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蓝藻生物降解实验报告


1实验对象

本实验研究的蓝藻,又名蓝绿藻蓝细菌;大多数蓝藻的细胞壁外面有胶质衣,又叫粘藻。蓝藻是一类革兰氏染色阴性、无鞭毛、含叶绿素a,但不含叶绿体(区别于真核生物的藻类)、能进行产氧性光合作用的大型单细胞原核生物。其光合作用系统中具有叶绿素a和光系统Ⅱ,以水为电子供体,放出O2,而其他光合细菌的电子供体一般为H2、H2S和S,不产生氧气。一般说,凡含叶绿素a和藻蓝素量较大的,细胞大多呈蓝绿色。

蓝藻的繁殖方式有两类,一类是营养繁殖,包括细胞直接分裂、群体破裂和丝状体产生藻殖段等几种方法,另一类是某些蓝藻可产生内生孢子或外生孢子等,进行无性生殖。孢子无鞭毛,目前尚未发现蓝藻有真正的有性生殖。


2蓝藻降解的实验内容

本实验以生物降解率为指标,通过四种菌液进行不同组合来研究对同一时间四组菌种对蓝藻降解的影响变化,通过研究生物基床温度、湿度、气味对蓝藻降解的影响进行分析。

生物降解率,是测定菌种对生物降解的一种指标,本实验通过测定数据记录研究计算菌种的每日生物降解率和总降解率来测试菌种的降解情况。

生物菌床温度,微生物的生长繁殖受温度影响较大,揭示生物降解过程中微生物降解的强弱,一般认为高温降解在40℃到60℃之间,本实验以此作为温度指标。

气味,实验过程中,气味及分解状态较为明显;分解过程中,气味呈现出微臭及臭味,属于正常现象。

生物菌床湿度,湿度是影响微生物降解有机物的重要因素之一,湿度和有机物降解速率存在密切的关系。降解过程中,维持适当的湿度对降解的过程非常重要。温度太高会导致厌氧,有机物的持续厌氧会造成有机物的不完全降解,,从而产生植物毒性物质。湿度太低会抑制微生物的活动,使有机物不能完全降解。适宜的菌床湿度范围一般在45℃~85℃之间,由于物料和方法的差异,目前还未见文献系统地总结不同堆料的最佳湿度范围。


3实验意义

本实验研究的蓝藻是地球上最早出现的绿色自养生物,它是在地球上几乎还是绝对无氧的还原环境下,第一个利用太阳能将二氧化碳制造成有机物并释放出游离氧气的先驱生物,它对地球上的其他自养生物和异养生物的产生和演化,乃至人类的起源有着无可替代的重大意义。

蓝藻的固氮能力在地球生态系统的N素循环中也具有十分重要的作用。此外蓝藻还在环境保护、资源开发等人类生产生活的许多领域中扮演着重要角色。但是蓝藻对地球生态系统也并非没有危害性,多数蓝藻不易被鱼类利用,因而蓝藻多的水体鱼体生长缓慢,蓝藻易浮于水面,抑制其它藻类的繁殖。蓝藻生长繁殖过程中会释放出一定的含氮化合物,有臭水味,比活藻危害更大。因此蓝藻的治理研究一直是植物学研究中令人十分关注的重要方面。

随着我国经济的飞速发展,我国的水体富营养化情况急剧加重,水体富营养化已成为我国当今与今后相当长一段时期内的重大水环境问题,蓝藻水华是这一问题的突出体现。针对蓝藻等藻类的处理已有多种方法,如物理法,化学法,生物法,以及机械及人工清除等。但水华大面积爆发时,打捞还是解决蓝藻危机有效可行的方法,不但可以降低藻类密度,还可以带走氮磷等元素,缓解富营养化的问题。

蓝藻打捞上来后如处理不善又会引发一系列的环境问题。首先蓝藻堆积会占用大面积土地。其次,蓝藻含有的有毒物质可能引发肝功能失调甚至肝癌。堆积蓝藻有可能渗入地下水,进而威胁饮用水安全。蓝藻厌氧发酵还会产生恶臭,污染空气。因此,必须对打捞上来的蓝藻进行行之有效的处理,实现蓝藻的资源化无害化。


4实验原理

蓝藻对人类及陆生动物具有严重毒性和致癌作用,同时会危害水域生态系统的结构和功能。蓝藻的频繁发生及其引发的环境和健康问题已经成为全球环境科学领域的研究热点。现有的处理效率不高,因此寻找高效的处理方法是目前亟待解决的问题。本次实验采用微生物降解法,微生物降解蓝藻简单、安全、成本低。蓝藻降解主要依赖微生物的作用,通过三羧酸循环机理,微生物能够破坏蓝藻结构中Adda基团的共轭双键,使环状结构转化成线性结构,从而使蓝藻完全降解。


