專利名稱：一種好氧反硝化去除養(yǎng)殖水體亞硝氮的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種芽孢桿菌去除養(yǎng)殖水體亞硝氮的方法，特別是涉及一種在好氧條件下 通過反硝化途徑去除養(yǎng)殖水體亞硝氮的方法。
背景技術(shù)：
養(yǎng)殖水體中氮的去除是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，生物學(xué)的的硝化與反硝化作用則是在氮 去除過程中最經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的進(jìn)程?，F(xiàn)在普遍認(rèn)為硝化與反硝化過程分別是在好氧與缺氧環(huán) 境下進(jìn)行的。但是，在好氧條件下的反硝化現(xiàn)象卻不斷被報(bào)道，并且其中的一些好氧反硝 化菌已經(jīng)被篩選出來。這些細(xì)茼主要存在于假單胞菌屬(i^ew^附cm^)、產(chǎn)堿桿菌屬 (^/oz/z'gewe^ 、副球菌屬r尸aracocci^和芽孢桿菌屬f3a"7/w^等內(nèi)，是一類好氧或兼性好氧、 以有機(jī)碳作為能源的異養(yǎng)反硝化菌。關(guān)于反硝化機(jī)制的研究，傳統(tǒng)的研究認(rèn)為反硝化是一 個(gè)厭氧過程，因?yàn)樵谟醒醯臈l件下，氧氣是一個(gè)比硝氮或亞硝氮更好的電子受體，這樣就 會(huì)抑制反硝化的發(fā)生。反硝化途徑一般為NO/—NOf—NO—N20—N2，在此過程中分別由 不同的酶來催化各步反應(yīng)的進(jìn)行。其中催化第一步反應(yīng)的酶為硝酸鹽還原酶，其有兩種不 同形式， 一種稱為周質(zhì)硝酸鹽還原酶，另一種為膜結(jié)合硝酸鹽還原酶。Bdl等的研究表明， 在好氧條件下周質(zhì)硝酸鹽還原酶優(yōu)先被表達(dá)，其表達(dá)及活性不受分子態(tài)氧的抑制，當(dāng)膜結(jié) 合硝酸鹽還原酶被抑制時(shí)，其仍具有硝酸還原能力。另外A.B.Gupta在對(duì)典型的反硝化菌 硫螺菌屬(77z/^p/zaera ;^wto/r印to)的研究中也提出，當(dāng)細(xì)胞在好氧條件下生長(zhǎng)時(shí)主要表達(dá) 周質(zhì)硝酸鹽還原酶，不管在好氧還是厭氧條件下該酶均具有表達(dá)能力，當(dāng)在連續(xù)不斷的通 氣條件下時(shí)其能夠發(fā)揮酶活力而將硝酸鹽還原。這些研究均為好氧反硝化提供了理論基礎(chǔ)。 現(xiàn)有的養(yǎng)殖水體脫氮技術(shù)一般是采用硝化途徑或厭氧反硝化來實(shí)現(xiàn)的。硝化途徑即在 硝化細(xì)菌的作用下將養(yǎng)殖水體中的亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽。雖然終產(chǎn)物硝酸鹽對(duì)養(yǎng)殖生物 體的毒性相對(duì)較小，但是會(huì)破壞生物圈的氮素平衡。從環(huán)保方面看，限制了其的進(jìn)一步應(yīng) 用。而在厭氧的條件下利用反硝化途徑進(jìn)行除氮時(shí)，則會(huì)碰到另外的問題。即是在魚蝦的 養(yǎng)殖過程中必需保證充足的溶解氧，這樣的話厭氧反硝化細(xì)菌的脫氮效果則會(huì)大打折扣， 甚至根本不能起作用。在實(shí)際應(yīng)用中也只能起到輔助作用，不能大量的推廣。由上可知，
現(xiàn)有的養(yǎng)殖水體脫氮技術(shù)或多或少的存在一些不能逾越的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服養(yǎng)殖水體現(xiàn)有脫氮技術(shù)中的不足，提供一種利用芽孢桿菌通過好氧 反硝化途徑去除養(yǎng)殖水體亞硝氮安全無污染的方法。
本發(fā)明的原理是芽孢桿菌將亞硝氮作為電子受體，在好氧條件下在酶的作用下通過反硝 化途徑將亞硝氮還原為氮?dú)?，達(dá)到除氮的目的。本發(fā)明所涉及到的技術(shù)在具有上面背景兩 種脫氮技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)又克服了各自的缺點(diǎn)。首先，采用反硝化途徑可以將養(yǎng)殖水體的亞 硝氮除去，其終產(chǎn)物為氮?dú)饪梢赃M(jìn)入大氣，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)也不會(huì)破壞氮素平 衡。其次，在好氧條件下可以更有效的進(jìn)行作用，可以滿足養(yǎng)殖生物體的需氧要求。另外， 本發(fā)明采用的好氧反硝化細(xì)菌為芽孢桿菌，其對(duì)環(huán)境具有相當(dāng)耐受能力，具有很強(qiáng)的生存 能力，在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)可以連續(xù)的起作用。對(duì)比某些好氧反硝化菌，其只是在實(shí)驗(yàn)室條件 下具有降解亞硝氮的能力，而在實(shí)際養(yǎng)殖水體中并沒有效果。因此，本發(fā)明所涉及到的技
