反硝化细菌降解养殖水体亚硝酸盐的研究

2014-05-14姚秀清刘秀梅

应用化工 2014年5期

姚秀清，刘秀梅

(辽宁石油化工大学化学化工与环境学部，辽宁抚顺 113001)

随着淡水养殖业集约化、高密度养殖的程度化不断提高，集中投饵所产生的鱼类粪便、残饵和死亡的动植物尸体所引起的水体氮素含量严重超标，其中最重要的就是亚硝酸盐含量［1-3］。它可以氧化鱼虾体内的亚铁血红蛋白，使其成为高铁血红蛋白，导致其丧失运输氧的能力，最后造成鱼虾窒息死亡。所以，控制水体中的亚硝态氮成为水产规模化养殖成功的关键因素之一［4］。

本文对反硝化细菌进行了富集和培养，并对其降解亚硝酸盐进行了初步的探索，为实际利用反硝化细菌进行生物脱氮提供基础。

1 实验部分

1.1 试剂

反硝化细菌(采集校内人工湖水样，用富集培养基进行富集培养);磷酸、柠檬酸、硝酸钠、亚硝酸钠、氢氧化钠、硫酸锌、硫酸肼、硫酸铜、无水乙醇、盐酸、无水氯化钙、磺胺、磷酸氢二钾均为分析纯;N-1-萘基乙二胺盐酸盐，化学纯;富集培养基:水1 L，葡萄糖，硝酸钠，氯化钙 0.067 g，磷酸氢二钾 0.67 g，EDTA 微量，pH 值 7.0 ～7.5。

1.2 菌种的富集培养

将采集到的水样加入到富集培养基中，用恒温水浴将温度控制在28℃左右。加入一定量硝酸钠，使初始硝酸盐氮(N-N)在1 500 mg/L左右，以葡萄糖为碳源，使 C/N比为4∶1，每24 h测定1次N-N和亚硝酸氮(N-N)的浓度，当N-N浓度接近为0时，继续添加硝酸钠和葡萄糖，目测菌体浓度的变化，富集培养20 d左右，备用。

1.3 反硝化细菌降解N-N

取一定量的培养液，以4 000 r/min离心10 min，除去上清液，用去离子水稀释沉淀物然后加入到含有一定浓度亚硝酸钠的富集培养基(无硝酸钠)中，以N-N的变化为检测指标，考察反应温度、投菌量、初始N-N浓度等因素对反硝化细菌降解N-N的影响。

1.4 分析方法

图1 N-N含量的标准曲线Fig.1 The standard curve of content of nitrite nitrogen

图2 N-N含量的标准曲线Fig.2 The standard curve of content of nitrite nitrogen

2 结果与讨论

2.1 菌种富集培养

图3 反硝化细菌富集培养过程中N-N和N-N浓度的变化Fig.3 The changes of concentration of nitrite nitrogen and nitrate nitrogen during the culture of the denitrifying bacteria

由图3可知，随着反硝化细菌的不断生长，NO3－-N浓度不断降低，在经过3 d后，NO3－-N浓度由初始的1 500 mg/L降低到100 mg/L左右，同时NO2－-N浓度逐渐增加，有一定程度的积累。在富集培养过程中，当营养物质充足时，在水体表面会形成一层气泡，营养物质匮乏时，气泡量减少。为了加快富集进度，当N-N浓度降低到低于100 mg/L时，再次向富集培养液中加入一定量的硝酸钠和葡萄糖，使菌体浓度逐渐增加。

2.2 温度对亚硝酸盐降解的影响

温度对亚硝酸盐降解的影响，见图4。

图4 温度对N-N去除率的影响Fig.4 The effect of temperature on the removal rate of nitrite nitrogen

由图4可知，随着培养时间的延长，不同温度下的反硝化细菌对N-N的去除率都随之增加，培养24 h时，不同温度下的去除率相差不大，都在9% ～15%。随着时间的延长，去除率相差增大。当温度为28℃时，48，72，96 h的去除率逐渐增大，为4种温度中最高值。可见反硝化细菌去除亚硝酸盐最合适的温度为28℃。

2.3 投菌量对亚硝酸盐降解的影响

选取相同浓度的菌液各10，20，25 mL于28℃分别加入含有相同NO－2-N的培养体系中，考察其对亚硝酸降解的影响，结果见图5。

图5 投菌量对NO－2-N去除率的影响Fig.5 The effect of dosage of denitrifying bacteria on the removal rate of nitrite nitrogen

由图5可知，随着培养时间的增加，NO－2-N的去除率都逐渐增加，但增加的幅度并不相同。当投菌量为20 mL时，在24，48，72 h的去除率都最高，最高达到68.6%。而投菌量为10 mL和25 mL时，NO2－-N去除率比较接近，都明显低于20 mL投菌量的去除率。说明投菌量过高或者过低都不利于反硝化细菌对亚硝酸盐的去除。