Kinijos akvakultūros pramonė vystosi didelio tankio ir intensyvumo kryptimi, o NH{0}}N, NO2--N ir NO3--N kaupimasis akvakultūros vandenyje labai paveikė efektyvumą. vandens išteklių cirkuliacija ir vandens produktų kokybė. Heterotrofinės nitrifikacijos-aerobinio denitrifikacijos (HN-AD) bakterijos gali pašalinti azotą iš akvakultūros vandens esant dideliam ištirpusio deguonies kiekiui ir yra raktas į akvakultūros vandens kokybę.
Šiame darbe trumpai aprašoma mikroorganizmų, turinčių HN-AD funkciją, klasifikavimo būsena, paaiškinamos mikrobų bendruomenių, turinčių HN-AD funkciją, charakteristikos, analizuojamas HN-AD bakterijų plitimo efektyvumas druskų tolerancijos, pesticidų skilimo ir antibiotikų pašalinimo srityse bei tiriamas efektyvumas. HN-AD proceso reguliavimas, pagrįstas aplinkos veiksniais. Galiausiai, numatoma HN-AD technologijos vystymosi kryptis ateityje.
Dviejų tvaraus vystymosi ir „anglies smailės“ tikslų skatinama HN-AD technologija vystosi didesnio efektyvumo, tvarumo ir mažo anglies dvideginio išmetimo kryptimi, padedanti akvakultūros pramonei nuolat gerinti vandens perdirbimo efektyvumą ir akvakultūros tankumą.
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), o daugybė dezinfekavimo priemonių sumažins denitrifikuojančios mikrobų floros skaičių veisimosi vandenyje, o tai dar labiau sukels NH4+-N ir NO2--N kaupimąsi, o tai paveiks vandens gyvūnų sveikata ir gamyklinio masto recirkuliacinės akvakultūros efektyvumas. Todėl azoto perteklius yra pagrindinė techninė problema, kurią reikia išspręsti gamyklos recirkuliacinėje akvakultūroje. Autorius trumpai aprašo dabartinę mikrobinės floros, turinčios HN-AD funkciją, tyrimų būklę ir jų taikymą kompleksinių akvakultūros nuotekų valymui, kad būtų pateikta nuoroda į HN-AD, padedančią akvakultūrai vystytis didelio tankio, intensyviai ir tvariai. .
Tradiciniame tvenkinių veisimo modelyje HN-AD bakterijos yra sutelktos proteobakterijose ir aktinobakterijose prieglobsčio lygyje. Toliau plėtojant akvakultūros modelius, mikrobų bendruomenės tapo gausesnės, o HN-AD bakterijos palaipsniui buvo aptiktos Bacteroidetes ir Firmicutes. Kiekviename ūkininkavimo režime proteobakterijos yra pagrindinė dominuojanti bakterijų grupė, kuri atlieka pagrindinį vaidmenį denitrifikacijos procese ir daugiausia sudaryta iš Betaproteobakterijų ir Gammaproteobakterijų. Antrasis dominuojantis būrys yra Bacteroidetes, turintis turtingą heterotrofinę florą, galintis efektyviai skaidyti organines medžiagas ir daugiausia dalyvaujantis nitrifikacijos procese. Kiekviename ūkininkavimo režime Flavobacteriia yra dominuojanti bakterijų klasė Bacteroidetes, kuri turi galimybę denitrifikuoti ir pašalinti fosforą, taip pat yra dominuojanti bakterijų klasė aktyviojo dumblo apdorojimo sistemoje. Be to, Firmicutes gali atsispirti ekstremalioms aplinkoms per sporas ir taip pat gali atlikti HN-AD procesus.
Išplėstos HN-AD mikrobų bendruomenių funkcijos
Valant didelio druskingumo akvakultūros nuotekas, dauguma druskai atsparių HN-AD bakterijų yra iš vandenyno, aktyviojo dumblo ir druskos laukų, o jų druskų tolerancija ir denitrifikacijos efektyvumas skiriasi. Dauguma šios srities tyrimų šiuo metu yra skirti druskai atsparių HN-AD bakterijų atskyrimui. Norint pagerinti vandens valymo procesų denitrifikacijos efektyvumą, svarbiausia yra visiškai ištirti funkcinių HN-AD bakterijų praturtinimo sūraus vandens sąlygomis metodą ir pasiekti stabilų HN-AD.
Valydami akvakultūros nuotekas, kuriose yra pesticidų, mokslininkai iš eilės nustatė, kad kai kurios HN-AD bakterijos gali kauptis ir pašalinti fosforą, daugiausia Acinetobacter, Pseudomonas ir Enterobacter. Ateityje jis gali būti toliau tikrinamas ir kultivuojamas naudojant efektyvias HN-AD bakterijas arba kartu su kitais procesais, siekiant pagerinti organinio fosforo pašalinimo greitį, kad būtų galima toliau skatinti valyti akvakultūros nuotekas, kuriose yra pesticidų.
