，每亩投洒的量应不少于10kg，养殖水体溶氧能力为2～10mg/L，温度为13～42℃，pH为5.0～9.0。
2、根据权利要求1所述的好氧反硝化去除养殖水体亚硝氮的方法，其特征在于所述投洒的芽孢杆菌菌液量要求为109个细菌/毫升。
3、根据权利要求1所述的好氧反硝化去除养殖水体亚硝氮的方法，其特征在于所述养殖水体溶氧能力为3～8mg/L。
4、根据权利要求1所述的好氧反硝化去除养殖水体亚硝氮的方法，其特征在于，所述温度范围为15～30℃。
5、根据权利要求1所述的好氧反硝化去除养殖水体亚硝氮的方法，其特征在于，所述pH为6.0～8.0。
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