营养及水力条件影响光合细菌生物膜生长特性实验

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光和细菌

中国生物工程杂志　ChinaBiotechnology,2009,29(4):67～72

营养及水力条件影响光合细菌生物膜生长特性实验

田　鑫　廖　强　党　楠　朱　恂　王永忠

(重庆大学工程热物理研究所　重庆　400030)

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摘要　对平板式生物膜反应器内,流量及底物浓度范围分别为37.8～1080ml/h、0.05～10g/L的不同生长条件下光合产氢细菌生物膜生长特性进行了实验研究,讨论了不同水力及营养条件对沼泽红假单胞菌生物膜表面覆盖率、膜厚、干重和密度的影响。实验结果表明,不同水力及营养条件对生物膜生长速率及结构具有重要影响。在相同的时间间隔内,在高流速条件下光合细菌菌落生长较快,但过高的液体流速会导致部分生物膜脱落;高流速条件易使生物膜形成薄而致密的结构。光合细菌生物膜在循环液底物浓度较高时生长较快,密度也最高;成结构疏松生物膜在固液界面的形成,在生物膜内的传输。

关键词　光合细菌　生物膜　可视化　中图分类号　Q938.11

　　效的废水处理方法。与传统的悬浮生长反应器相比,生物膜反应器操作稳定性高,生物量密度大,细菌停留时间长,耐冲击负荷,且对水质、水量变动具有较强的适应性

[1,2]

物传递引起的微生物生长和由剪切力引起的生物膜脱落相互平衡作用的结果;Rinaudi等

[8]

认为,细菌在固体

基质表面上的生长代谢行为主要受水力及营养条件等因素的影响。本文采用在线观察和离线分析相结合的方法,研究了不同的水力及营养条件对光合细菌生物膜在固体基质表面上生长特性的影响,揭示了光合细菌在固体基质表面上的吸附及生长机理,同时为光合细菌生物膜反应器的挂膜启动提供实验依据,并且为污水处理和光生物制氢技术的发展提供基础性材料。

。光合细菌可以在光能的驱动下降解有机

[3]

废物特别是小分子有机酸为氢气,达到污染治理的同时实现资源可持续性利用

。光合细菌降解有机废水

具有较高的底物转化率,并能使用广泛的生物质作为生长和产氢的底物等优点。光合细菌生物膜反应器能有效地完成有机废物的处理,同时高效地产生清洁的能源氢气,是一项集环境效益、社会效益和经济效益于一体的新型环保技术

[4,5]

1　材料与方法

1.1　实验装置及系统

。

　　在利用生物膜反应器处理废水过程中,微生物首先在反应器内部的载体表面吸附并形成生物膜,研究微生物在载体表面的固定机理及生物膜结构,开发工程实际中普遍适用的微生物固定化技术,对优化各种反应器工艺系统及污水处理技术的发展具有重要意义

[6]

　　光合细菌生物膜生长特性实验系统(图1)主要由生物膜反应器、光源、过滤瓶(250ml)、蠕动泵、数码光学显微镜和计算机构成。采用发光二极管(LED)提供一定波长的单色光源。可视化光合细菌生物膜平板反应器由透明的有机玻璃材料及盖玻片(24mm×60mm×

0.17mm)组成,尺寸为180mm×134mm×18mm,以盖

。Ebrahimi等

[7]

研究表明,生物膜的形成是由底

收稿日期:2008209211　　修回日期:2008210222

3国家自然科学基金(90510020,50576107)、教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET20420845)、重庆市自然科学基金(2006BB7225)资助项目

33通讯作者,电子信箱:lqzx@

玻片作为可视化窗口及光合细菌生物膜生长的载体。反应器主体包括5个流道,流道尺寸为18mm×50mm×4mm,每个流道的下侧由盖玻片通过有机玻璃盖板以螺栓联接的方式密封,

以便在不同成膜阶段对盖玻片

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