光氧環境對紫色硫細菌YL28去除無機三態氮的影響
摘要：【背景】光和氧是制約光合細菌生長代謝進而影響其除氮效果的重要因素。不產氧光合細菌紫色硫細菌——海洋著色菌(Marichromatium gracile) YL28能以亞硝氮為唯一氮源進行光合生長,對高濃度無機三態氮具有良好去除能力。【目的】闡明YL28菌株除氮效率與光氧環境的交互聯系,獲得其生物除氮的最適光氧條件。【方法】以高濃度無機三態氮共存海水水體為研究體系,在有光/無光條件下考查裝樣量(表征體系溶氧狀態)對YL28菌株生物除氮活性的影響,并通過響應面分析法對裝樣量、光照強度和光周期3個主要因素進行優化。【結果】光照且氧濃度較低時(80%裝樣量),YL28具有最佳生長和無機三態氮去除能力;裝樣量在10%-100%時,菌體生物量(OD660)在0.938-2.719之間,當氨氮、亞硝氮和硝氮分別為7.16、5.67和4.83mmol/L時,其去除率分別在71.44%-89.09%、99.22%-99.83%和91.60%-97.33%。黑暗條件下,裝樣量在20%-100%時,氨氮、亞硝氮和硝氮去除率分別在48.07%-64.27%、73.51%-86.42%和42.57%-46.34%,但菌體生物量(OD660為0.615-0.903)明顯降低。通過響應面優化,當裝樣量、光照強度和光周期分別為80.0%(溶氧量約為0.32 mg/L)、2 800 lx和24L:0D時,細胞生長和氨氮去除活性達到最佳狀態,分別比優化前提高了21.28%和14.11%。在實際應用中,選取72%-89%裝樣量(溶氧量約為0.26-0.63mg/L)、2240-3460lx光照強度和21L:3D-24L:0D光周期,細胞活性可達95%以上。【結論】80%裝樣量有助于促進菌體光照生長和除氮;在黑暗有氧和無氧環境下,YL28菌株也具有較好除氮活性,這為不產氧光合細菌在生物反應器中高效去除無機三態氮的應用提供了有價值的參考數據。
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