Kinesisk akvakulturindustri udvikler sig i retning af høj tæthed og intensivitet, og akkumuleringen af NH4+-N, NO2--N og NO3--N i akvakulturvandet har alvorligt påvirket effektiviteten af vandressourcecirkulationen og kvaliteten af akvatiske produkter. Heterotrofisk nitrifikation-aerob denitrifikation (HN-AD) bakterier kan fjerne nitrogen fra akvakulturvand under høje iltforhold og er nøglen til at rense akvakulturvandkvaliteten.
Dette papir beskriver kort klassificeringsstatus for mikroorganismer med HN-AD-funktion, redegør for egenskaberne ved mikrobielle samfund med HN-AD-funktion, analyserer ekspansionseffektiviteten af HN-AD-bakterier i salttolerance, pesticidnedbrydning og antibiotikafjernelse og udforsker effektiviteten. af HN-AD procesregulering baseret på miljøfaktorer. Endelig forudsiges den fremtidige udviklingsretning for HN-AD teknologi.
Drevet af de dobbelte mål om bæredygtig udvikling og "carbon peak", udvikler HN-AD-teknologien sig i retning af højere effektivitet, bæredygtighed og lave kulstofemissioner, hvilket hjælper akvakulturindustrien til løbende at forbedre vandgenanvendelseseffektiviteten og akvakulturtætheden.
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), og en række desinfektionsforanstaltninger vil reducere antallet af denitrificerende mikrobielle flora i ynglevandet, hvilket yderligere vil føre til akkumulering af NH4+-N og NO2--N, hvilket påvirker vanddyrs sundhed og effektiviteten af recirkulerende akvakultur i fabriksskala. Derfor er for højt nitrogen et centralt teknisk problem, der skal løses i fabriksskala recirkulerende akvakultur. Forfatteren beskriver kort den aktuelle status for forskning i mikrobiel flora med HN-AD-funktion og dens anvendelse til behandling af komplekst akvakulturspildevand, for at give en reference for HN-AD til at hjælpe akvakultur med at udvikle sig på en høj tæthed, intensiv og bæredygtig måde .
I den traditionelle damopdrætsmodel er HN-AD-bakterier koncentreret i Proteobacteria og Actinobacteria på phylum-niveau. Med den videre udvikling af akvakulturmodeller er mikrobielle samfund blevet mere rigelige, og HN-AD-bakterier er gradvist blevet fundet i Bacteroidetes og Firmicutes. I hver landbrugstilstand er Proteobacteria den vigtigste dominerende bakterielle phylum, som spiller en ledende rolle i denitrifikationsprocessen og hovedsageligt består af Betaproteobacteria og Gammaproteobacteria. Den anden dominerende phylum er Bacteroidetes, som har en rig heterotrof flora, effektivt kan nedbryde organisk stof og hovedsageligt deltager i nitrifikationsprocessen. I hver landbrugstilstand er Flavobacteriia den dominerende bakterieklasse af Bacteroidetes, som har evnen til at denitrificere og fjerne fosfor, og som også er den dominerende bakterieklasse i det aktiverede slambehandlingssystem. Derudover kan Firmicutes modstå ekstreme miljøer gennem sporer og kan også udføre HN-AD processer.
Udvidede funktioner af HN-AD mikrobielle samfund
Ved behandling af akvakulturspildevand med høj saltholdighed kommer de fleste salttolerante HN-AD-bakterier fra havet, aktiveret slam og saltfelter, og deres salttolerance og denitrifikationsevne er forskellige. Det meste af forskningen på dette område fokuserer i øjeblikket på adskillelse af salttolerante HN-AD-bakterier. Nøglen til at forbedre denitrifikationseffektiviteten af vandbehandlingsprocesser er fuldt ud at udforske metoden til at berige funktionelle HN-AD-bakterier under saltvandsforhold og opnå stabil HN-AD.
I behandlingen af akvakulturspildevand, der indeholder pesticider, har forskere successivt fundet ud af, at nogle HN-AD-bakterier kan akkumulere og fjerne fosfor, primært Acinetobacter, Pseudomonas og Enterobacter. I fremtiden kan det yderligere screenes og dyrkes af effektive HN-AD-bakterier eller kobles med andre processer for at forbedre fjernelseshastigheden af organisk fosfor, så det kan fremmes yderligere i behandlingen af akvakulturspildevand indeholdende pesticider.