Antibiotikų akvakultūros nuotekų valymas patraukė mokslininkų dėmesį, tačiau šiuo metu antibiotikų apdorojimas apsiriboja mažos apimties laboratoriniais bioreaktoriais, tokiais kaip MBBR, SBR ir kt., ir nors HN-AD technologijos ir bioreaktorių naudojimas siekiant pašalinti Antibiotikų likučiai yra veiksmingi, antibiotikų buvimas keičia mikrobų bendruomenės struktūrą vandens valymo sistemoje, padidėja mikrobų atsparumas, todėl padidėja rizika susijusių žuvų ir žmonių ligų.
Tyrėjai nustatė, kad kai kurios HN-AD bakterijos turi dvigubas sunkiųjų metalų atsparumo ir denitrifikacijos savybes ir turi didelį potencialą valyti akvakultūros nuotekas, kuriose yra sunkiųjų metalų. HN-AD bakterijos patyrė ilgalaikį aplinkos atrankos spaudimą, o ląstelės ir medžiagų apykaitos funkcijos sukūrė atitinkamą toleranciją, kad atsispirtų šių sunkiųjų metalų jonų poveikiui ir toksiškumui. Ląstelių medžiagų apykaitos procesų, skirtų susidoroti su įvairiais sunkiaisiais metalais, mechanizmai yra skirtingi. Kadangi skirtingose akvakultūros nuotekose gali būti skirtingų tipų ir koncentracijų sunkiųjų metalų, naudojant faktinį panaudojimą, efektyvios HN-AD bakterijos turėtų būti parenkamos pagal skirtingas nuotekų charakteristikas, o reaktoriaus parametrai turėtų būti pakoreguoti, kad būtų pagerintas sunkiųjų metalų jonų pašalinimo efektyvumas. Be to, norint geriau kontroliuoti šį procesą, labai svarbu ištirti sunkiųjų metalų jonų migracijos ir transformacijos mechanizmą akvakultūros nuotekose.
Aplinkos veiksniai, reguliuojantys HN-AD procesą
Akvakultūros procese sudėtingi keli vandens valymo procesai sukuria sudėtingas vandens aplinkos sąlygas. Aplinkos veiksniai gali padidinti mikroorganizmų denitrifikacijos gebėjimą reguliuodami mikrobų bendruomenių metabolinį pajėgumą. Todėl HN-AD procesą galima tiksliai reguliuoti keičiant DO, anglies šaltinį, C / N, temperatūrą ir pH, siekiant pagerinti denitrifikacijos efektyvumą.
Būsimas vystymasis
Ateityje tolesni šios technologijos panaudojimo akvakultūros nuotekoms valyti tyrimai gali būti atliekami šiais aspektais:
(1) NH4+-N pašalinimo efektyvumo gerinimas. Akvakultūros nuotekose yra daug NH4+-N. Tyrėjai gali toliau pagerinti NH4+-N pašalinimo efektyvumą optimizuodami bakterijų bendruomenės sudėtį, koreguodami veikimo parametrus ir gerindami reaktoriaus konstrukciją.
(2) Kartu su kitomis apdorojimo technologijomis. HN-AD technologija gali būti derinama su bioplėvelės reaktoriais, dirbtinėmis pelkėmis ir kitomis technologijomis, kad būtų sukurta efektyvesnė nuotekų valymo sistema, siekiant geresnio nuotekų valymo efekto.
(3) Energijos apsirūpinimas. Dabartinė HN-AD technologija nuotekų valymo procese sunaudoja daug energijos. Ateities plėtros tendencija – naudoti naujas energijos atgavimo technologijas, pvz., metano oksidacijos reakcijos metu pagamintos energijos panaudojimas denitrifikacijos procesui aprūpinti, sistemos priklausomybės nuo išorinės energijos mažinimas ir tvarumo gerinimas.
(4) Toliau mažinti anglies dvideginio išmetimą. Kadangi anglies emisijos mažinimo svarba tampa vis svarbesnė, būsimos plėtros tendencijos bus sutelktos į HN-AD technologijos anglies emisijos mažinimą. Tai galima pasiekti tobulinant sistemos dizainą, taikant efektyvesnes dujų atskyrimo ir regeneravimo technologijas arba naudojant alternatyvius anglies šaltinius, pvz., naudojant atsinaujinančią energiją arba organines medžiagas, susidarančias iš atliekų, siekiant pakeisti tradicinius organinės anglies šaltinius.
Apibendrinant galima teigti, kad ateityje HN-AD technologija vystysis didesnio efektyvumo, tvarumo ir mažo anglies dvideginio išmetimo kryptimi, taip skatindama nuolatinę akvakultūros pažangą link didelio tankumo, intensyvumo ir tvarumo.