1、固定化微生物在工廠化循環(huán)水高效養(yǎng)殖中的作用,院系：海洋學(xué)院 專業(yè)：水生生物學(xué) 導(dǎo)師：杜榮斌（教授） 姓名：王仁龍,主要內(nèi)容,一 研究背景、目的和意義,水產(chǎn)養(yǎng)殖走工業(yè)化道路是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大勢所趨，亦是業(yè)界同仁的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)！,單產(chǎn)低、效益差 近岸和近海環(huán)境污染日益嚴(yán)重 養(yǎng)殖空間不斷遭受擠壓 養(yǎng)殖病害頻發(fā)，產(chǎn)品質(zhì)量下降 勞動強度大，生產(chǎn)效率低 資源浪費，產(chǎn)業(yè)形象亟待提升,中國是世界第一水產(chǎn)養(yǎng)殖大國（2013年養(yǎng)殖產(chǎn)量4541.68萬噸，其中：海水養(yǎng)殖1739.25萬噸），但養(yǎng)殖方式粗放、養(yǎng)殖設(shè)施落后，帶來諸多問題：,研究背景、目的和意義,產(chǎn)品質(zhì)量保障,重點在于水質(zhì),節(jié)約用水,降低FCR,單位產(chǎn)量高,可

2、控性強,穩(wěn)定性好,常年生產(chǎn),RAS的優(yōu)點,地域限制小,節(jié)約用水,研究背景、目的和意義,目前國內(nèi)大菱鲆養(yǎng)殖以流水養(yǎng)殖模式為主，養(yǎng)殖密度12-15kg/m2 病害較多，效率低下，水污染嚴(yán)重，經(jīng)濟效益不佳。,大菱鲆,二 微生物廢水處理系統(tǒng)（ Microorganism waste water treatment system ）,污水處理的方法有物理方法、化學(xué)方法和生物方法。而物理法和化學(xué)法的處理效率低，費用高，管理復(fù)雜，甚至可能造成二次污染，所以無法得到很好的應(yīng)用和大范圍的推廣。而生物法則是目前應(yīng)用最廣的方法。生物法通常是利用具有各種生理生化性能的微生物類群間的相互配合而進(jìn)行的一種物質(zhì)循環(huán)過程。從

3、而使污水得到再生的過程。生物法處理污水具有效率高，費用低，能耗低，出水質(zhì)好，管理簡單等優(yōu)點。利用微生物進(jìn)行處理使水資源再生，無論是現(xiàn)在還是將來都是污水處理的主要途徑之一。,微生物具有體積小，表面積大，繁殖能力強等特點，。污水具備微生物生長繁殖的條件，因而能使微生物從中獲得營養(yǎng)物質(zhì)，同時降解和利用有害的物質(zhì)，從而使污水得到凈化。依據(jù)處理過程中的微生物對氧環(huán)境的需求可分為好氧法和厭氧法。現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的活性污泥法、生物膜法、氧化塘法均屬于好氧法；而厭氧處理有三種：AF、UASB、EGSB。好氧法和厭氧法相結(jié)合的處理方法效果也相當(dāng)樂觀。 下邊著重介紹一下生物膜法,生物膜法是與活性污泥法平行發(fā)展的一種

4、污水處理技術(shù)方法；實質(zhì)是使細(xì)菌類微生物和原生動物、后生動物類的微型動物附著在濾料或某些載體上，并在其上形成膜狀生物污泥-生物膜?；钚晕勰喾ㄖ械奈⑸锸浅蕬腋顟B(tài)的，屬于懸浮生長體系；而生物膜法中的生物呈附著膜狀，屬于附著生長系統(tǒng)或固定膜工藝。 固定化微生物是用化學(xué)或物理手段將游離微生物定位于限定的空間區(qū)域，以提高微生物細(xì)胞的濃度，使其保持較高的生物活性并反復(fù)利用的方法。固定化為生物技術(shù)的優(yōu)點是：載體對細(xì)胞起一定保護作用，使固定化細(xì)胞對有毒底物耐受性增強；微生物被載體固定后，單位體積內(nèi)能維持高濃度的生物量，提高了降解率；且固定化成品再生性好，可反復(fù)使用。,三.1 生物膜法,固定化微生物制備流程,

5、固定化方法,1.包埋法 2.交聯(lián)法 3.吸附法 4.共價化合法,一、生物膜法的基本流程,二、生物膜的構(gòu)造及凈化機理 1、構(gòu)造 1）結(jié)構(gòu)：從外面到里面的順序為污水、流動水層、附著水層、生物膜（分為好氧層和厭氧層）、濾料。 2）掛膜：污水流經(jīng)濾料，污水和細(xì)菌附著在有機物被分解形成生物膜并逐漸成熟。 3)生物膜特性:高度親水的物質(zhì)，同時也是微生物高度密集的物質(zhì)。 4)生物膜成熟標(biāo)志：真正生態(tài)系組成及對有機物的降解功能都達(dá)到了平衡狀態(tài)。 5）生物膜生長階段：潛伏期、生長期（20-30d） 、老化剝落,圖 生物膜的基本結(jié)構(gòu)（剖面圖）,2、生物膜凈化污水的機理及優(yōu)勢,4） 厭氧層與好氧層的關(guān)系 厭氧層與好

