專利名稱：一種好氧反硝化去除養殖水體亞硝氮的方法
技術領域：
本發明涉及一種芽孢桿菌去除養殖水體亞硝氮的方法，特別是涉及一種在好氧條件下 通過反硝化途徑去除養殖水體亞硝氮的方法。
背景技術：
養殖水體中氮的去除是一個非常重要的環節，生物學的的硝化與反硝化作用則是在氮 去除過程中最經濟和環保的進程。現在普遍認為硝化與反硝化過程分別是在好氧與缺氧環 境下進行的。但是，在好氧條件下的反硝化現象卻不斷被報道，并且其中的一些好氧反硝 化菌已經被篩選出來。這些細茼主要存在于假單胞菌屬(i^ew^附cm^)、產堿桿菌屬 (^/oz/z'gewe^ 、副球菌屬r尸aracocci^和芽孢桿菌屬f3a"7/w^等內，是一類好氧或兼性好氧、 以有機碳作為能源的異養反硝化菌。關于反硝化機制的研究，傳統的研究認為反硝化是一 個厭氧過程，因為在有氧的條件下，氧氣是一個比硝氮或亞硝氮更好的電子受體，這樣就 會抑制反硝化的發生。反硝化途徑一般為NO/—NOf—NO—N20—N2，在此過程中分別由 不同的酶來催化各步反應的進行。其中催化第一步反應的酶為硝酸鹽還原酶，其有兩種不 同形式， 一種稱為周質硝酸鹽還原酶，另一種為膜結合硝酸鹽還原酶。Bdl等的研究表明， 在好氧條件下周質硝酸鹽還原酶優先被表達，其表達及活性不受分子態氧的抑制，當膜結 合硝酸鹽還原酶被抑制時，其仍具有硝酸還原能力。另外A.B.Gupta在對典型的反硝化菌 硫螺菌屬(77z/^p/zaera ;^wto/r印to)的研究中也提出，當細胞在好氧條件下生長時主要表達 周質硝酸鹽還原酶，不管在好氧還是厭氧條件下該酶均具有表達能力，當在連續不斷的通 氣條件下時其能夠發揮酶活力而將硝酸鹽還原。這些研究均為好氧反硝化提供了理論基礎。 現有的養殖水體脫氮技術一般是采用硝化途徑或厭氧反硝化來實現的。硝化途徑即在 硝化細菌的作用下將養殖水體中的亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽。雖然終產物硝酸鹽對養殖生物 體的毒性相對較小，但是會破壞生物圈的氮素平衡。從環保方面看，限制了其的進一步應 用。而在厭氧的條件下利用反硝化途徑進行除氮時，則會碰到另外的問題。即是在魚蝦的 養殖過程中必需保證充足的溶解氧，這樣的話厭氧反硝化細菌的脫氮效果則會大打折扣， 甚至根本不能起作用。在實際應用中也只能起到輔助作用，不能大量的推廣。由上可知，
現有的養殖水體脫氮技術或多或少的存在一些不能逾越的問題。
發明內容
本發明的目的是克服養殖水體現有脫氮技術中的不足，提供一種利用芽孢桿菌通過好氧 反硝化途徑去除養殖水體亞硝氮安全無污染的方法。
本發明的原理是芽孢桿菌將亞硝氮作為電子受體，在好氧條件下在酶的作用下通過反硝 化途徑將亞硝氮還原為氮氣，達到除氮的目的。本發明所涉及到的技術在具有上面背景兩 種脫氮技術優點的同時又克服了各自的缺點。首先，采用反硝化途徑可以將養殖水體的亞 硝氮除去，其終產物為氮氣可以進入大氣，不會對環境造成污染，同時也不會破壞氮素平 衡。其次，在好氧條件下可以更有效的進行作用，可以滿足養殖生物體的需氧要求。另外， 本發明采用的好氧反硝化細菌為芽孢桿菌，其對環境具有相當耐受能力，具有很強的生存 能力，在較長的時間內可以連續的起作用。對比某些好氧反硝化菌，其只是在實驗室條件 下具有降解亞硝氮的能力，而在實際養殖水體中并沒有效果。因此，本發明所涉及到的技
