中國生物工程雜志

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1、中國生物工程雜志ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９，２９（４）：６７～７２營養(yǎng)及水力條件影響光合細(xì)菌生物膜生長特性實(shí)驗(yàn)田鑫廖強(qiáng)黨楠朱恂王永忠（重慶大學(xué)工程熱物理研究所重慶４０００３０）摘要對平板式生物膜反應(yīng)器內(nèi)，流量及底物濃度范圍分別為３７．８～１０８０ｍｌ／ｈ、０．０５～１０ｇ／Ｌ的不同生長條件下光合產(chǎn)氫細(xì)菌生物膜生長特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，討論了不同水力及營養(yǎng)條件對沼澤紅假單胞菌生物膜表面覆蓋率、膜厚、干重和密度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同水力及營養(yǎng)條件對生物膜生長速率及結(jié)構(gòu)具有重要影響。在相同的時間間隔

2、內(nèi)，在高流速條件下光合細(xì)菌菌落生長較快，但過高的液體流速會導(dǎo)致部分生物膜脫落；高流速條件易使生物膜形成薄而致密的結(jié)構(gòu)。光合細(xì)菌生物膜在循環(huán)液底物濃度較高時生長較快，密度也最高；而貧營養(yǎng)條件可以促成結(jié)構(gòu)疏松生物膜在固液界面的形成，這種生物膜結(jié)構(gòu)有利于微生物在低底物濃度條件下底物在生物膜內(nèi)的傳輸。關(guān)鍵詞光合細(xì)菌生物膜可視化膜厚底物傳輸中圖分類號Ｑ９３８．１Ｘ７０３．１利用固定化生物膜反應(yīng)器進(jìn)行污水處理是一種高物傳遞引起的微生物生長和由剪切力引起的生物膜脫［８］效的廢水處理方法。與傳統(tǒng)的懸浮生長反應(yīng)器相比，落相互平衡作用的結(jié)果

3、；Ｒｉｎａｕｄｉ等認(rèn)為，細(xì)菌在固體生物膜反應(yīng)器操作穩(wěn)定性高，生物量密度大，細(xì)菌停留基質(zhì)表面上的生長代謝行為主要受水力及營養(yǎng)條件等時間長，耐沖擊負(fù)荷，且對水質(zhì)、水量變動具有較強(qiáng)的因素的影響。本文采用在線觀察和離線分析相結(jié)合的［１，２］適應(yīng)性。光合細(xì)菌可以在光能的驅(qū)動下降解有機(jī)方法，研究了不同的水力及營養(yǎng)條件對光合細(xì)菌生物廢物特別是小分子有機(jī)酸為氫氣，達(dá)到污染治理的同膜在固體基質(zhì)表面上生長特性的影響，揭示了光合細(xì)［３］時實(shí)現(xiàn)資源可持續(xù)性利用。光合細(xì)菌降解有機(jī)廢水菌在固體基質(zhì)表面上的吸附及生長機(jī)理，同時為光合具有較高的底物轉(zhuǎn)化

4、率，并能使用廣泛的生物質(zhì)作為細(xì)菌生物膜反應(yīng)器的掛膜啟動提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，并且為生長和產(chǎn)氫的底物等優(yōu)點(diǎn)。光合細(xì)菌生物膜反應(yīng)器能污水處理和光生物制氫技術(shù)的發(fā)展提供基礎(chǔ)性材料。有效地完成有機(jī)廢物的處理，同時高效地產(chǎn)生清潔的能源氫氣，是一項(xiàng)集環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益于１材料與方法［４，５］一體的新型環(huán)保技術(shù)。１．１實(shí)驗(yàn)裝置及系統(tǒng)在利用生物膜反應(yīng)器處理廢水過程中，微生物首光合細(xì)菌生物膜生長特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（圖１）主要由先在反應(yīng)器內(nèi)部的載體表面吸附并形成生物膜，研究生物膜反應(yīng)器、光源、過濾瓶（２５０ｍｌ）、蠕動泵、數(shù)碼光微生物在載體表面

5、的固定機(jī)理及生物膜結(jié)構(gòu)，開發(fā)工學(xué)顯微鏡和計(jì)算機(jī)構(gòu)成。采用發(fā)光二極管（ＬＥＤ）提供程實(shí)際中普遍適用的微生物固定化技術(shù)，對優(yōu)化各種一定波長的單色光源?？梢暬夂霞?xì)菌生物膜平板反反應(yīng)器工藝系統(tǒng)及污水處理技術(shù)的發(fā)展具有重要意應(yīng)器由透明的有機(jī)玻璃材料及蓋玻片（２４ｍｍ×６０ｍｍ×［６］［７］義。Ｅｂｒａｈｉｍｉ等研究表明，生物膜的形成是由底０．１７ｍｍ）組成，尺寸為１８０ｍｍ×１３４ｍｍ×１８ｍｍ，以蓋收稿日期：２００８０９１１修回日期：２００８１０２２玻片作為可視化窗口及光合細(xì)菌生物膜生長的載體。國家自然科學(xué)基金（９０

6、５１００２０，５０５７６１０７）、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃（ＮＣＥＴ０４０８４５）、重慶市自然科學(xué)基金（２００６ＢＢ７２２５）反應(yīng)器主體包括５個流道，流道尺寸為１８ｍｍ×５０ｍｍ資助項(xiàng)目×４ｍｍ，每個流道的下側(cè)由蓋玻片通過有機(jī)玻璃蓋板以通訊作者，電子信箱：ｌｑｚｘ＠ｃｑｕ．ｅｄｕ．ｃｎ螺栓聯(lián)接的方式密封，以便在不同成膜階段對蓋玻片６８中國生物工程雜志ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．２９Ｎｏ．４２００９作進(jìn)一步的離線分析。在反應(yīng)器的入口處設(shè)置了由均速相同。流板及玻璃珠組成的均流裝置，以保證每個流道的

7、流圖１光合細(xì)菌生物膜生長特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｙｓｔｅｍ［９］１．２實(shí)驗(yàn)方法和步驟蓋率。１．２．１細(xì)菌菌種和培養(yǎng)基配方本實(shí)驗(yàn)采用菌株為１．３．２生物膜干重將從反應(yīng)器中更換下來的附著先期培養(yǎng)的具有高效產(chǎn)氫能力的沼澤紅假單胞菌有生物膜的蓋玻片用蒸餾水輕輕沖洗，除去未固定的（Ｒｈｏｄｏｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｐａｌｕｓｔｒｉｓ）。實(shí)驗(yàn)中以葡萄糖為微生生物量，然后放置于溫控在１０５℃的烘干箱內(nèi)進(jìn)行烘物降解代謝的唯一碳源，液體培養(yǎng)基中包含光合細(xì)菌干，烘干時間為３０ｍｉ

8、ｎ，等生物膜烘至恒重后對其稱重，生長所需的無機(jī)營養(yǎng)成分，配方如下（ｇ／Ｌ）：Ｋ２ＨＰＯ４·此時蓋玻片的重量與實(shí)驗(yàn)前的重量之差即為生物膜［１０］３ＨＯ１．００６，ＫＨＰＯ０．５４４，ＭｇＳＯ·７ＨＯ０．４，ＦｅＳＯ干重。２２４４２４·７ＨＯ０．００１８，（ＮＨ）ＭｏＯ·４ＨＯ０．００１０，ＺｎＳＯ１．３．３生物膜膜厚利