6、氧層達(dá)到生態(tài)平衡 5） 理想生物膜法的狀況 減緩老化，避免厭氧層過分生長，加快好 氧層更新，不使膜集中脫落。,（1）潤壁型生物膜法廢水和空氣沿固定的或轉(zhuǎn)動的接觸介質(zhì)表面的生物膜流過，如生物濾池和生物轉(zhuǎn)盤等； （2）浸沒型生物膜法生物膜載體完全浸沒在水中，通過鼓風(fēng)曝氣供氧。如載體固定，稱為接觸氧化法；如載體流化則稱為生物流化床,三 生物膜應(yīng)用類型,三 生物膜應(yīng)用,1.生物濾池 2.生物流化床 3.生物轉(zhuǎn)盤 4.生物接觸氧化濾池,生物濾池主要分以下三種 早期生物濾池（低負(fù)荷生物濾池） ：濾料為碎石、卵石、爐渣、焦炭； 高負(fù)荷生物濾池：采用處理水回流； 塔式生物濾池：采用性能改善的濾料；營養(yǎng)物、氧氣

7、和微生物三者充分接觸、水流紊動劇烈、通風(fēng)條件好,三.2 生物濾池,一、生物濾池的工作原理,含有污染物的廢水從上而下從長有豐富生物膜的濾料的空隙間流過，與生物膜中的微生物充分接觸，其中的有機污染物被微生物吸附并進(jìn)一步降解，使得廢水得以凈化；主要的凈化功能是依靠濾料表面的生物膜對廢水中有機物的吸附氧化作用。,二、,1. 濾床及池體 （1）濾料： 主要參數(shù)：比表面積A、孔隙率P、密度、機械強度、生物化學(xué)穩(wěn)定性(不能被微生物分解、不能抑制微生物生長)； 早期濾料：碎石、卵石、焦炭、爐渣等顆粒濾料；d為38cm（拳狀）；孔隙率為45%50%;比表面積為65100m2/m3; 材料：塑料、玻璃鋼、樹脂；形

8、狀：波紋狀、蜂窩管、環(huán)狀、空心浮球、多孔顆粒。圖13-5 環(huán)狀 圖13-6波紋狀 （2）池壁及高度：磚石、鋼筋混凝土；高度高出濾池表面0.40.5m；,蜂窩斜管和蜂窩斜板,浮球填料,陶粒濾料,立體彈性填料,聚丙烯半軟性填料,2. 布水系統(tǒng)：要求布水均勻； 有固定式噴嘴布水系統(tǒng)（現(xiàn)基本不用）和旋轉(zhuǎn)式布水器；,3. 排水系統(tǒng)：滲水裝置、集水溝、排水渠；收集并排出污水和生物膜，保證濾池通風(fēng)。,四.1 我的研究內(nèi)容,1 實驗室模擬生物濾池（濾料主要采用毛刷，塑料環(huán)，聚乙烯醇薄片等）探究哪種附材形成生物膜的速度更快，并測量水質(zhì)指標(biāo)（COD，PH，氨氮，硝態(tài)氮，亞硝態(tài)氮等幾個對養(yǎng)殖生物產(chǎn)生影響較大的因子）

9、，判斷出那種附材的效果更好。 2.在不同菌種添加順序，不同包埋處理下的情況下，探究生物膜（濾料同上）生長又快又好的最佳方法。即如何快速掛膜以及優(yōu)質(zhì)掛膜。,水處理的主要原理,硝化反應(yīng)是在好氧條件下通過好氧硝化菌的作用將廢水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽，包括兩個基本反應(yīng)步驟：由亞硝酸菌參與的將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽的反應(yīng)。由硝酸菌參與的將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的反應(yīng)。亞硝酸菌和硝酸菌都是自養(yǎng)菌，它們利用廢水中的碳源，通過與NH3-N的氧化還原反應(yīng)獲得能量。 反應(yīng)方程式如下：亞硝化： 2NH4+3O22NO2-+2H2O+4H+硝化 : 2NO2-+O22NO3-,利用反硝化菌（脫氮菌）將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮氣而從廢水中逸出。 由于兼性脫氮菌（反硝化菌）的作用，將硝化過程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成N2的過程，稱為反硝化。,四.2 展望,雖然微生物固定化技術(shù)在污水處理的研究上取得了多方面的成效，但距離實際工程的應(yīng)用還有一定的距離，尤其是在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面還有許