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光和細(xì)菌

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

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)

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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;成結(jié)構(gòu)疏松生物膜在固液界面的形成,在生物膜內(nèi)的傳輸。

關(guān)鍵詞　光合細(xì)菌　生物膜　可視化　中圖分類號　Q938.11

　　效的廢水處理方法。與傳統(tǒng)的懸浮生長反應(yīng)器相比,生物膜反應(yīng)器操作穩(wěn)定性高,生物量密度大,細(xì)菌停留時間長,耐沖擊負(fù)荷,且對水質(zhì)、水量變動具有較強(qiáng)的適應(yīng)性

[1,2]

物傳遞引起的微生物生長和由剪切力引起的生物膜脫落相互平衡作用的結(jié)果;Rinaudi等

[8]

認(rèn)為,細(xì)菌在固體

基質(zhì)表面上的生長代謝行為主要受水力及營養(yǎng)條件等因素的影響。本文采用在線觀察和離線分析相結(jié)合的方法,研究了不同的水力及營養(yǎng)條件對光合細(xì)菌生物膜在固體基質(zhì)表面上生長特性的影響,揭示了光合細(xì)菌在固體基質(zhì)表面上的吸附及生長機(jī)理,同時為光合細(xì)菌生物膜反應(yīng)器的掛膜啟動提供實(shí)驗依據(jù),并且為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。

。光合細(xì)菌可以在光能的驅(qū)動下降解有機(jī)

[3]

廢物特別是小分子有機(jī)酸為氫氣,達(dá)到污染治理的同時實(shí)現(xiàn)資源可持續(xù)性利用

。光合細(xì)菌降解有機(jī)廢水

具有較高的底物轉(zhuǎn)化率,并能使用廣泛的生物質(zhì)作為生長和產(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,是一項集環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益于一體的新型環(huán)保技術(shù)

[4,5]

1　材料與方法

1.1　實(shí)驗裝置及系統(tǒng)

。

　　在利用生物膜反應(yīng)器處理廢水過程中,微生物首先在反應(yīng)器內(nèi)部的載體表面吸附并形成生物膜,研究微生物在載體表面的固定機(jī)理及生物膜結(jié)構(gòu),開發(fā)工程實(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)展具有重要意義

[6]

　　光合細(xì)菌生物膜生長特性實(shí)驗系統(tǒng)(圖1)主要由生物膜反應(yīng)器、光源、過濾瓶(250ml)、蠕動泵、數(shù)碼光學(xué)顯微鏡和計算機(jī)構(gòu)成。采用發(fā)光二極管(LED)提供一定波長的單色光源�？梢暬夂霞�(xì)菌生物膜平板反應(yīng)器由透明的有機(jī)玻璃材料及蓋玻片(24mm×60mm×

0.17mm)組成,尺寸為180mm×134mm×18mm,以蓋

。Ebrahimi等

[7]

研究表明,生物膜的形成是由底

收稿日期:2008209211　　修回日期:2008210222

3國家自然科學(xué)基金(90510020,50576107)、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃(NCET20420845)、重慶市自然科學(xué)基金(2006BB7225)資助項目

33通訊作者,電子信箱:lqzx@

玻片作為可視化窗口及光合細(xì)菌生物膜生長的載體。反應(yīng)器主體包括5個流道,流道尺寸為18mm×50mm×4mm,每個流道的下側(cè)由蓋玻片通過有機(jī)玻璃蓋板以螺栓聯(lián)接的方式密封,

以便在不同成膜階段對蓋玻片

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