A kínai akvakultúra-ipar a nagy sűrűség és intenzitás irányába fejlődik, és az NH4+-N, NO2--N és NO3--N felhalmozódása az akvakultúra-vízben súlyosan befolyásolta a hatékonyságot. a vízkészletek cirkulációja és a vízi termékek minősége. A heterotróf nitrifikációs-aerob denitrifikációs (HN-AD) baktériumok magas oldott oxigéntartalmú körülmények között képesek eltávolítani a nitrogént az akvakultúra-vízből, és ez a kulcs az akvakultúra-víz minőségének tisztításához.
Ez a cikk röviden leírja a HN-AD funkcióval rendelkező mikroorganizmusok osztályozási státuszát, kifejti a HN-AD funkcióval rendelkező mikrobiális közösségek jellemzőit, elemzi a HN-AD baktériumok szaporodási hatékonyságát a sótoleranciában, a peszticid lebontásban és az antibiotikum eltávolításban, valamint feltárja a hatékonyságot. a HN-AD folyamatszabályozás környezeti tényezők alapján. Végül megjósolják a HN-AD technológia jövőbeli fejlődési irányát.
A fenntartható fejlődés és a „szén-dioxid-csúcs” kettős célja által vezérelve a HN-AD technológia a nagyobb hatékonyság, fenntarthatóság és alacsony szén-dioxid-kibocsátás irányába fejlődik, segítve az akvakultúra-ipart a víz-újrahasznosítás hatékonyságának és az akvakultúra sűrűségének folyamatos javításában.
Stable water quality conditions are the basis for the survival of aquaculture organisms. During the long-term breeding process, residual feed and aquatic animal feces in the breeding water body continue to accumulate, producing a large amount of NH4+-N (>1 mg/L), és egy sor fertőtlenítő intézkedés csökkenti a denitrifikáló mikrobiális flóra számát a tenyészvízben, ami tovább vezet az NH4+-N és NO2--N felhalmozódásához, ami befolyásolja a víziállatok egészsége és a gyári méretű recirkulációs akvakultúra hatékonysága. Ezért a túlzott nitrogén olyan kulcsfontosságú műszaki probléma, amelyet a gyári méretű recirkulációs akvakultúrában meg kell oldani. A szerző röviden ismerteti a HN-AD funkcióval rendelkező mikrobiális flóra kutatásának jelenlegi állását és alkalmazását a komplex akvakultúrás szennyvizek kezelésében, hogy referenciaként szolgáljon a HN-AD számára az akvakultúra nagy sűrűségű, intenzív és fenntartható fejlődéséhez. .
A hagyományos tavi tenyésztési modellben a HN-AD baktériumok a proteobaktériumokban és az aktinobaktériumokban koncentrálódnak a törzs szintjén. Az akvakultúra-modellek továbbfejlesztésével a mikrobiális közösségek elterjedtebbé váltak, és fokozatosan HN-AD baktériumokat találtak a Bacteroidetes és Firmicutes baktériumokban. Mindegyik gazdálkodási módban a proteobaktériumok a fő domináns baktériumtörzs, amely vezető szerepet játszik a denitrifikációs folyamatban, és főként Betaproteobaktériumokból és Gammaproteobaktériumokból áll. A második domináns törzs a Bacteroidetes, amely gazdag heterotróf flórával rendelkezik, hatékonyan képes lebontani a szerves anyagokat, és főként a nitrifikációs folyamatban vesz részt. Mindegyik gazdálkodási módban a Flavobacteriia a Bacteroidetes domináns baktériumosztálya, amely képes denitrifikálni és foszfort eltávolítani, és az eleveniszap-kezelő rendszerben is a domináns baktériumosztály. Ezenkívül a Firmicutes spórákon keresztül ellenáll a szélsőséges környezeti hatásoknak, és HN-AD folyamatokat is végrehajthat.
A HN-AD mikrobiális közösségek funkcióinak bővítése
A nagy sótartalmú akvakultúra-szennyvíz kezelése során a legtöbb sótűrő HN-AD baktérium az óceánból, az eleveniszapból és a sómezőkből származik, sótűrő képességük és denitrifikációs teljesítményük eltérő. A legtöbb kutatás ezen a területen jelenleg a sótűrő HN-AD baktériumok elválasztására összpontosít. A vízkezelési eljárások denitrifikációs hatékonyságának javításának kulcsa a funkcionális HN-AD baktériumok sósvízi körülmények közötti dúsításának és a stabil HN-AD elérésének módszerének teljes feltárása.
A peszticideket tartalmazó akvakultúra-szennyvíz kezelése során a kutatók egymás után azt találták, hogy egyes HN-AD baktériumok felhalmozódnak és eltávolítják a foszfort, főleg az Acinetobacter, a Pseudomonas és az Enterobacter. A jövőben tovább szűrhető és tenyészthető hatékony HN-AD baktériumokkal, vagy más eljárásokkal párosítható a szerves foszfor eltávolítási sebességének javítása érdekében, így tovább népszerűsíthető a növényvédő szereket tartalmazó akvakultúra szennyvizek kezelésében.