術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景
本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)-
一種好氧反硝化去除養(yǎng)殖水體亞硝氮的方法，將芽孢桿菌菌液投灑到養(yǎng)殖水體中，芽孢 桿菌菌液濃度為108 101()個(gè)細(xì)菌/毫升，每畝投灑的量應(yīng)不少于10kg，養(yǎng)殖水體溶氧能力 為2 10mg/L，溫度為13 42°C， pH為5.0 9.0。
為進(jìn)一歩實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述投灑的芽孢桿菌菌液量要求為109個(gè)細(xì)菌/毫升。 所述養(yǎng)殖水體溶氧能力為3 8 mg/L。所述溫度范圍為15 30°C 。所述pH為6.0 8.0。 在投灑菌劑之前，最好在養(yǎng)殖水體添加一定量乙酸鈉，這樣可以促進(jìn)去除效率。 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果-
1. 本發(fā)明涉及到的芽孢桿菌，具有好氧反硝化的能力，在去除養(yǎng)殖水體亞硝氮的過程 中只產(chǎn)生氮?dú)?，不產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有危害的N20氣體；
2. 該芽孢桿菌生長(zhǎng)迅速，產(chǎn)芽孢率高對(duì)環(huán)境具有很強(qiáng)的耐受能力，可以在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi) 持續(xù)起作用；
3. 使用該菌具有高效快速的特點(diǎn)，每畝只需10kg經(jīng)過3天就可以達(dá)到理想的效果；
4. 操作簡(jiǎn)便，成本低，不會(huì)對(duì)操作人員身體產(chǎn)生危害，且可以節(jié)省人力物力；
5. 本發(fā)明涉及到菌的作用物化指標(biāo)范圍寬廣，可以應(yīng)用于各種養(yǎng)殖水體，使用范圍廣 泛，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明涉及到的芽孢桿菌生長(zhǎng)曲線；
圖2為模擬養(yǎng)殖水體環(huán)境下加入芽孢桿菌后不同時(shí)間內(nèi)亞硝氮濃度變化情況； 圖3為真實(shí)養(yǎng)殖水體環(huán)境下加入芽孢桿菌后不同時(shí)間內(nèi)亞硝氮濃度變化情況。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一歩的說明。 實(shí)施例1~3
模擬養(yǎng)殖水體實(shí)驗(yàn)
用水箱模擬養(yǎng)殖水體，往其中加入20只金魚，構(gòu)成一個(gè)小水體環(huán)境，用氣泵給其通氣 形成一種好氧環(huán)境。各水箱模擬水體各項(xiàng)指標(biāo)如下實(shí)驗(yàn)組1， 2， 3，對(duì)照組的初始亞硝
氮濃度分別為0.24mg/l， 0.18mg/l， 0.27mg/l， 0.32mg/l;溶氧基本保持一致為5.0mg/l左右； 水溫為室溫。在室溫25i:下，向水箱中加入芽孢桿菌(中山市百皓生物工程有限公司生產(chǎn) 的利生平安芽孢桿菌)，其濃度為109個(gè)細(xì)菌/毫升，持續(xù)不斷的通氣使水箱中溶氧維持在 5.0mg/l左右。設(shè)置三個(gè)實(shí)驗(yàn)組，同時(shí)做一個(gè)不加菌液的對(duì)照組。具體實(shí)驗(yàn)條件為，每升水 加入芽孢桿菌菌液2ml，每隔三天以同樣的方式添加芽孢桿菌，每天均檢測(cè)亞硝氮的變化 情況。給每個(gè)水箱金魚喂養(yǎng)飼料均一樣，其他條件均相同。在7天內(nèi)，亞硝氮變化情況如 圖2所示。所加芽孢桿菌的三個(gè)實(shí)驗(yàn)組，其初始亞硝氮濃度分別從0.24mg/I， 0.18mg/l, 0.27mg/l經(jīng)過4天后降至0.036mg/1， 0.021mg/l， 0.035mg/l，到第7天時(shí)基本降解完全。而 對(duì)照組初始亞硝氮濃度從0.32mg/l升至第4天的0.87mg/l，到第7天時(shí)達(dá)到1.26mg/l，這 嚴(yán)重影響到金魚的生長(zhǎng)，這從四個(gè)水箱的金魚生活狀態(tài)就可以看出。結(jié)果顯示，在模擬養(yǎng) 殖水體環(huán)境下，該菌具有良好的效果。
