好氧反硝化技术处理水产养殖废水研究进展

好氧反硝化脱氮理论的出现,弥补了传统生物脱氮的不足。文章综述了好氧反硝化技术的研究进展及其在水产养殖污水处理中的应用,分别从微环境、生物化学和酶系统3个方面综述了好氧反硝化细菌作用机理方面的研究;概述了碳源、溶氧、碳氮比等环境因素对好氧反硝化效率的影响;总结了好氧反硝化反应器、固定化细菌以及外加碳源等好氧反硝化技术在水产养殖废水处理中的应用;突显了好氧反硝化在去除硝酸盐氮、从整体上调控氮的优势。好氧反硝化技术在水产养殖废水处理中优势显著,是水产养殖废水处理的有效途径。该技术在实际应用中还存在许多问题,仍需进一步研究。     

异养硝化―好氧反硝化细菌在海水养殖废水脱氮中的研究进展

异养硝化-好氧反硝化(heterotrophic nitrification-aerobic denitrification, HN-AD)脱氮技术可在好氧条件下同步实现硝化/反硝化过程，在海水养殖废水生物脱氮处理中具有显著的优势。文章梳理了海水环境中HN-AD菌的分离筛选研究，结合关键功能基因和酶系分析了HN-AD脱氮途径与机制，归纳了碳源、碳氮比、溶解氧、氮源、温度、pH以及新型污染物等主要环境因子对HN-AD菌脱氮效果的影响。今后需进一步通过常规和分子生物学手段获得高效脱氮菌株，借助多组学手段阐明脱氮途径机制，厘清环境因素影响HN-AD菌的分子生物机制以获得最优工艺参数。     

碳源对反硝化聚磷菌(RC11)磷酸盐代谢的影响

反硝化聚磷微菌由于具有同时脱氮和除磷的特点,能够最大程度的减少碳源需求,为解决生物脱氮除磷工艺的碳源竞争矛盾提供了新的思路和方法。以纯培养方式探讨了外源性碳源、硝酸盐对反硝化聚磷菌(RC11)磷酸盐代谢活动的影响。结果表明,好氧培养时,菌株RC11在外源碳源存在时发生了超量吸磷现象;缺氧培养时,菌株RC11可以利用硝酸盐而非亚硝酸盐作为电子受体进行反硝化聚磷。无外加碳源时,菌株RC11经历厌氧阶段后初期可以利用硝酸盐氧化到亚硝酸盐的过程中产生的能量进行摄磷;但当亚硝酸盐的积累达到高峰时,进入以亚硝酸盐为电子受体的反硝化阶段,由于亚硝酸盐氮不能作为氧分子的替代物进行反硝化除磷,菌株RC11实际上处于一个厌氧环境,会引发释磷;在厌氧条件下菌株RC11具有利用硝酸盐作为电子受体进行反硝化除磷的功能。     

一株反硝化细菌的筛选及其反硝化特性的研究

从土壤中分离到一株高活性反硝化菌DNF409,经生理生化和16S rDNA序列分析,初步判断为芽孢杆菌属(Bacillussp.)。在生长的各个阶段,该菌株均具有较强的反硝化活性,最适反硝化碳源为乙醇。在天然养殖水体中,碳氮摩尔比达到8.0∶1、菌体浓度达到108cfu/L时,其反硝化活性即可充分发挥,硝态氮和亚硝态氮的降解率可分别达到94.79%和99.94%。试验表明该菌株在养殖水体的生物脱氮方面具有广阔的应用前景。     

循环水养殖用水中反硝化碳源研究现状

通过硝化作用和反硝化作用可以有效控制循环水养殖系统水中的氧氮、亚硝酸盐和硝酸盐.进行水产养殖用水硝化作用的生物过滤器的研究已经系统而深入,而关于养殖用水反硝化作用的脱氮反应器的研究则并未引起相应的关注.水产养殖用水进行异养反硝化必需添加碳源.在已有的研究中,经常使用的甲醇等有机液体碳源存在添加量不易控制、出水有残留等弊端;可生物降解聚合物被证明是比较理想的水产养殖用水异养反硝化碳源的选择之一;近年来对以养殖活动中产生的残饵和粪便作为异养反硝化内供碳源的研究也引起了广泛的关注.总结了近年来循环水养殖系统异养反硝化不同种类碳源的效率、在实际生产中的可操作性的相关研究进展.     

