絮团粒径、碳源添加方式和絮团量对生物絮凝养殖系统氨氮控制的影响研究

发布时间：2020-04-08 02:59

【摘要】：生物絮团是生物絮凝养殖系统中的核心部分,其形成过程是生物絮凝养殖系统的关键环节。本实验研究的对象是生物絮凝絮团,主要探究絮体粒径、碳源添加方式、絮团量这3个絮体参数作为调节对象,通过研究其对絮团形成、系统构建、氮素转化速率及水体微生物组成的影响,研究其对生物絮凝养殖系统氨氮控制的影响,为水产养殖-生物絮凝技术的高效应用提供理论支撑。实验主要分为一下四个部分:1.絮团粒径对生物絮团氨氮转化速率和微生物群落的影响本实验中研究了50μm粒径(A组),50μm粒径(B组)和未分筛的絮团(C组)的的氨氮去除效率和细菌群落组成,称为A组,B组和C组。A,B和C组的总氨氮(Total ammonia nitrogen,TAN)去除率分别为2.44±0.29,2.49±0.23和2.41±0.03 mg TAN/g TSS.h。三组间TAN去除率无显著差异(P0.05)。TAN、亚硝酸盐氮(NO_2~--N)、硝酸盐氮(NO_3~--N)综合变化特征与自养硝化的启动相似,三组之间没有显著的浓度差异。50μm生物絮凝物的C/N比高于其他组。三组絮体中粗蛋白含量无显著差异。通过Illumina MiSeq测序分析分析生物絮团的细菌群落结构变化趋势。不同粒径絮团的细菌群落组成在门和纲的水平上相似,主要鉴定属于6类(丰度高于5%以上):芽孢杆菌纲(Bacilli)、α-变形菌纲(α-proteobacteria)、放线菌纲(Actinobacteria)、暖绳菌纲(Caldilineae),厌氧绳菌纲(Anaerolineae),和鞘脂杆菌纲(Sphingobacteriia)等其它纲。在属的水平上,芽孢杆菌属(Bacilli)在所有三组中占优势菌属。初始时刻,B组细菌群落为芽孢杆菌属的相对丰度占26.0%,明显高于其他两组(A组9.4%,C组7.2%)。2.絮体粒径对生物絮凝养殖系统中硝化作用的影响比较了50μm粒径的生物絮团和50μm粒径的絮团及不分筛絮团的氨氮转化能力及絮团的微生物组成情况。结果表明,不同粒径的絮团对氨氮的同化去除速度无明显差异(P0.05)。利用高通量测序技术对生物絮体的细菌群落结构进行分析。结果表明,不同粒径絮体组在门、纲、属水平上的微生物群落组成基本相似,生物絮团培养过程中主要细菌类群隶属于6个纲:放线菌纲(Actinobacteria)、α-变形菌纲(α-proteobacteria)、β-变形菌纲(β-proteobacteria)、γ-变形菌纲(γ-proteobacteria)、芽孢杆菌纲(Bacilli)、鞘脂杆菌纲(Sphingobacteriia),50μm粒径组厚壁菌门(芽孢杆菌属)菌群显著高于其余两组。碳源添加可以提高微生物群的稳定性、缓冲性,随着DOC的降低,微生物群落多样性显著降低。3.碳源添加方式和絮团量对生物絮凝系统启动效率的影响本实验在三种碳源添加方式及两种絮团浓度双因素调控下探究其对生物絮团系统构建及稳定硝化作用形成的影响。三种碳源添加策略分别为:A组为一次性根据溶解性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)比总氮(Total nitrogen)(DOC/TN)为20添加葡萄糖;B组在总氨氮(TAN)高于2 mg·L~(-1)以上时根据DOC/TAN为20添加葡萄糖;C组为聚已内酯(PCL)挂袋。絮团量以总悬浮固体颗粒物(TSS)浓度表征,初始总悬浮固体物(Total suspended solids,TSS)浓度分别为300 mg·L~(-1)、800 mg·L~(-1)。