該芽孢桿菌容易培養(yǎng)，其在第4h即進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，到第14h時(shí)進(jìn)入穩(wěn)定期，其生長(zhǎng) 速度非常迅速，其生長(zhǎng)曲線如圖l所示。其芽孢率為87%，在高溫8(TC下加熱15分鐘仍 然有大量芽孢存活，當(dāng)投入到水體后，芽孢就開始發(fā)揮了作用。其生長(zhǎng)所用到的LB培養(yǎng) 基成分簡(jiǎn)單，且容易獲得，成本較低。在實(shí)驗(yàn)室條件下驗(yàn)證脫氮的終產(chǎn)物為氮?dú)?。該菌?使用的過程中是以液態(tài)的形式起作用的，只需要操作人員進(jìn)行潑灑即可，非常方便。其主 要是針對(duì)水體中的亞硝氮起作用，只要在含有一定濃度的亞硝氮環(huán)境中即可以發(fā)揮作用， 因而適合于各種養(yǎng)殖水體。
實(shí)施例4
真實(shí)水體實(shí)驗(yàn)
芽孢桿菌(中山市百皓生物工程有限公司生產(chǎn)的利生平安芽孢桿菌)按照如下的實(shí)驗(yàn) 條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)將菌體濃度為1()S個(gè)細(xì)菌/毫升的菌液按照每畝10kg的量投加，每隔三天進(jìn) 行再一次的投灑；在實(shí)驗(yàn)的過程中每隔一天檢測(cè)一次亞硝氮濃度。真實(shí)水體各項(xiàng)指標(biāo)分別
為實(shí)驗(yàn)組初始亞硝氮濃度為0.83mg/l，水體pH為7.67，對(duì)照組初始亞硝氮濃度為0.75mg/l， 水體pH為7.25。用增氧機(jī)維持一定溶氧，維持其溶氧均為4 mg/l左右；水溫2(TC左右。 其中一個(gè)水塘不加菌液作為對(duì)照，其余外部條件基本相似。添加組與對(duì)照組亞硝氮濃度變 化情況如圖3所示。添加組水體亞硝氮濃度從初始的0.83mg/l逐步開始下降，到第5天時(shí) 降到0.061mg/l，到第7天時(shí)降至0.037 mg/l，第5天時(shí)亞硝氮去除率達(dá)到92.7%，而未加 菌的對(duì)照組亞硝氮濃度從初始的0.75mg/l逐步升高，到第5天時(shí)達(dá)到1.62mg/l，到第7天 時(shí)升至1.86mg/i并且有繼續(xù)上升的趨勢(shì)。相比模擬水體，真實(shí)水體中去除亞硝氮的時(shí)間要 久一點(diǎn)，這與環(huán)境因素有關(guān)。
結(jié)果顯示，利用本發(fā)明所述之方法可以高效去除養(yǎng)殖水體中亞硝氮。
權(quán)利要求
1、一種好氧反硝化去除養(yǎng)殖水體亞硝氮的方法，其特征在于，將芽孢桿菌菌液投灑到養(yǎng)殖水體中，芽孢桿菌菌液濃度為108～1010個(gè)細(xì)菌/毫升，每畝投灑的量應(yīng)不少于10kg，養(yǎng)殖水體溶氧能力為2～10mg/L，溫度為13～42℃，pH為5.0～9.0。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的好氧反硝化去除養(yǎng)殖水體亞硝氮的方法，其特征在于所述投 灑的芽孢桿菌菌液量要求為109個(gè)細(xì)菌/毫升。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的好氧反硝化去除養(yǎng)殖水體亞硝氮的方法，其特征在于所述養(yǎng) 殖水體溶氧能力為3 8mg/L。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的好氧反硝化去除養(yǎng)殖水體亞硝氮的方法，其特征在于，所述 溫度范圍為15 30°C。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的好氧反硝化去除養(yǎng)殖水體亞硝氮的方法，其特征在于，所述 pH為6.0 8.0。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種好氧反硝化去除養(yǎng)殖水體亞硝氮的方法，該方法是將芽孢桿菌菌液投灑到養(yǎng)殖水體中，芽孢桿菌菌液濃度為10⁸～10¹⁰個(gè)細(xì)菌/毫升，每畝投灑的量應(yīng)不少于10kg，養(yǎng)殖水體溶氧能力為2～10mg/L，溫度為13～42℃，pH為5.0～9.0。本方法以在好氧條件下仍具有高效反硝化能力的芽孢桿菌為出發(fā)菌株，每畝養(yǎng)殖水體只需投灑10kg該菌劑經(jīng)過5天亞硝氮去除率即達(dá)到92.7％。亞硝氮被去除后的終產(chǎn)物為N₂，不會(huì)生成對(duì)環(huán)境有污染的N₂O氣體。同時(shí)操作簡(jiǎn)便，用少量即可達(dá)到理想目的，成本低；并且該芽孢桿菌制劑也可以促進(jìn)養(yǎng)殖生物體的生長(zhǎng)，具有雙重功效，值得水產(chǎn)養(yǎng)殖上推廣使用。
文檔編號(hào)C02F3/02GK101348300SQ20081019830
公開日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2008年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月31日
發(fā)明者昝繼清, 兵 李, 林煒鐵, 梁锏文 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)