人工湿地反硝化外加碳源研究进展

碳源作为反硝化过程的电子供体,是影响人工湿地反硝化过程的主要因素。针对污水中碳氮比偏低时,需要考虑使用外加碳源提供反硝化电子供体,以保证反硝化反应的顺利进行。本文阐述了现有人工湿地反硝化碳源补充的相关研究进展,对不同外加碳源的效能进行了对比分析,并对人工湿地脱氮研究的方向作了展望。     

好氧反硝化细菌YX-6特性及鉴定分析

从对虾池塘筛选得到1株高效的好氧反硝化细菌,命名为YX-6。对该菌生长及反硝化性能间的关系进行研究;同时研究了不同温度、pH、盐度及碳源对该菌生长及反硝化性能的影响。结果表明,该菌反硝化作用主要发生在对数生长期,可将亚硝酸盐氮由10mg/L降至0;该菌最适生长及反硝化温度为30℃;pH值范围为7～9时最适于该菌生长及反硝化性能的发挥。该菌最适盐度范围为0～15;丁二酸钠、乙酸钠为该菌生长及反硝化的最适碳源。通过对YX-6菌株生理生化及16SrRNA分子鉴定,初步鉴定为凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)。对该菌株亚硝酸还原酶基因进行序列分析,结果表明,该菌含有亚硝酸还原酶nirS基因。     

不同进水硝酸盐浓度和温度下聚己内酯/玉米芯复合固体碳源的反硝化性能探究

以人工高分子聚合物+农业废弃物为复合碳源的反硝化系统兼具高效脱氮和低脱氮成本的优势。进水硝酸盐浓度(INC)和温度(T)是生物反硝化过程的重要影响因素，本研究以质量比为1∶1的聚己内酯(PCL)和玉米芯(CC)为复合碳源构建反硝化系统，设置3种INC和温度，测定了脱氮能效、有机物利用情况、微生物群落结构和功能基因丰度来判定这2个因素对反硝化的影响。实验结果显示，反应器最佳的INC为30 mg/L，60~90 d的平均硝酸盐去除率(NRE)达到99.12%，且无明显亚硝酸盐氮积累；在不同INC下，优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)，其丰度随INC升高而下降，分别为54.46%、39.96%和24.77%；T=25 ℃为最佳温度条件，其功能基因表达量除napA外均最高，后30 d的NRE为99.21%；T=30 ℃和T=25 ℃优势菌门均为变形菌门，丰度分别为55.86%和38.85%，而T=20 ℃的系统中丰度最高的为拟杆菌门(Bacteroidota)(28.87%)；各系统的优势菌属都为红细菌属(Rhodobacter)。各系统产生的短链脂肪酸中，乙酸占比最高且其与丙酸的比值均>1，同时未检出丁酸，有利于反硝化进行。本研究认为，人工高分子聚合物+农业废弃物形式的复合碳源可为海水养殖尾水固相反硝化的工艺优化提供理论依据。     

水力停留时间对养殖污水固相反硝化处理效果的影响研究

为考察水力停留时间(HRT)对不同硝酸盐氮(NO3--N)浓度的养殖污水脱氮效果的影响,建立以聚己内酯(PCL)为碳源和生物膜载体的固相反硝化反应器,经历20 d培养,反应器成功启动。试验结果表明,当进水NO3--N浓度分别为100 mg/L以下、150 mg/L、200~300 mg/L时,反应器的最佳HRT分别为4、5.5和6 h,出水NO3--N浓度达到最低值,分别为17.9 mg/L、23.9 mg/L和34.1~47.4 mg/L,同时溶解性有机碳(DOC)没有大幅增加。反应器对氨氮(NH4+-N)亦有一定的去除效果,在反应器启动运行后,出水NH4+-N浓度明显下降,且在不同进水NO3--N及HRT下均稳定在5 mg/L左右,出水亚硝酸盐氮(NO2--N)一直维持在0.14 mg/L以下;同时,反应器对养殖污水中的溶氧(DO)和p H变化有一定抗性,缓冲能力较强。本研究对水产养殖脱氮的实验室研究和实际运行、管理具有参考意义。     

