一种处理养殖废水的菌藻共生系统及其用途技术方案

本发明专利技术提供一种处理养殖废水的菌藻共生系统及其用途，属于环境保护技术领域，该菌藻共生系统包括将小球藻和黄杆菌共生处理含有小檗碱和牛蒡子苷元碳酰胺衍生物的养殖废水，其中，小檗碱和牛蒡子苷元丙氨酸酯盐酸盐在小球藻生长至指数期时加入养殖废水中；提供一种菌藻共生系统在处理含镉污水中的用途。本发明专利技术能够提高对AHLs信号分子活性的抑制能力，减少群体感应介导的细菌毒素的释放，提高菌藻共生系统对废水的处理效果；能够提高γ‑谷氨酰半脱氨酸合成酶的活性，提高植物螯合素PCs的合成量，提高小球藻对镉离子的解毒作用，提高菌藻共生系统对镉离子的吸附量。

A symbiotic system of bacteria and algae for the treatment of aquaculture wastewater and its application

【技术实现步骤摘要】
一种处理养殖废水的菌藻共生系统及其用途
本专利技术属于环境保护
，具体涉及一种处理养殖废水的菌藻共生系统及其用途。
技术介绍
微藻对于废水中氮磷营养物和有机物的去除具有一定效果，但利用细菌与微藻的协同效应，构建藻－菌共生系统来处理废水，可达到更好的效果。上世纪50年代，Oswald和Gotaas等首次提出藻菌共生并用来处理污水，构建了稳定塘处理系统。藻－菌共生系统中微藻释放的O2可被异养细菌作为电子受体，反之，细菌释放的CO2可被微藻用于细胞生长。微藻和细菌共同生长有很多优势，且相互作用也有很多种形式，细菌可通过释放生长因子而刺激微藻生长，或降低光合作用产生的O2压力从而阻断O2浓度过高时的光合作用抑制。微生物培养中，废水中污染物的去除便是通过藻菌相互作用完成，N和P可用作微藻和细菌生长，N还可通过硝化作用和反硝化作用去除，P还可被吸收和沉降。微生物组成包括体系中微藻的种类、细菌的种类及其所占比例。不同的藻种或菌种，生理特征明显不同，对N，P等的去除功效也明显有区别。选择生长力旺盛、去除污染物能力强、可相互促进的藻种、菌种是构建藻－菌共生系统的关键。现有技术如授权公告号为CN103113932B的中国专利技术专利，该专利技术涉及一种利用城市生活污水培养微藻生产生物柴油的方法及系统，实现污水处理系统从处理工艺向生产工艺的转化，城市生活污水里的有机物、氮磷等营养物质含量高有利于微藻大量繁殖，实现了污水由污染物向微藻生长原料的转化；菌藻共生系统的建立将CO2循环和O2循环紧密联系起来，使得微藻生长不再依靠外界提供碳源，同时曝气池中曝气系统的减少使得生产成本相对较低；促进光合作用组件使得曝气池中光照充分有利于微藻的光合作用；高效降解菌株的使用使得后续污泥量少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种处理养殖废水的菌藻共生系统，该共生系统能够促进小球藻对某种次生代谢产物的分泌，提高对AHLs信号分子活性的抑制能力，减少群体感应介导的细菌毒素的释放，提高小球藻的生物量，提高菌藻共生系统对废水中氮、磷、有机物的去除率。本专利技术为实现上述目的所采取的技术方案为：一种处理养殖废水的菌藻共生系统，其包括：在光照时间为18-24h/d，光照强度为2000-2500lx，曝气量为0.38-0.5L/min的条件下，将微藻和细菌共生处理含有小檗碱和牛蒡子苷元碳酰胺衍生物的养殖废水；其中，上述微藻为小球藻，上述细菌为小球藻共栖异养菌，上述小檗碱和牛蒡子苷元丙氨酸酯盐酸盐在小球藻生长至指数期时加入养殖废水中。AHLs是革兰氏阴性菌群体感应系统的信号分子，能够促进群体感应介导的细菌毒素等释放，在菌藻共生系统中，细菌相对增长率较高，细菌密度迅速增加，在藻细胞达到指数初期之前，AHLs信号分子的活性在共培养系统中迅速提高，小球藻能够分泌某种次生代谢产物，对细菌的AHLs信号分子的活性产生一定抑制，在小球藻生长至指数期时加入小檗碱和牛蒡子苷元丙氨酸酯盐酸盐能够促进小球藻对该次生代谢产物的分泌，提高对AHLs信号分子活性的抑制能力，使得AHLs信号分子的活性保持在较低水平，减少群体感应介导的细菌毒素的释放，使小球藻本身处于适宜生长的环境，提高小球藻的生物量，进而提高菌藻共生系统对氨氮、磷和有机物的去除率，提高菌藻共生系统对废水的处理效果。在一些实施方式中，上述小球藻共栖异养菌为黄杆菌。小球藻和黄杆菌为共生关系，可依靠代谢功能上的互补相互促进生长。在一些实施方式中，上述菌藻共生系统中菌藻的初始接种比例为1:2-3(细胞个数之比)。共生系统中适宜的微藻、细菌比例有利于微藻与细菌更好地共生，微藻光合作用产生的氧气足够细菌利用且不会剩余过多抑制微藻生长，细菌产生足量二氧化碳供微藻吸收用于光合作用，微藻迖到最大生长率。