pH對微生物絮團氨氮轉化效率及細菌活性的影響

吳江濤

（徐州生物工程職業技術學院，江蘇徐州 221006）

隨著我國經濟的發展和社會的進步，水產養殖的相關問題也逐漸引起了人們的重視，近幾年來，水產養殖的規模得到了持續的增加，這也就間接引發了水質惡化的相關問題。在進行水產養殖的過程中，往往會出現一定程度上的固體廢棄物，這種固體廢棄物會導致水質惡化，進而污染環境。如何在現實中對固體廢棄物的排放進行控制，對資源進行利用，將決定我國的水產養殖業是否能夠拉近與發達國家的差距，得到持續的發展。生物絮凝技術能夠對城市污水進行一定程度上的處理，通過對水體碳氮比的提高使得細菌數量得到生長，從而利用細菌對氨氮進行同化，在此過程中，細菌群會與懸浮顆粒物等產生具體作用形成微生物絮團，這一物質可以被當作水產養殖的飼料，如此投喂可以節省成本，并解決環境的問題，減少對環境的污染。作為一種創新式的水體污染處理技術，生物絮凝技術能夠將固體廢棄物進行循環利用，減少污染。其中pH值能夠影響微生物的具體數量與種類，同時與活性污泥的沉降過程存在著密切的聯系。據此本文主要利用懸浮式生物反應器對微生物絮團進行培養，明確pH對微生物絮團氨氮轉化效率及細菌活性的影響，希望能夠為水產養殖的相關人士提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 懸浮式生物反應器

應用懸浮式微生物反應器裝置(ambr，賽多利斯，中國)，該裝置為有機玻璃材質，形狀為桶狀，有效體積達到了10 L，該裝置高為100.0 cm，內徑為15.0 cm，外徑為15.8 cm。玻璃錐形瓶反應器（蜀牛，上海），有效體積為2L。

燒瓶實驗取9個相同的玻璃錐形瓶，本曝氣設備為電磁式空氣泵（ACO-008B，中國）其功率為135 W，曝氣量為100 L/min，分接9個相同規格的石英砂曝氣石。

1.2 養殖固體廢棄物

除懸浮式生物反應器之外，還選用了養殖固體廢棄物，對不同的pH（6.5、7.5、8.5)進行研究，利用具體養殖系統中（呈固體形態）的廢棄物明確微生物絮團的氨氮轉化效率以及絮團細菌活性效果的影響。由于在循環水養殖系統中，對通威淡水魚進行了投喂，所以整體廢棄物當中的粗蛋白、粗脂肪含量較高。

1.3 試驗的設計與運行的過程

對試驗進行設計的過程以養殖系統為主，在養殖系統中對固體廢棄物進行收集，之后在現實情況下將其融入到潔凈的懸浮式生物反應器中，同時，對于循環水養殖系統來說，如果其水量不足，那么也就無法完成試驗，所以，應該保證養殖水在10 L左右，另外將相關規格的石英沙曝氣石進行投入，與養殖系統進行配合。運用具體設備進行曝氣，曝氣時間保持為30分鐘，在整體試驗的過程中，保持溫度在30 ℃左右，水體為淡水。定于每天早上8點對氨氮、亞硝酸氮、硝酸氮等水質指標進行具體的測試，另外保證絮團培養的周期時間，如果少于10天，就無法完成試驗[1]。

在對絮團進行培養的過程中，不需要換水，只需要定期向反應器中倒入陳化自來水即可，如此做的目的在于對因曝氣導致蒸發失水的情況進行補充，一旦水量降低，結果就會出現偏差[2]。在微生物絮團的培養周期完全后，對懸浮式生物反應器中的具體水質指標進行明確。同時在培養后，將微生物的絮團懸濁液完全轉入到玻璃錐形瓶當中，將9個玻璃錐形瓶分別接入石英砂曝氣石。在經過間歇式曝氣后，對利用溶液pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組進行調控，每日對其具體指標進行檢測，指標包括亞硝酸氮、硝酸氮、細菌等等。了解pH對微生物絮團氨氮轉化效率及細菌活性的影響。

2 結果與分析

2.1 不同pH對微生物絮團氨氮轉化效率的影響

經過具體的分析得出，pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組在亞硝酸鹽氮的具體濃度方面都接近0 mg/L。另外，隨著試驗的推進，pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組的硝酸鹽氮濃度都出現了升高的情況，但是積累的程度并不深[3]。在不同的pH值下，反應器中的總氨氮濃度出現了較大的變化，不僅僅呈現了升高的趨勢，同時不同組別也存在著一定的差別。在開始進行試驗時，總氨氮濃度為9.81 mg/L，而在試驗結束后，pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組在總氨氮濃度方面數據分別為37.61、12.64、17.45 mg/L。結果顯示pH7.5組、pH8.5組的氨氮向有機氮轉化效率明顯高于pH 6.5組。由此可見，pH值能夠對絮團氨氮轉化產生較為明顯的影響。見表1：