玉米芯强化生物反应器对罗非鱼循环养殖废水脱氮效果研究

研究了以玉米芯同时作为反硝化碳源和生物膜载体的人工强化生物反应器对罗非鱼(Oreochromis spp.)循环养殖废水的脱氮效果,并对新型反应器脱氮微生物多样性进行了分析。结果表明,实验室条件下,人工强化挂膜方式可明显缩短装置的启动时间,新型脱氮装置具有良好的脱氮效果,氨氮可从(8.00±2.22)mg·L~(-1)降至3.50 mg·L~(-1),硝酸盐可从(31.50±1.57)mg·L~(-1)降至0.5 mg·L~(-1),较好地实现了高溶氧养殖废水的同步硝化反硝化作用,总氮去除率达85%以上。微生物群落结构分析表明,人工富集培养的硝化菌和反硝化菌均较为成功,随着装置运行时间的延长,玉米芯表面生物膜菌群也随之发生变化,参与脱氮的硝化细菌菌属主要由亚硝酸螺菌属(Nitrosospira)、亚硝酸单胞菌属(Nitrosomonas)、亚硝酸球菌属(Nitrosococcus)3个属组成;丰度最大的反硝化菌属为产碱菌属(Alcaligenes)、副球菌属(Paracoccus)、假单胞菌属(Pseudomonas)和脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)。     

罗非鱼循环水养殖系统中一株肺炎克雷伯氏菌的分离鉴定及其脱氮性能研究

实验从山东德州市一罗非鱼(Oreochromis niloticus)养殖场循环水养殖系统的脱氮池中分离到一株具有高效脱氮特性的菌株(编号DZYC02),分别以葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉、丁二酸钠、乙酸钠、柠檬酸钠为碳源,研究了碳源种类对菌株DZYC02脱氨氮效果的影响;同时以蔗糖为碳源、NH4Cl为氮源,研究了不同碳氮比、初始pH及盐度对该菌株脱氮效果的影响。结果显示:菌株DZYC02在以柠檬酸钠为碳源、C∶N≥15、pH 5~7、盐度0~15的条件下具有良好的脱氮效果,24 h内对浓度为20 mg/L的NH+4的去除率达100%,48 h内对浓度为20 mg/L的NO-2去除率高达100%;将该菌采用浸泡方式感染斑马鱼(Danio rerio)进行生物安全试验,结果显示菌株DZYC02对斑马鱼表现出较好的安全特性。分别用Biolog细菌鉴定方法和16S rDNA序列分析比对法对该菌进行鉴定,结果显示菌株DZYC02为一株肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)。     

三株异养硝化–好氧反硝化细菌对圆斑星鲽养殖水质的净化效果

为了考察3株异养硝化–好氧反硝化细菌对圆斑星鲽(Verasper variegates)养殖废水的净化效果,选择初始体重为(98±6)g的圆斑星鲽240尾,随机分为8组。分别接种花津滩芽孢杆菌(Bacillus hwajinpoensis)SLWX_2、嗜碱盐单胞菌(Halomonas alkaliphila)X_3和麦氏交替单胞菌(Alteromonas macleodii)SLNX2的不同组合。测定了不同组合中各项无机氮及有机物的变化情况。结果显示,在实验过程中,对照组氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮、总氮和化学需氧量的浓度均呈持续上升趋势,分别从0.21 mg/L升至15.94mg/L,0.08 mg/L升至5.68 mg/L,1.10 mg/L升至7.05 mg/L,1.74 mg/L升至38.86 mg/L,1.19 mg/L升至22.87 mg/L。而加菌组的各指标浓度一直低于对照组,其中,SLWX_2+X_3+SLNX2组合对圆斑星鲽养殖废水净化效果最佳,氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮、总氮、化学需氧量的浓度分别低于对照组68.55%、48.36%、58.38%、40.02%和27.47%,SLWX_2+X_3组合的净化效果次之。此外,第21天时,对照组出现大量死鱼现象,各实验组中仅有少量死鱼。研究表明,添加的异养硝化–好氧反硝化细菌可在不添加碳源的情况下实现脱氮功能,有效维护养殖水质,并且对圆斑星鲽无毒害及致病作用。     

