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    產品應用

    藍藻生物降解實驗報告


    1實驗對象

    本實驗研究的藍藻,又名藍綠藻藍細菌;大多數藍藻的細胞壁外面有膠質衣,又叫粘藻。藍藻是一類革蘭氏染色陰性、無鞭毛、含葉綠素a,但不含葉綠體(區別于真核生物的藻類)、能進行產氧性光合作用的大型單細胞原核生物。其光合作用系統中具有葉綠素a和光系統Ⅱ,以水為電子供體,放出O2,而其他光合細菌的電子供體一般為H2、H2S和S,不產生氧氣。一般說,凡含葉綠素a和藻藍素量較大的,細胞大多呈藍綠色。

    藍藻的繁殖方式有兩類,一類是營養繁殖,包括細胞直接分裂、群體破裂和絲狀體產生藻殖段等幾種方法,另一類是某些藍藻可產生內生孢子或外生孢子等,進行無性生殖。孢子無鞭毛,目前尚未發現藍藻有真正的有性生殖。


    2藍藻降解的實驗內容

    本實驗以生物降解率為指標,通過四種菌液進行不同組合來研究對同一時間四組菌種對藍藻降解的影響變化,通過研究生物基床溫度、濕度、氣味對藍藻降解的影響進行分析。

    生物降解率,是測定菌種對生物降解的一種指標,本實驗通過測定數據記錄研究計算菌種的每日生物降解率和總降解率來測試菌種的降解情況。

    生物菌床溫度,微生物的生長繁殖受溫度影響較大,揭示生物降解過程中微生物降解的強弱,一般認為高溫降解在40℃到60℃之間,本實驗以此作為溫度指標。

    氣味,實驗過程中,氣味及分解狀態較為明顯;分解過程中,氣味呈現出微臭及臭味,屬于正?,F象。

    生物菌床濕度,濕度是影響微生物降解有機物的重要因素之一,濕度和有機物降解速率存在密切的關系。降解過程中,維持適當的濕度對降解的過程非常重要。溫度太高會導致厭氧,有機物的持續厭氧會造成有機物的不完全降解,,從而產生植物毒性物質。濕度太低會抑制微生物的活動,使有機物不能完全降解。適宜的菌床濕度范圍一般在45℃~85℃之間,由于物料和方法的差異,目前還未見文獻系統地總結不同堆料的最佳濕度范圍。


    3實驗意義

    本實驗研究的藍藻是地球上最早出現的綠色自養生物,它是在地球上幾乎還是絕對無氧的還原環境下,第一個利用太陽能將二氧化碳制造成有機物并釋放出游離氧氣的先驅生物,它對地球上的其他自養生物和異養生物的產生和演化,乃至人類的起源有著無可替代的重大意義。

    藍藻的固氮能力在地球生態系統的N素循環中也具有十分重要的作用。此外藍藻還在環境保護、資源開發等人類生產生活的許多領域中扮演著重要角色。但是藍藻對地球生態系統也并非沒有危害性,多數藍藻不易被魚類利用,因而藍藻多的水體魚體生長緩慢,藍藻易浮于水面,抑制其它藻類的繁殖。藍藻生長繁殖過程中會釋放出一定的含氮化合物,有臭水味,比活藻危害更大。因此藍藻的治理研究一直是植物學研究中令人十分關注的重要方面。

    隨著我國經濟的飛速發展,我國的水體富營養化情況急劇加重,水體富營養化已成為我國當今與今后相當長一段時期內的重大水環境問題,藍藻水華是這一問題的突出體現。針對藍藻等藻類的處理已有多種方法,如物理法,化學法,生物法,以及機械及人工清除等。但水華大面積爆發時,打撈還是解決藍藻危機有效可行的方法,不但可以降低藻類密度,還可以帶走氮磷等元素,緩解富營養化的問題。

    藍藻打撈上來后如處理不善又會引發一系列的環境問題。首先藍藻堆積會占用大面積土地。其次,藍藻含有的有毒物質可能引發肝功能失調甚至肝癌。堆積藍藻有可能滲入地下水,進而威脅飲用水安全。藍藻厭氧發酵還會產生惡臭,污染空氣。因此,必須對打撈上來的藍藻進行行之有效的處理,實現藍藻的資源化無害化。


    4實驗原理

    藍藻對人類及陸生動物具有嚴重毒性和致癌作用,同時會危害水域生態系統的結構和功能。藍藻的頻繁發生及其引發的環境和健康問題已經成為全球環境科學領域的研究熱點?,F有的處理效率不高,因此尋找高效的處理方法是目前亟待解決的問題。本次實驗采用微生物降解法,微生物降解藍藻簡單、安全、成本低。藍藻降解主要依賴微生物的作用,通過三羧酸循環機理,微生物能夠破壞藍藻結構中Adda基團的共軛雙鍵,使環狀結構轉化成線性結構,從而使藍藻完全降解。