在一些实施方式中，上述养殖废水为禽畜养殖废水。在一些实施方式中，采用混凝沉淀法对上述禽畜养殖废水进行预处理。禽畜养殖废水里含有较多的粪便和少量的食物，使其中的悬浮物浓度较大，采用混凝沉淀法对畜禽养殖废水进行预处理，可以降低生物处理的难度，且成本低，操作简便。在一些实施方式中，上述混凝沉淀法以壳聚糖作为混凝剂。壳聚糖作为一种有机混凝剂，具有较长的分子量，吸附架桥作用强，混凝效果好，投药量少，无毒。在一些实施方式中，上述菌藻共生系统的反应器为膜光生物反应器。在膜光生物反应器中用废水养殖微藻，之后经膜分离后，能够得到低氨氮的出水，并且在反应器内得到较高浓度的微藻藻体。在一些实施方式中，上述膜光生物反应器的膜材质聚偏氟乙烯/聚乙烯醇共混中空纤维膜。聚偏氟乙烯/聚乙烯醇共混中空纤维膜具有良好亲水性能，利用聚偏氟乙烯/聚乙烯醇共混，可以形成界面相分离产生的界面微孔结构，使膜的综合性能得到提高。本专利技术的另一目的在于提供一种菌藻共生系统在处理含镉污水中的用途。在一些实施方式中，上述菌藻接种前，预先向含镉污水中加入芦荟苷。植物螯合素PCs是微藻体内的重金属结合蛋白，能够提高微藻对环境中镉离子的耐受性，PCs的合成是以GSH为底物，在PCs合成酶的催化下完成的。γ-谷氨酰半脱氨酸合成酶(γ-GCS)是催化并调节生物合成GSH的限速酶，芦荟苷能够提高γ-GCS的活性，使GSH合成加速，提高GSH合成量，提高植物螯合素PCs的合成量，从而提高小球藻对镉离子的解毒作用，提高小球藻生物量，提高菌藻共生系统对镉离子的吸附量和对废水的处理效果。本专利技术的有益效果为：1)本专利技术通过在小球藻生长至指数期时向养殖废水加入小檗碱和牛蒡子苷元丙氨酸酯盐酸盐，促进小球藻对某种次生代谢产物的分泌，提高对AHLs信号分子活性的抑制能力，使得AHLs信号分子的活性保持在较低水平，减少群体感应介导的细菌毒素的释放，提高小球藻的生物量，提高小球藻对养殖废水的处理效果；2)本专利技术通过预先向含镉污水水中加入芦荟苷，提高γ-谷氨酰半脱氨酸合成酶的活性，促进GSH合成加速，提高GSH合成量，提高植物螯合素PCs的合成量，从而提高小球藻对镉离子的解毒作用，提高小球藻生物量，提高菌藻共生系统对镉离子的吸附量和对废水的处理效果；3)本专利技术通过对菌株接种比例及膜光生物反应器的优化，通过对畜禽养殖废水进行混凝沉淀预处理，简化操作、减少成本、提高菌藻共生系统对养殖废水的处理效率及效果。附图说明图1为本专利技术的试验例1中藻菌共生系统中AHLs信号分子活性的变化图；图2为本专利技术的试验例2中小球藻中γ-GCS的酶活力图；图3为本专利技术的试验例2中GSH、PC2、PC3、PC4、PC5混合标品的HPLC图；图4为本专利技术的试验例2中小球藻中GSH含量和PCs总含量图；图5为本专利技术的试验例3中小球藻的细胞密度图；图6为本专利技术的试验例3中藻菌共生系统对Cd2+、NH4+-N、TP的去除率图。具体实施方式除非另外说明，本文所提及的所有出版物、专利申请、专利和其他参考文献都以整体援引的方式并入本文中，如同将其全文进行阐述。除非另外定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种处理养殖废水的菌藻共生系统，其包括：在光照时间为18-24h/d，光照强度为2000-2500lx，曝气量为0.38-0.5L/min的条件下，将微藻和细菌共生处理含有小檗碱和牛蒡子苷元碳酰胺衍生物的养殖废水；/n其中，所述微藻为小球藻，所述细菌为小球藻共栖异养菌，所述小檗碱和牛蒡子苷元丙氨酸酯盐酸盐在小球藻生长至指数期时加入养殖废水中。/n

【技术特征摘要】
1.一种处理养殖废水的菌藻共生系统，其包括：在光照时间为18-24h/d，光照强度为2000-2500lx，曝气量为0.38-0.5L/min的条件下，将微藻和细菌共生处理含有小檗碱和牛蒡子苷元碳酰胺衍生物的养殖废水；
其中，所述微藻为小球藻，所述细菌为小球藻共栖异养菌，所述小檗碱和牛蒡子苷元丙氨酸酯盐酸盐在小球藻生长至指数期时加入养殖废水中。


2.根据权利要求1所述的菌藻共生系统，其特征在于：所述小球藻共栖异养菌为黄杆菌。


3.根据权利要求2所述的菌藻共生系统，其特征在于：所述菌藻共生系统中菌藻的初始接种比例为1:2-3(细胞个数之比)。


4.根据权利要求1所述的菌藻共生系统，其特征在于：所述养殖废水为禽畜养...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宏，汤江武，吴逸飞，李园成，沈琦，姚晓红，王新，
申请(专利权)人：浙江省农业科学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33