5材料与方法

5.1实验材料、仪器和设备

5.1.1主要材料

表1主要材料

材料                                                                       来源

含水率85%的蓝藻泥                                            太湖蓝藻

含水率40%的木屑                                              购自木材加工厂

                         

5.1.2仪器设备

表2主要仪器和设备

仪器、设备                                                    

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温度计

水分测定仪                                         

 


6实验步骤

6.1挑取菌种(Owin-1、Owin-2、Owin-3、Owin-4)

配制4板固体培养基

将菌种划平板放入恒温箱培养,35℃培养24小时

6.2扩培菌种

配制4份50ml液体培养基

将平板中的菌种挑入液体培养基放入摇床扩培,35℃培养72小时

6.3 配制菌液

将Owin-1、Owin-2按比例混合并分装成AB两组(25ml、50ml)

将Owin-3、Owin-4按比例混合并分装成CD两组(25ml、50ml)

即得:

A组(25ml菌液+25ml水)    B组(50ml菌液) 

C组(25ml菌液+25ml水)    D组(50ml菌液)

6.4每个实验设备加入准备好的木屑(2kg),称重记录

6.5将配制好的4组菌液分别均匀喷洒在实验设备中并贴好对应字母标签

6.6每日准备蓝藻4kg,确保每组倒入蓝藻质量相同

6.7每日倒入蓝藻前需测量实验设备的质量与内部菌床湿度、气味及观察分解情况并记录


7结果与分析

7.1温度、湿度及气味的变化


7.1.1 形态颜色气味的变化

实验开始时生物基质呈现木屑的正常浅黄色,随着每日蓝藻的投放,基质从浅黄色变为黑绿色,散发出臭味。两周后观察,基质呈现深褐色,形态为粒状物,稍有臭味。


7.1.2 温度的变化

微生物的生长繁殖受温度影响较大,温度上升与下降揭示了降解过程中微生物新陈代谢的强弱,同时微生物在基质内的活动对温度也有很大的影响,一般认为高温菌对基质中有机物的降解效率高于中常温菌系,生物降解过程中,高温菌生长繁殖的适宜温度在40°—60°之间,所以降解时温度最好控制在40°—60°之间,最好不要超过60°,否则会对微生物的生长繁殖产生一定的抑制作用。

通过表1表2可以看出在整个降解过程里,温度总体是平均的,变化范围在45°-50°之间,微生物能够有效对蓝藻进行降解。


7.1.3 湿度的变化

一方面,水分不仅为微生物所需的可溶性营养物提供载体,而且还为基质中的化学和生物反应提供介质,另一方面,微生物在水中可自由活动,获取营养并得以存活。因而,水是微生物进行新陈代谢、生理和生化反应的基础,适宜的菌床湿度在45℃~85℃之间,不宜高于85℃,影响生物降解率。由表1表2可知,湿度变化在30℃~80℃左右,整体处于正常范围之内。


7.2相同天数菌种的生物降解率

本次实验通过小设备重量及餐厨垃圾重量来计算菌种对蓝藻的每日生物降解率,其公式如下:

每日生物降解率=(m+x-q)/x

m——昨日小设备重量

x——昨日餐厨垃圾重量

q——今日小设备重量

总降解率=1-(n-y)/z

n——最后小设备重量

y——开始小设备重量

z——总餐厨垃圾重量

图1蓝藻试验A号菌种每日降解率

根据总降解率公式计算可得,A号设备总降解率为92%,BCD号设备由于前15天降解效果仅次于A号设备,没有继续对照的参考性,故不继续进行观察,通过图1可看出A号设备每日降解率一直处于稳定状态,说明其降解效果具备良好的稳定性。


8结论

通过观察生物基床温度、湿度、气味及降解率分析微生物对蓝藻降解的效果。

实验结果表明,A组实验设备的降解率达到92%,随着实验的进行,生物菌床的颜色由浅黄变为黑绿色;降解中产生的气味逐渐减少;菌床基质呈疏松的颗粒状;湿度及温度都趋于稳定,达到了对蓝藻分解的最佳状态。

综上所述,本次实验通过微生物的组合设计了一种混合菌液用于蓝藻的降解,并通过记录与观察鉴定了微生物菌群对于蓝藻降解的效果。

实验确定了该微生物菌群可以有效降解蓝藻。本次实验证实了通过微生物降解蓝藻的可行性,为实际应用中蓝藻处理提供理论与技术支持。从实验结果出发,A组的降解效果最好,后期可据此混合菌液为蓝藻降解配方。


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