碳氮营养和培养条件对芽孢杆菌(Bacillus sp.) A4生长的影响

芽孢杆菌(Bacillus sp.) A4是一株具有溶甲藻能力的菌株，为探究营养条件与培养条件对A4生长的影响，明确在多因素共同作用下菌株的生长特性，先以单因素方法比较不同碳、氮营养因子对其生长的影响，再以Plackett-Burman方法综合比较碳源、氮源、pH、接种菌量、温度、转速、装液量等因子对其生长的协同影响效应。结果显示，A4菌对有机碳源玉米浆和有机氮源大豆蛋白利用效果最好，培养24 h后菌量分别达到3.58×108、3.19×108 CFU/ml。各因子的重要性排序依次为大豆蛋白、温度、玉米浆、转速、接种菌量、pH、装液量，且大豆蛋白和温度对A4菌的生长影响显著(P<0.05)。研究表明，培养条件对菌株生长调控也有重要意义，在评估相关因素对菌株生长或生态功能的影响时，须将营养条件和培养条件协同分析。     

以PLA、PHBV为碳源的生物絮团技术在海水养殖中的应用

本研究以聚乳酸(PLA)和3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚(PHBV)作为外加碳源,探究在模拟海水生物絮团养殖中,高、中、低盐度下PLA与PHBV碳源释放规律以及对海水生物絮团养殖中水质、微生物多样性及其群落结构的影响.结果显示:PHBV碳源要优于PLA碳源,中盐度更有利于各种营养盐的转化,氨氮质量浓度最终保持在3...     

降解亚硝酸盐的大山芽孢杆菌JY-1的分离、鉴定及其作用

为得到稳定高效降解亚硝酸盐的益生菌,通过菌株富集分离培养、菌株鉴定、发酵培养基优化等实验对菌株进行了分离、鉴定,对菌株降亚硝酸盐效果进行了分析,并克隆了亚硝酸盐还原酶基因.结果显示,从养殖池塘、污水处理厂等5处混合水体中分离、筛选出一株具有亚硝酸盐降解能力的菌株,命名为JY-1.菌株生理生化和16S rDNA序列分析显...     

聚己内酯添加量对淡水养殖水体硝酸盐氮处理效果的影响

以可生物降解聚合物(Biological degradable polymers,BDPs)为有机碳源进行异养反硝化可以避免多次添加碳源、碳源不足或过量等问题。聚己内酯(Polycaprolactone,PCL)已被证明能够作为水产养殖用水异养反硝化的有机碳源。研究了聚己内酯添加量对水产养殖用水硝酸盐氮去除效率的影响。在进水硝酸盐氮(NO_3~--N)负荷为0.1 g/(L·d)条件下,200 m L水体中分别加入5 g、10 g、15 g、20 g、25 g和30 g的PCL颗粒进行反硝化,各组的NO_3~--N去除效率没有明显差异;出水中溶解有机碳的质量浓度随着PCL添加量的增加而增加;5 g组的PCL利用率明显高于其他组。结果显示:试验条件下,PCL添加量的增加并不会必然增加NO_3~--N的去除效率,反而会造成出水中溶解有机碳的增加;添加5 g PCL为最适添加量。     

Activated sludge denitrification in marine recirculating aquaculture system effluent using external and internal carbon sources

