固定化微生物在工厂化循环水高效养殖中的作用.

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），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/m2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（Microorganismwastewatertreatmentsystem）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H2O附着水层流动水层CO2、H2S、NH3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65～100m2/m3;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++3O2→2NO2-+2H2O+4H+硝化:2NO2-+O2→2NO3-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的距离，尤其是在水产养殖方面还有许多问题需要进一步解决，为此需要加强如下研究：(1)新型廉价附材的开发与选择；(2)高效工程菌的构建；(3)混合固定化技术的进一步研究和发展；(4)更快更优质的固定化条件随着研究方法的不断发展及新颖实用的固定化技术的不断出现，微生物固定化技术应用于废水治理将具有广阔的发展前景和实用价值。