表1 不同pH對微生物絮團氨氮轉化效率的影響

另外，pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組都沒有對硝酸鹽進行累積，亞硝酸鹽也沒有被包括在其中[4]。與此同時，對試驗結果的記錄顯示，pH6.5組、pH7.5組、pH7.5對活性磷進行去除的平均幾率分別為1.28、0.91、0.81 mg/L。

2.2 不同pH對微生物絮團沉降性能的影響

在研究過程中，設置了pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組三個不同的組別，發現不同的pH值對微生物絮團沉降比的影響較大[5]，無論是pH6.5組還是pH7.5組，亦或是pH7.5在數值方面都出現了上升的趨勢，在試驗完畢后，發現pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組的FV-5min分別達到了34%、64%、76%。從此可以得出結論，隨著pH值的提升，FV-5min也會得到升高。如表2：

表2 不同pH對微生物絮團沉降性能的影響

另外，pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組反應器的相關微生物絮團含量得到了提升，但是不同組別的差異并不明顯，說明在不同pH值的基礎條件下，微生物絮團的有機物含量也不會出現明顯的差異。

2.3 不同pH對微生物絮團營養組分的影響

經過具體研究發現，pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組的灰分含量不盡相同，但是差異不明顯，雖然pH6.5組的灰分含量相比較與后兩者較低，卻不能證明其與其他組別的差異顯著。另外，對于pH 6.5組的微生物絮團來說，其粗蛋白的含量較高，完全高于pH7.5組、pH8.5組，其微生物絮團的平均粗蛋白含量為21.62%，而pH7.5組微生物絮團的平均粗蛋白含量為18.32%，pH8.5組微生物絮團的平均粗蛋白含量為16.83%，在平均粗蛋白含量方面全部低于pH6.5組。如表3：

表3 不同pH對微生物絮團營養組分的影響

相比較與固體廢棄物，pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組所培養的微生物絮團在粗蛋白含量方面都出現了下降的情況。

3 討論

本試驗設立了不同的pH組，分析了不同pH值對微生物絮團氨氮轉化效率、微生物絮團活性（細菌活性）、營養組分的具體影響。除此之外，根據反應器的顯示，在不同pH值下，無論是亞硝酸鹽氮還是硝酸鹽氮，其濃度都比較低，這能夠說明一點：在試驗的過程中，硝化作用力不大，所以養殖水體中的生物絮團會完成氨氮異養的同化過程。對于絮團來說，其主要成分為細菌，而細菌本身就是一種微生物，在細菌死亡之后，經過降解會產生氨氮，可能會導致氨氮出現再釋放的情況。

pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組在試驗中都表現出了總氨氮的積累特性，氣質絮團對氨氮進行釋放的速度超過了細菌同化氨氮的速度[6]。pH6.5組對溶解性磷酸鹽的去除率最高，說明在pH6.5環境下，能夠較好的對磷酸鹽進行去除。如果pH值出現了升高的情況，那么磷酸鹽沉淀的現象就有可能產生，此外，當pH值處于6.5～8.5的范圍時，經過具體培養的微生物絮團能夠去除溶解性磷酸鹽去除效果，將其延伸到水產養殖的行業當中，如果可以保持間歇性曝氣，就可以使聚凝菌充分發揮自身的除磷作用。

本研究顯示，pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組都沒有對硝酸鹽進行累積，此外，亞硝酸鹽也沒有被包括在其中；pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組對活性磷進行去除的平均幾率分別為1.28、0.91、0.81 mg/L；pH值能夠對絮團氨氮轉化產生較為明顯的影響：在試驗完成后，pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組在總氨氮濃度方面數據分別為37.61、12.64、17.45 mg/L，結果顯示pH7.5組、pH8.5組的氨氮向有機氮轉化效率明顯高于pH 6.5組；在微生物絮團方面，pH值對其所產生的影響不明顯，其微生物絮團的平均粗蛋白含量為21.62%，pH7.5組、pH8.5組在平均粗蛋白含量方面低于pH6.5組。

由此可見，pH6.5組、pH7.5組、pH8.5組都對微生物絮團氮素轉化效率存在著明顯的影響，但是對細菌活性影響不大。這也能夠為我國水產養殖業改善環境的問題提供一定程度上的借鑒。如今在我國科技水平持續提升的背景下，生物絮凝技術越來越受到了人們的重視，在現實中應該對這一技術進行利用，可以在處理污水的同時，進一步節省成本。只要提高水體的碳氮比就能夠使細菌數量得到生長，在此基礎上利用細菌對氨氮進行同化，細菌群會就能夠與懸浮顆粒物等形成微生物絮團，達到對固體廢棄物進行循環利用的目的。