Stringent environmental legislation in Europe, especially in the Baltic Sea area, limits the discharge of nutrients to natural water bodies, limiting the aquaculture production in the region. Therefore, cost-efficient end-of-pipe treatment technologies to reduce nitrogen (N) discharge are required for the sustainable growth of marine land-based RAS. The following study examined the potential of fed batch reactors (FBR) in treating saline RAS effluents, aiming to define optimal operational conditions and evaluate the activated sludge denitrification capacity using external (acetate, propionate and ethanol) and internal carbon sources (RAS fish organic waste (FOW) and RAS fermented fish organic waste (FFOW)). The results show that between the evaluated operation cycle times (2, 4, and 6 h), the highest nitrate/nitrite removal rate was achieved at an operation cycle time of 2 h (corresponding to a hydraulic retention time of 2.5 h) when acetate was used as a carbon source. The specific denitrification rates were 98.7 ± 3.4 mg NO₃⁻-N/(h g biomass) and 93.2 ± 13.6 mg NO_x⁻-N/(h g biomass), with a resulting volumetric denitrification capacity of 1.20 kg NO₃⁻-N/(m³ reactor d). The usage of external and internal carbon sources at an operation cycle time of 4 h demonstrated that acetate had the highest nitrate removal rate (57.6 ± 6.6 mg N/(h g biomass)), followed by propionate (37.5 ± 6.3 mg NO₃⁻-N/(h g biomass)), ethanol (25.5 ± 6.0 mg NO₃⁻-N/(h g biomass)) and internal carbon sources (7.7 ± 1.6–14.1 ± 2.2 mg NO₃⁻-N/(h g biomass)). No TAN (Total Ammonia Nitrogen) or PO₄^3- accumulation was observed in the effluent when using the external carbon sources, while 0.9 ± 0.5 mg TAN/L and 3.9 ± 1.5 mg PO₄^3--P/L was found in the effluent when using the FOW, and 8.1±0.7 mg TAN/L and 7.3 ± 0.9 mg PO₄^3--P/L when using FFOW. Average sulfide concentrations varied between 0.002 and 0.008 mg S^2-/L when using the acetate, propionate and FOW, while using ethanol resulted in the accumulation of sulfide (0.26 ± 0.17 mg S^2-/L). Altogether, it was demonstrated that FBR has a great potential for end-of-pipe denitrification in marine land-based RAS, with a reliable operation and a reduced reactor volume as compared to the other available technologies. Using acetate, the required reactor volume is less than half of what is needed for other evaluated carbon sources, due to the higher denitrification rate achieved. Additionally, combined use of both internal and external carbon sources would further reduce the operational carbon cost.     

褐煤的碳缓释特征及其对池塘底泥脱氮作用的影响

厌氧氨氧化和反硝化作用是底泥生物脱氮的主要过程，碳源是调控厌氧氨氧化和反硝化作用的关键因子。本研究以褐煤为对象，对褐煤的静态碳释情况及其对池塘底泥中脱氮作用的影响进行了研究。结果显示，褐煤在室温条件下的碳释放规律符合二级动力学方程，具备作为反硝化碳源的可行性；在脱氮实验中，发现褐煤对底泥上覆水体中的亚硝酸盐氮(NNO₂^--N)的去除具有促进作用，NNO₂^--N的去除率随褐煤浓度的增加而升高，当褐煤质量浓度为40 g/L时，N\${\rm{O}}_2^ - $\-N去除率最高达99.61%，此时硝酸盐氮(NO₃^--N)的浓度也最低；同时发现，水体中氨氮(NH₄⁺-N)氧化的最适褐煤质量浓度为10 g/L，其去除率达99.39%；对底泥中的厌氧氨氧化菌群进行Illumina高通量测序发现，其中浮霉菌门占比最大(39.6%~71.8%)，优势菌属为Candidatus Brocadia (13.9%~35.8%)和Desulfovibrio (17.1%~34.8%)，添加褐煤组Candidatus Scalindua菌属比例高于未添加组；荧光定量PCR得出，随着褐煤质量浓度升高，底泥中的反硝化菌丰度呈增长趋势，而厌氧氨氧化菌丰度则低于无褐煤添加组，表明添加褐煤对底泥反硝化有促进作用，而对厌氧氨氧化有一定的抑制作用。研究表明，褐煤具备作为反硝化碳源的条件，可用于池塘养殖底泥脱氮作用。     

一株功能益生菌的简易发酵及其在凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)生物絮团养殖中的应用

对一株有脱氮作用的巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)进行简易发酵,以对虾饲料及赤砂糖为培养基,通过正交实验及发酵条件优化,在对虾饲料3 g/L、赤砂糖6g/L、接种量1×108 CFU/ml、发酵温度31℃、装液量40％条件下,发酵24 h可获得活菌数为1.16× 1010 CFU/ml的发酵产物.使用发酵得到的巨大芽孢杆菌进行凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)生物絮团养殖实验.结果显示,添加芽孢杆菌和赤砂糖的增强絮团组的絮团形成速度较添加赤砂糖的絮团组及传统养殖的对照组明显提升(P＜0.05),整体上增强絮团组的亚硝酸氮水平与絮团组和对照组差异显著(P＜0.05).养殖结束时,添加巨大芽孢杆菌组的对虾体长、体重水平均显著高于另2组.本研究建立了一种简单可行的功能益生菌发酵方式,并验证添加功能益生菌可提高生物絮团技术在对虾养殖中的效果.