術具有廣闊的應用前景
本發明的目的通過如下技術方案實現-
一種好氧反硝化去除養殖水體亞硝氮的方法，將芽孢桿菌菌液投灑到養殖水體中，芽孢 桿菌菌液濃度為108 101()個細菌/毫升，每畝投灑的量應不少于10kg，養殖水體溶氧能力 為2 10mg/L，溫度為13 42°C， pH為5.0 9.0。
為進一歩實現本發明的目的，所述投灑的芽孢桿菌菌液量要求為109個細菌/毫升。 所述養殖水體溶氧能力為3 8 mg/L。所述溫度范圍為15 30°C 。所述pH為6.0 8.0。 在投灑菌劑之前，最好在養殖水體添加一定量乙酸鈉，這樣可以促進去除效率。 相對于現有技術本發明具有如下優點和有益效果-
1. 本發明涉及到的芽孢桿菌，具有好氧反硝化的能力，在去除養殖水體亞硝氮的過程 中只產生氮氣，不產生對環境有危害的N20氣體；
2. 該芽孢桿菌生長迅速，產芽孢率高對環境具有很強的耐受能力，可以在較長時間內 持續起作用；
3. 使用該菌具有高效快速的特點，每畝只需10kg經過3天就可以達到理想的效果；
4. 操作簡便，成本低，不會對操作人員身體產生危害，且可以節省人力物力；
5. 本發明涉及到菌的作用物化指標范圍寬廣，可以應用于各種養殖水體，使用范圍廣 泛，具有廣闊的應用前景。
圖1為本發明涉及到的芽孢桿菌生長曲線；
圖2為模擬養殖水體環境下加入芽孢桿菌后不同時間內亞硝氮濃度變化情況； 圖3為真實養殖水體環境下加入芽孢桿菌后不同時間內亞硝氮濃度變化情況。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發明作進一歩的說明。 實施例1~3
模擬養殖水體實驗
用水箱模擬養殖水體，往其中加入20只金魚，構成一個小水體環境，用氣泵給其通氣 形成一種好氧環境。各水箱模擬水體各項指標如下實驗組1， 2， 3，對照組的初始亞硝
氮濃度分別為0.24mg/l， 0.18mg/l， 0.27mg/l， 0.32mg/l;溶氧基本保持一致為5.0mg/l左右； 水溫為室溫。在室溫25i:下，向水箱中加入芽孢桿菌(中山市百皓生物工程有限公司生產 的利生平安芽孢桿菌)，其濃度為109個細菌/毫升，持續不斷的通氣使水箱中溶氧維持在 5.0mg/l左右。設置三個實驗組，同時做一個不加菌液的對照組。具體實驗條件為，每升水 加入芽孢桿菌菌液2ml，每隔三天以同樣的方式添加芽孢桿菌，每天均檢測亞硝氮的變化 情況。給每個水箱金魚喂養飼料均一樣，其他條件均相同。在7天內，亞硝氮變化情況如 圖2所示。所加芽孢桿菌的三個實驗組，其初始亞硝氮濃度分別從0.24mg/I， 0.18mg/l, 0.27mg/l經過4天后降至0.036mg/1， 0.021mg/l， 0.035mg/l，到第7天時基本降解完全。而 對照組初始亞硝氮濃度從0.32mg/l升至第4天的0.87mg/l，到第7天時達到1.26mg/l，這 嚴重影響到金魚的生長，這從四個水箱的金魚生活狀態就可以看出。結果顯示，在模擬養 殖水體環境下，該菌具有良好的效果。
該芽孢桿菌容易培養，其在第4h即進入對數生長期，到第14h時進入穩定期，其生長 速度非常迅速，其生長曲線如圖l所示。其芽孢率為87%，在高溫8(TC下加熱15分鐘仍 然有大量芽孢存活，當投入到水體后，芽孢就開始發揮了作用。其生長所用到的LB培養 基成分簡單，且容易獲得，成本較低。在實驗室條件下驗證脫氮的終產物為氮氣。該菌在 使用的過程中是以液態的形式起作用的，只需要操作人員進行潑灑即可，非常方便。其主 要是針對水體中的亞硝氮起作用，只要在含有一定濃度的亞硝氮環境中即可以發揮作用， 因而適合于各種養殖水體。