结果显示,不同碳源添加方式各处理组DOC平均浓度和水体DOC/TN、DOC/DIN有显著差异(P0.05);TSS对硝化过程建立的时间和三态氮的综合特征没有明显影响;碳源添加方式对硝化过程建立的时间和三态氮的综合特征以及最高浓度都有明显影响。不同TSS浓度、不同碳源添加方式对三态氮的极值有明显影响。碳源添加方式对pH和碱度的影响不显著,TSS浓度为300 mg·L~(-1)的絮体组比TSS浓度为800 mg·L~(-1)的絮体组的平均pH和碱度要高(A3A8,B3B8,C3C8)。A3、A8组碱度低于B3、B8和C3、C8组;TSS浓度对溶解氧无显著差异,碳源添加方式有显著影响。碳源添加方式和絮团量对絮团内粗蛋白、粗灰分、VSS没有明显影响。总体上,A种碳源添加方式菌群丰度和多样性高于其他两种方式。A种碳源添加方式和C种碳源添加方式中,300 mg·L~(-1)的TSS量要略高于800 mg·L~(-1)。B种碳源添加方式则相反。絮团浓度和碳源添加方式对絮团菌群门水平组成有显著影响,A3组硝化螺旋菌门(Nitrospirae,1.3%)相对丰度显著高于B3(0.7%)、C3(0.1%)组,和三态氮的变化情况类似,硝化作用更明显。碳源添加方式对絮团菌群属水平组成有显著影响,絮团浓度对絮团菌群属水平组成无显著影响。4.碳源添加方式和絮团量对革胡子鲶生物絮凝养殖效果的影响本实验在三种碳源添加方式及两种絮团浓度双因素调控下培养的絮团中进行革胡子鲶(Clarias leather)养殖。碳源添加方式和絮团水平设置同研究内容3。因B组养殖期间TAN未上升到2 mg·L~(-1)以上,A、B组实验周期内未添加葡萄糖,仅C组进行PCL挂袋提供碳源。絮团浓度以TSS浓度作为表征,实验全程调控TSS浓度为两个梯度:TSS 300 mg·L~(-1)组和TSS 800 mg·L~(-1)组。探究不同碳源添加方式、絮团量对革胡子鲶生物絮凝养殖系统养殖效果及水体中氮素转化及微生物组成的影响。各养殖缸的初始放养密度为(0.7±0.23)kg·m~(-3),实验结束时,各组终末密度分别为A3:(12.98±1.10)kg·m~(-3)、B3:(13.98±0.78)kg·m~(-3)、C3:(15.46±0.83)kg·m~(-3);A8:(11.94±0.26)kg·m~(-3)、B8:(14.11±1.03)kg·m~(-3)、C8:(14.46±0.50)kg·m~(-3),各组存活率分别为A3:(88.8±11.7)%、B3:(91.1±1.5)%、C3:(94.4±1.5)%;A8:(92.2±2.1)%、B8:(94.4±2.1)%、C8:(96.7±1.0)%,TSS 800 mg·L~(-1)组存活率高于TSS 300 mg·L~(-1)组,且低于饵料系数TSS 300 mg·L~(-1)组。粗灰分含量无显著差异(P0.05)。相同TSS浓度调控下的絮团TSS波动规律无显著性差异(P0.05);实验结束时,C组絮团沉降体积显著低于A、B组(P0.05)。在相同絮团TSS浓度下,各处理组在门水平上相对丰度差异性不显著(P0.05)。本部分实验结果显示在适宜TSS浓度范围内,较高的TSS浓度更适宜革胡子鲶生长存活,较低的TSS浓度,对水质波动影响较大;C种碳源添加方式(PCL挂袋)持续提供碳源,对革胡子鲶的生物絮凝养殖有更良好的效果。
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S959

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