Az antibiotikumos akvakultúra szennyvizeinek kezelése felkeltette a kutatók figyelmét, de az antibiotikumok kezelése jelenleg a kisméretű laboratóriumi bioreaktorokra korlátozódik, mint például az MBBR, SBR stb., és bár a HN-AD technológia és a bioreaktorok alkalmazása az eltávolításra. a maradék antibiotikum hatásos, az antibiotikumok jelenléte megváltoztatja a víztisztító rendszerben a mikrobiális közösség szerkezetét, és fokozódik a mikrobiális rezisztencia, ami a kockázat növekedéséhez vezet. a kapcsolódó hal- és emberi betegségek.
A kutatók azt találták, hogy egyes HN-AD baktériumok kettős tulajdonsággal rendelkeznek: nehézfém-ellenállás és denitrifikáció, és nagy lehetőségeket mutatnak a nehézfémeket tartalmazó akvakultúra-szennyvíz kezelésében. A HN-AD baktériumok hosszú távú környezeti szelekciós nyomáson estek át, és mind a sejtek, mind a metabolikus funkciók megfelelő toleranciát fejlesztettek ki, hogy ellenálljanak ezeknek a nehézfém-ionoknak a hatásának és toxicitásának. A sejtek anyagcsere-folyamatainak mechanizmusa a különböző nehézfémek kezelésére eltérő. Mivel a különböző akvakultúra-szennyvizek különböző típusú és koncentrációjú nehézfémeket tartalmazhatnak, a tényleges alkalmazás során a hatékony HN-AD baktériumokat a szennyvíz különböző jellemzőinek megfelelően kell kiválasztani, és a reaktor paramétereit módosítani kell a nehézfém-ionok eltávolítási hatékonyságának javítása érdekében. Ezen túlmenően e folyamat jobb szabályozása érdekében kulcsfontosságú az akvakultúra szennyvízben lévő nehézfém-ionok migrációs és átalakulási mechanizmusának feltárása.
A HN-AD folyamatot szabályozó környezeti tényezők
Az akvakultúra folyamatában az összetett, többszörös vízkezelési folyamatok komplex vízkörnyezeti feltételeket hoznak létre. A környezeti tényezők fokozhatják a mikroorganizmusok denitrifikációs képességét a mikrobiális közösségek metabolikus kapacitásának szabályozásával. Ezért a HN-AD folyamat pontosan szabályozható a DO, a szénforrás, a C/N, a hőmérséklet és a pH változtatásával a denitrifikáció hatékonyságának javítása érdekében.
Jövőbeli fejlődés
A jövőben a következő szempontok szerint lehet további kutatásokat végezni ennek a technológiának az akvakultúra-szennyvíz kezelésére való használatával kapcsolatban:
(1) Az NH4+-N eltávolítási hatékonyságának javítása. Az akvakultúra szennyvizei magas NH4+-N-tartalmúak. A kutatók tovább javíthatják az NH4+-N eltávolítási hatékonyságát a baktériumközösség összetételének optimalizálásával, a működési paraméterek módosításával és a reaktor tervezésének javításával.
(2) Más kezelési technológiákkal kombinálva. A HN-AD technológia kombinálható biofilmes reaktorokkal, mesterséges vizes élőhelyekkel és más technológiákkal, hogy hatékonyabb szennyvíztisztító rendszert alakítsanak ki a jobb szennyvíztisztító hatások elérése érdekében.
(3) Energia önellátás. A jelenlegi HN-AD technológia sok energiát fogyaszt a szennyvíztisztítás során. A jövőbeni fejlesztési irány az új energia-visszanyerő technológiák alkalmazása, például a metán oxidációs reakciója során keletkező energia felhasználása a denitrifikációs folyamat ellátására, a rendszer külső energiától való függőségének csökkentésére és a fenntarthatóság javítására.
(4) A szén-dioxid-kibocsátás további csökkentése. Ahogy a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésének jelentősége egyre hangsúlyosabbá válik, a jövőbeni fejlesztési trend a HN-AD technológia szén-dioxid-kibocsátásának csökkentésére fog összpontosítani. Ezt a rendszertervezés fejlesztésével, hatékonyabb gázleválasztási és -kinyerési technológiák alkalmazásával, vagy alternatív szénforrások alkalmazásával lehet elérni, például megújuló energia vagy hulladékból származó szerves anyag felhasználásával a hagyományos szerves szénforrások helyettesítésére.
Összefoglalva, a jövőben a HN-AD technológia a nagyobb hatékonyság, fenntarthatóság és alacsony szén-dioxid-kibocsátás irányába fejlődik, elősegítve ezzel az akvakultúra folyamatos előrehaladását a nagy sűrűség, intenzitás és fenntarthatóság felé.