實施例4
真實水體實驗
芽孢桿菌(中山市百皓生物工程有限公司生產的利生平安芽孢桿菌)按照如下的實驗 條件進行實驗將菌體濃度為1()S個細菌/毫升的菌液按照每畝10kg的量投加，每隔三天進 行再一次的投灑；在實驗的過程中每隔一天檢測一次亞硝氮濃度。真實水體各項指標分別
為實驗組初始亞硝氮濃度為0.83mg/l，水體pH為7.67，對照組初始亞硝氮濃度為0.75mg/l， 水體pH為7.25。用增氧機維持一定溶氧，維持其溶氧均為4 mg/l左右；水溫2(TC左右。 其中一個水塘不加菌液作為對照，其余外部條件基本相似。添加組與對照組亞硝氮濃度變 化情況如圖3所示。添加組水體亞硝氮濃度從初始的0.83mg/l逐步開始下降，到第5天時 降到0.061mg/l，到第7天時降至0.037 mg/l，第5天時亞硝氮去除率達到92.7%，而未加 菌的對照組亞硝氮濃度從初始的0.75mg/l逐步升高，到第5天時達到1.62mg/l，到第7天 時升至1.86mg/i并且有繼續上升的趨勢。相比模擬水體，真實水體中去除亞硝氮的時間要 久一點，這與環境因素有關。
結果顯示，利用本發明所述之方法可以高效去除養殖水體中亞硝氮。
權利要求
1、一種好氧反硝化去除養殖水體亞硝氮的方法，其特征在于，將芽孢桿菌菌液投灑到養殖水體中，芽孢桿菌菌液濃度為108～1010個細菌/毫升，每畝投灑的量應不少于10kg，養殖水體溶氧能力為2～10mg/L，溫度為13～42℃，pH為5.0～9.0。
2、 根據權利要求1所述的好氧反硝化去除養殖水體亞硝氮的方法，其特征在于所述投 灑的芽孢桿菌菌液量要求為109個細菌/毫升。
3、 根據權利要求1所述的好氧反硝化去除養殖水體亞硝氮的方法，其特征在于所述養 殖水體溶氧能力為3 8mg/L。
4、 根據權利要求1所述的好氧反硝化去除養殖水體亞硝氮的方法，其特征在于，所述 溫度范圍為15 30°C。
5、 根據權利要求l所述的好氧反硝化去除養殖水體亞硝氮的方法，其特征在于，所述 pH為6.0 8.0。
全文摘要
本發明公開了一種好氧反硝化去除養殖水體亞硝氮的方法，該方法是將芽孢桿菌菌液投灑到養殖水體中，芽孢桿菌菌液濃度為10<sup>8</sup>～10<sup>10</sup>個細菌/毫升，每畝投灑的量應不少于10kg，養殖水體溶氧能力為2～10mg/L，溫度為13～42℃，pH為5.0～9.0。本方法以在好氧條件下仍具有高效反硝化能力的芽孢桿菌為出發菌株，每畝養殖水體只需投灑10kg該菌劑經過5天亞硝氮去除率即達到92.7％。亞硝氮被去除后的終產物為N<sub>2</sub>，不會生成對環境有污染的N<sub>2</sub>O氣體。同時操作簡便，用少量即可達到理想目的，成本低；并且該芽孢桿菌制劑也可以促進養殖生物體的生長，具有雙重功效，值得水產養殖上推廣使用。
文檔編號C02F3/02GK101348300SQ20081019830
公開日2009年1月21日 申請日期2008年8月31日 優先權日2008年8月31日
發明者昝繼清, 兵 李, 林煒鐵, 梁锏文 申請人:華南理工大學