    5材料與方法

    5.1實驗材料、儀器和設備

    5.1.1主要材料

    表1主要材料

    材料                                                                       來源

    含水率85%的藍藻泥                                            太湖藍藻

    含水率40%的木屑                                              購自木材加工廠

                             

    5.1.2儀器設備

    表2主要儀器和設備

    儀器、設備                                                    

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    溫度計

    水分測定儀                                         

     


    6實驗步驟

    6.1挑取菌種(Owin-1、Owin-2、Owin-3、Owin-4)

    配制4板固體培養基

    將菌種劃平板放入恒溫箱培養,35℃培養24小時

    6.2擴培菌種

    配制4份50ml液體培養基

    將平板中的菌種挑入液體培養基放入搖床擴培,35℃培養72小時

    6.3 配制菌液

    將Owin-1、Owin-2按比例混合并分裝成AB兩組(25ml、50ml)

    將Owin-3、Owin-4按比例混合并分裝成CD兩組(25ml、50ml)

    即得:

    A組(25ml菌液+25ml水)    B組(50ml菌液) 

    C組(25ml菌液+25ml水)    D組(50ml菌液)

    6.4每個實驗設備加入準備好的木屑(2kg),稱重記錄

    6.5將配制好的4組菌液分別均勻噴灑在實驗設備中并貼好對應字母標簽

    6.6每日準備藍藻4kg,確保每組倒入藍藻質量相同

    6.7每日倒入藍藻前需測量實驗設備的質量與內部菌床濕度、氣味及觀察分解情況并記錄


    7結果與分析

    7.1溫度、濕度及氣味的變化


    7.1.1 形態顏色氣味的變化

    實驗開始時生物基質呈現木屑的正常淺黃色,隨著每日藍藻的投放,基質從淺黃色變為黑綠色,散發出臭味。兩周后觀察,基質呈現深褐色,形態為粒狀物,稍有臭味。


    7.1.2 溫度的變化

    微生物的生長繁殖受溫度影響較大,溫度上升與下降揭示了降解過程中微生物新陳代謝的強弱,同時微生物在基質內的活動對溫度也有很大的影響,一般認為高溫菌對基質中有機物的降解效率高于中常溫菌系,生物降解過程中,高溫菌生長繁殖的適宜溫度在40°—60°之間,所以降解時溫度最好控制在40°—60°之間,最好不要超過60°,否則會對微生物的生長繁殖產生一定的抑制作用。

    通過表1表2可以看出在整個降解過程里,溫度總體是平均的,變化范圍在45°-50°之間,微生物能夠有效對藍藻進行降解。


    7.1.3 濕度的變化

    一方面,水分不僅為微生物所需的可溶性營養物提供載體,而且還為基質中的化學和生物反應提供介質,另一方面,微生物在水中可自由活動,獲取營養并得以存活。因而,水是微生物進行新陳代謝、生理和生化反應的基礎,適宜的菌床濕度在45℃~85℃之間,不宜高于85℃,影響生物降解率。由表1表2可知,濕度變化在30℃~80℃左右,整體處于正常范圍之內。


    7.2相同天數菌種的生物降解率

    本次實驗通過小設備重量及餐廚垃圾重量來計算菌種對藍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——昨日小設備重量

    x——昨日餐廚垃圾重量

    q——今日小設備重量

    總降解率=1-(n-y)/z

    n——最后小設備重量

    y——開始小設備重量

    z——總餐廚垃圾重量

    圖1藍藻試驗A號菌種每日降解率

    根據總降解率公式計算可得,A號設備總降解率為92%,BCD號設備由于前15天降解效果僅次于A號設備,沒有繼續對照的參考性,故不繼續進行觀察,通過圖1可看出A號設備每日降解率一直處于穩定狀態,說明其降解效果具備良好的穩定性。


    8結論

    通過觀察生物基床溫度、濕度、氣味及降解率分析微生物對藍藻降解的效果。

    實驗結果表明,A組實驗設備的降解率達到92%,隨著實驗的進行,生物菌床的顏色由淺黃變為黑綠色;降解中產生的氣味逐漸減少;菌床基質呈疏松的顆粒狀;濕度及溫度都趨于穩定,達到了對藍藻分解的最佳狀態。

    綜上所述,本次實驗通過微生物的組合設計了一種混合菌液用于藍藻的降解,并通過記錄與觀察鑒定了微生物菌群對于藍藻降解的效果。

    實驗確定了該微生物菌群可以有效降解藍藻。本次實驗證實了通過微生物降解藍藻的可行性,為實際應用中藍藻處理提供理論與技術支持。從實驗結果出發,A組的降解效果最好,后期可據此混合菌液為藍藻降解配方。


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