应急性溶藻菌剂生产技术及其溶藻效应研究

论文摘要

目前全球性存在的水体富营养化及其诱发的水华现象导致了严重的生态危害,因此研究应急性抑藻技术,探索经济、高效、安全的新型抑藻技术尤为迫切。本文对分离自库区暴发水华流域的一株溶藻细菌S4的发酵生产工艺流程进行了探究。确定了符合发展要求的廉价基础培养基配比,并对该培养基对藻类生长的影响进行了分析,结果表明该基础培养基对四种供试藻种:水华鱼腥藻、铜绿微囊藻、小球藻、栅藻的生长没有明显的促进或抑制作用,保证了后续溶藻效果检测的真实性。同时研究发现,在相同的培养条件下S4菌株在该培养基上的生长状况好于传统的牛肉膏蛋白胨培养基。研究还发现,培养基中初始碳源的浓度对S4菌株的生长有一定的影响,确定了该培养基最佳初始碳源及其比例为:可溶性玉米淀粉,10g/L。对溶藻细菌S4进行了三级发酵生产,分别为250ml锥形瓶、5L发酵罐和500L发酵罐。应用响应曲面法对锥形瓶培养S4菌株的发酵条件进行了优化,得出S4菌株锥形瓶培养的最佳发酵条件为:温度31.8℃、pH7.21、摇床转速180r/min、装液量60%、接种量10%。通过发酵的逐级放大,发现在S4菌株发酵扩大生产的过程中存在着“放大效应”,影响放大效应的主要因素是培养液的混匀程度及溶解氧浓度。对溶藻细菌S4的发酵培养方式进行了研究,发现循环培养有利于细菌的高密度培养,对于5L发酵罐采用循环培养法培养的溶藻细菌浓度相比传统分批培养法可提高约3.4倍。500L发酵罐采用20%循环培养法,仍能够有效的提高发酵液中溶藻细菌的浓度。溶藻细菌发酵液可以直接投入暴发水华水体进行溶藻,也可以辅以一定载体经烘干后制成粉状溶藻菌剂再投加。本文对溶藻细菌S4发酵液进行了粉状制剂生产,并对其溶藻效应进行了测定。研究发现:最佳载体与菌液的配比为:锯末:泥炭:菌液=4:1:20。该溶藻菌剂在1:2000的投加比例下,4天后溶藻效率可达到86.41%,为最佳投加配比。该菌剂在常温下保藏6个月仍具有明显的溶藻效果,保藏3个月时溶藻效应仍保持在80%,可以满足应急性溶藻的需求。该溶藻菌剂在5h内对供试藻液的叶绿素a去除效果不明显,说明该菌剂不是速溶性菌剂。由于壳聚糖具有絮凝沉淀的作用,将S4溶藻菌剂经壳聚糖包覆改性后制成的改性制剂就。兼具絮凝剂和溶藻剂的作用。该改性菌剂在1h内对供试藻液叶绿素a的去除率可达到91.25%,4天后溶藻效率仍能达到81.3%。说明改性制剂在短期及长期都具有良好的溶藻效率。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 引言
• 1.1 藻类水华的成因与危害
• 1.1.1 藻类水华的成因
• 1.1.2 藻类水华的危害
• 1.2 三峡库区典型水域富营养化现状及特征
• 1.2.1 次级河流富营养化现状及特征
• 1.2.2 云阳小江（澎溪河）富营养化现状及特征
• 1.3 藻类水华的防治方法
• 1.3.1 物理法
• 1.3.2 化学法
• 1.3.3 生物法
• 1.4 溶藻细菌的研究进展
• 1.4.1 溶藻细菌的分离与鉴定
• 1.4.2 溶藻细菌作用方式的研究
• 1.5 水华防治生物制剂的开发与应用
• 1.6 论文研究的目的及意义
• 2 溶藻细菌发酵培养优化培养基的确定
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 供试菌种
• 2.1.2 溶藻细菌培养基
• 2.1.3 供试藻种
• 2.1.4 藻类培养基
• 2.1.5 实验器材与设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 藻种的培养条件
• 2.2.2 叶绿素a （ Chla ）的测定
• 2.2.3 基础培养基对藻类生长影响作用的研究
• 2.2.4 溶藻细菌的培养条件
• 2.2.5 基础培养基对溶藻细菌生长影响作用的研究
• 2.2.6 不同浓度的玉米淀粉对溶藻细菌生长的影响
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 基础培养基对藻类生长的影响作用
• 2.3.2 基础培养基对溶藻细菌生长的影响
• 2.3.3 初始碳源浓度对溶藻细菌生长的影响
• 2.4 本章小结
• 3 溶藻细菌发酵条件的优化及确定
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 供试菌种
• 3.1.2 溶藻细菌培养基
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 菌种S4 发酵生长情况的测定
• 3.2.2 叶绿素a（Chla）测定方法
• 3.2.3 S4 锥形瓶培养发酵条件的优化
• 3.2.4 溶藻细菌高密度培养方法
• 3.2.5 其他测定方法
• 3.3 实验仪器及设备
• 3.3.1 实验主要仪器
• 3.3.2 发酵罐
• 3.4 结果与分析
• 3.4.1 溶藻细菌S4 锥形瓶培养条件的优化
• 3.4.2 放大效应对溶藻细菌发酵生产的影响
• 3.4.3 溶藻细菌高密度培养方式的选择及优化
• 3.5 本章小结
• 4 溶藻细菌菌剂及其改性菌剂溶藻效应的研究
• 4.1 实验材料
• 4.1.1 溶藻细菌菌剂
• 4.1.2 溶藻细菌菌剂改性制剂
• 4.1.3 供试藻液
• 4.1.4 实验试剂
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 载体与菌液混合比例的确定
• 4.2.2 壳聚糖溶液的配制
• 4.2.3 菌剂溶藻最佳投放比例及保藏时间测试
• 4.2.4 载体对供试藻种的影响
• 4.2.5 菌剂在短期内的溶藻效应
• 4.2.6 改性菌剂及改性载体短期溶藻效应研究
• 4.2.7 改性菌剂与改性载体长期溶藻效应的研究
• 4.2.8 总磷的测定
• 4.2.9 菌剂对水生生物毒性检验
• 4.3 结论与分析
• 4.3.1 载体:菌液（M/M）为1:5 的测试实验
• 4.3.2 载体:菌液（M/M）为1:4 的测试实验
• 4.3.3 菌剂溶藻最佳投放比例的确定
• 4.3.4 载体对溶藻效果的影响
• 4.3.5 菌剂常温下的保藏期限
• 4.3.5 菌剂对投加对水体中总磷的影响
• 4.3.6 菌剂短期溶藻效应检测
• 4.3.7 改性菌剂及改性载体短期溶藻效应检测
• 4.3.8 改性菌剂及改性载体长期溶藻效应检测
• 4.3.9 溶藻菌剂的生物毒性检测结果
• 4.4 本章小结
• 5 应急性溶藻菌剂生产实例及其技术经济分析
• 5.1 应急性溶藻细菌生产项目概况
• 5.2 项目场地选择和建设情况
• 5.2.1 项目场地水文、地质和气象情况
• 5.2.2 选址合理性分析
• 5.2.3 溶藻菌剂生产系统的构建
• 5.2.4 溶藻菌剂生产场地布设情况
• 5.3 溶藻菌剂生产的技术经济分析
• 5.3.1 溶藻菌剂生产技术分析
• 5.3.2 溶藻菌剂生产项目经济分析
• 6 结论和建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A.作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B.溶藻细菌 S4 部分资料
• C.溶藻菌剂成品形态
• D.实验用发酵罐实物图