南海好氧除磷菌多样性分析及除磷特性研究

南海好氧除磷菌多样性分析及除磷特性研究磷是重要的营养限制因素。

含磷废水大量排放,使得水体富营养化日益严重,破坏了自然界中的磷循环,加快了海洋沉积物中磷的积累,导致全球性磷危机。

研究已证实,海洋菌在自然界磷循环中发挥重要作用,能诱导形成金属矿和
磷矿。

目前从海洋菌中筛选高效除磷菌并应用于水处理的研究仍处于起步阶段,发掘环境适应范围广、具有特殊除磷机制的菌株,为难降解有机废水、含盐废水的处理以及低浓度重金属的回收利用提供多样性微生物资源。

目前生物除磷主要集中于聚磷菌强化生物除磷,但高盐环境会抑制微生物的生长,使除磷效率大大下降。

而污泥驯化周期长,工艺启动困难。

因此,直接利用在高盐环境中生长的海洋微生物处理含盐废水会更加经济高效。

本研究测定了 619种南海菌株的生物量和磷去除情况,并对其进行统计学分析,结果显示:(1)南海菌株的最佳磷去除率分布曲线呈负偏态尖峰分布,除磷效
果普遍较好,最佳磷去除率均值达83.95%;其中最佳磷去除率在90%以上的菌株
可占48.63%,赤细菌属、假交替单胞菌属、交替单胞菌属和海杆菌属四种菌属占比最多;(2)菌株的最佳磷去除率与其采样环境的深度、温度、pH之间无相关性,菌株的除磷能力主要由细菌的胞体结构和代谢过程所决定;(3)表层海水与沉积
物中高效除磷菌的最佳磷去除率有显著性差异。

实验筛选出表层海水菌株Erythrobacter sp.F1-0-01,Alteromonas
sp.13-0-47 和沉积物菌株Pseudoaltromonas
sp.E422-1,Marinobactersp.70-23 四株高效除磷菌作为代表菌株进行重点研究。

本文分析了盐度、pH及温度对四种菌株生物量和除磷效果的影响。

与聚磷菌相比,四种海洋菌的生长和除磷范围更广,在低温、高盐含磷废水处
理中有广阔的应用前景。

表层海水菌株Erythrobactersp.F1-0-01,Alteromonas sp.13-0-47和沉积物菌株Pseudoalteromonas
sp.E422-1,Marinobactersp.70-23 在盐度为0～7%、温度为5～35℃、pH为5～10条件下均可生长,但各菌株的最适生长及除磷范围有所差异。

其中,Erythrobactersp.F1-0-01 和 Alteromonas sp.13-0-47 分别在0～3%和0～5%的盐度范围内除磷效果较好。

Pseudoalteromonas sp.E422-1和Marinobacter sp.70-23对盐度的适应范围更广,在0～7%的盐度范围内磷去除率达95%以上。

四种菌株均可在一定范围内承受pH变化带来的冲击,并对pH有一定的调节能力。

pH在7～9之间时,四种菌株均生长良好且最佳磷去除率在95%以上。

pH 为 5 或 10 时,Erythrobacter sp.F1-0-01 和 Marinobacter sp.70-23 仍具有良好的生长状况和除磷效果。

Alteromonas sp.13-0-47 和Pseudoalteromonas sp.E422-1,Marinobacter sp.70-23对温度有广泛的适应性,温度为5～35℃时均有良好的除磷效果;而温度较低时菌株Erythrobacter
sp.F1-0-01的生长和除磷效果受到明显抑制。

本研究发现,菌株吸收的磷首先用于满足自身生长所需,之后会用于EPS的合成。

相较于表层海水菌株,沉积物菌株分泌EPS的能力更强。

当溶液中有多余的磷时,沉积物菌株菌体表面的EPS能够在其pH相对较高的微浴环境下进一步吸附溶液中的磷,并可能与溶液中的金属离子结合形成金属磷酸盐沉淀。

表层海水菌株胞体吸收的磷主要积累在细胞壁膜上,而沉积物菌株胞体吸收的磷会更多地积累在胞内。

四种菌株EPS中的磷均以磷酸单酯的形式存在,主要形式为D-葡萄糖-6-磷
酸。

通过对619种南海菌株的磷去除情况进行统计分析,使我们对南海菌株的除磷性能有了大致的了解,并在此基础上探究了表层海水菌株和沉积物菌株除磷特性的异同点,为生物除磷机理研究提供了新思路。