Behandlingen af antibiotika fra akvakulturspildevand har tiltrukket sig forskernes opmærksomhed, men behandlingen af antibiotika er i øjeblikket begrænset til små laboratoriebioreaktorer, såsom MBBR, SBR osv., og selvom brugen af HN-AD teknologi og bioreaktorer til at fjerne resterende antibiotika er effektiv, tilstedeværelsen af antibiotika ændrer den mikrobielle samfundsstruktur i vandbehandlingssystemet, og den mikrobielle resistens øges, hvilket fører til en stigning i risikoen af relaterede fisk og menneskelige sygdomme.
Forskere har fundet ud af, at nogle HN-AD-bakterier har de dobbelte egenskaber som tungmetalresistens og denitrifikation og viser et stort potentiale til behandling af akvakulturspildevand, der indeholder tungmetaller. HN-AD-bakterier har undergået et langvarigt miljøudvælgelsespres, og både celler og metaboliske funktioner har udviklet tilsvarende tolerance til at modstå påvirkningen og toksiciteten af disse tungmetalioner. Mekanismerne for cellemetaboliske processer til at håndtere forskellige tungmetaller er forskellige. Fordi forskelligt akvakulturspildevand kan indeholde forskellige typer og koncentrationer af tungmetaller, bør effektive HN-AD-bakterier i den faktiske anvendelse udvælges i henhold til forskellige spildevandsegenskaber, og reaktorparametre bør justeres for at forbedre fjernelseseffektiviteten af tungmetalioner. For bedre at kontrollere denne proces er det desuden afgørende at udforske migrations- og transformationsmekanismen for tungmetalioner i akvakulturspildevand.
Miljøfaktorer, der regulerer HN-AD-processen
I akvakulturprocessen skaber komplekse flere vandbehandlingsprocesser komplekse vandmiljøforhold. Miljøfaktorer kan øge mikroorganismers denitrifikationskapacitet ved at regulere mikrobielle samfunds metaboliske kapacitet. Derfor kan HN-AD-processen reguleres præcist ved at ændre DO, kulstofkilde, C/N, temperatur og pH for at forbedre denitrifikationseffektiviteten.
Fremtidig udvikling
I fremtiden kan yderligere forskning i brugen af denne teknologi til behandling af akvakulturspildevand udføres i følgende aspekter:
(1) Forbedring af fjernelseseffektiviteten af NH4+-N. Akvakulturspildevand har et højt NH4+-N-indhold. Forskere kan yderligere forbedre fjernelseseffektiviteten af NH4+-N ved at optimere bakteriesamfundets sammensætning, justere driftsparametre og forbedre reaktordesignet.
(2) Kombineret med andre behandlingsteknologier. HN-AD teknologi kan kombineres med biofilmreaktorer, kunstige vådområder og andre teknologier for at danne et mere effektivt spildevandsbehandlingssystem for at opnå bedre spildevandsrensningseffekter.
(3) Energiselvforsyning. Den nuværende HN-AD teknologi bruger meget energi i processen med at rense spildevand. Den fremtidige udviklingstendens er at bruge nye energigenvindingsteknologier, såsom at bruge energien genereret af metanoxidationsreaktionen til at levere denitrifikationsprocessen, reducere systemets afhængighed af ekstern energi og forbedre bæredygtigheden.
(4) Reducer kulstofemissionerne yderligere. Efterhånden som betydningen af reduktion af CO2-emissioner bliver stadig mere fremtrædende, vil den fremtidige udviklingstendens fokusere på at reducere CO2-emissionerne fra HN-AD-teknologi. Dette kan opnås ved at forbedre systemdesignet, vedtage mere effektive gasseparerings- og genvindingsteknologier eller bruge alternative kulstofkilder, såsom brug af vedvarende energi eller organisk materiale genereret af affald til at erstatte traditionelle organiske kulstofkilder.
Sammenfattende vil HN-AD-teknologien i fremtiden udvikle sig i retning af højere effektivitet, bæredygtighed og lave kulstofemissioner og derved fremme akvakulturens fortsatte fremskridt mod høj tæthed, intensivitet og bæredygtighed.
