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。     

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.     

异养硝化-好氧反硝化菌生物脱氮特性及相关催化酶系的研究进展

养殖废水中氮元素的积累可能造成水体富营养化。为了实现养殖废水中氮的去除,通常采用传统的自养硝化异养反硝化生物脱氮工艺,而异养硝化-好氧反硝化(heterotrophic nitrification-artobic denitrification, HN-AD)菌的出现实现了生物脱氮技术的突破。HN-AD菌能同步实现硝化和反硝化作用,具有分布范围广、适应能力强、世代时间短和脱氮速率快等优势,因此在养殖废水处理领域具有广阔的应用前景。本研究系统综述HN-AD菌的生物脱氮特性、影响因素、作用机制、相关催化酶系以及在实际废水处理中的应用,并从HN-AD菌株筛选、脱氮原理和实际应用等方面提出建议,旨在为HN-AD菌在养殖废水处理中的应用研究提供基础资料。[中国渔业质量与标准,2023,13(1):33-41]     

水力停留时间对厌氧反应器脱氮效果的影响

本研究使用自主设计的厌氧反硝化器,以斜发沸石为填料,自然挂膜,与循环水养殖系统一级生物滤池串接,探索不同水力停留时间(HRT)下反应器的脱氮效果。结果显示,在实验过程中,反应器对无机氮(IN)、总氮(TN)均有较好的去除效果。在低水力停留时间(HRT7.43h)下,反应器主要去除的是氨氮(NH_4~+-N);高水力停留时间下(HRT≥7.43h),反应器主要去除的是硝酸盐氮(NO_3~–-N)。当HRT为17.52h时,反应器的脱氮效果最好,NO_3~–-N去除率为77.48%。此后,HRT延长,脱氮效果下降。脱氮效果越好,亚硝酸盐氮(NO_2~–-N)、NH_4~+-N积累越严重,NO_2~–-N最先开始积累。本研究可为厌氧反硝化装备的开发提供参考。     

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)。     

菲律宾蛤仔对养殖池塘沉积物/水界面反硝化和厌氧氨氧化反应速率的影响

养殖尾水氮含量过高等富营养化问题是影响当前我国池塘养殖产业健康可持续发展的重要因素,反硝化和厌氧氨氧化是自然水生态系统中重要的氮循环过程,是沉积物氮素营养迁出的主要途径,埋栖型贝类通过滤水和蠕动等生命活动不仅能净化水质,还可以使沉积物颗粒混合并改变沉积物/水界面的物质交换。本研究于2020年9、10、11、12月采集菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)养殖池塘贝类区域(有贝区)和对照区域(无贝区)的沉积物表层样品,进行泥浆培养实验,利用氮稳定同位素示踪技术检测其反硝化和厌氧氨氧化反应速率,并分析了其与间隙水理化参数的相关性。结果显示,菲律宾蛤仔养殖池塘有贝区10月和11月样品检测到厌氧氨氧化反应,并有反硝化—厌氧氨氧化耦合反应;有贝区9—12月沉积物反硝化反应速率均高于无贝区,有贝区9月的反硝化反应速率最高(0.005 8 μmol/kg·h);水体温度与沉积物反硝化反应速率呈极显著正相关(P<0.01),氨氮(NH4+-N)浓度与厌氧氨氧化反应速率呈极显著正相关(P<0.01)。研究表明,海水池塘养殖生态系统中也存在厌氧氨氧化过程,养殖菲律宾蛤仔等埋栖型贝类有利于池塘沉积物/水界面的反硝化和厌氧氨氧化反应,有效地促进池塘沉积物脱氮过程,研究结果不仅丰富了海水养殖生态系统氮循环理论,也为开展尾水生物净化工作提供了新思路。     

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。     

自养反硝化研究进展及在循环水养殖系统中的应用

细菌反硝化过程是一种经济有效的硝酸盐去除方法,传统理论认为反硝化细菌是异养厌氧的,但最近自养反硝化细菌的发现,特别是脱氮硫杆菌的发现,引起了人们的极大兴趣。就自养反硝化研究进展及其在循环水养殖系统中得到应用的可行性作一概述。     

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。     

上流式反硝化生物过滤器中反硝化率与碳源的比较

使用硝化细菌降低过高氨浓度和亚硝酸盐浓度的有氧生物过滤系统是再循环养殖系统（RAS）常用的组件。然而，除非在RAS的设计中包含反硝化系统，否则为把硝酸盐浓度降至可接受水平仍然需要大量换水。本研究对应用于商业再循环养殖系统中的反硝化反应器的实样设计作了评估。对包括甲醇、醋酸、糖蜜、Cerelose（一种水解淀粉）4种碳源做了评价，以确定它们在商业化养殖条件下的适用性，以及确定其中的任何一种碳源是否会助长两种常见的“异味”化合物即2．甲基异茨醇（MIB）或土臭味素的产生。     

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...     

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。     

不同水力停留时间和进水硝酸盐浓度下香蕉杆为碳源的固相反硝化性能研究

固相反硝化去除水产养殖尾水中硝酸盐氮(NO₃^–-N)具有广阔的应用前景,水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)和进水硝酸盐浓度(influent nitrate concentration,INC)是影响反硝化系统反硝化性能的主要因素之一,需要对HRT进行优化,掌握其最大NO₃^–-N处理能力。本研究首次以香蕉杆为反硝化反应器的外加碳源,在流场环境下,测定不同HRT和INC下反硝化系统对NO₃^–-N、亚硝酸盐氮(NO₂^–-N)、氨氮(NH₄⁺-N)、总氮(TN)、总磷(TP)和化学需氧量(COD)的去除效果。并采用基于Illumina Miseq测序平台的高通量测序技术,对反硝化系统运行初期及末期的细菌群落进行16S rDNA V3和V4区测序分析。结果显示,香蕉杆反应器的最佳HRT为20 h,对应NO₃^–...     

单级生物接触氧化法去除海水养殖废水中的无机氮

利用在填料上人工接种微生物组成的浸没式生物接触氧化单级处理系统对养殖废水进行净化,效果良好。在试验水体体积与处理系统体积之比约为100∶1的情况下,对氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮起始质量浓度分别为4.0 mg/L、1.76 mg/L、800 mg/L,COD质量浓度为16.33 mg/L的养殖废水进行处理,发现处理系统中进行着强烈的硝化和反硝化作用:处理30 h,氨氮质量浓度下降并一直保持在0.1 mg/L;亚硝酸盐氮浓度48 h内,前6 h从1.76 mg/L短暂上升到2.24 mg/L,然后持续下降,最低到0.22 mg/L;对硝酸盐氮的反硝化作用能力也很强,经48 h处理,硝酸盐氮质量浓度从800 mg/L下降到180 mg/L。根据对处理过程中的水质测定,浸没式生物接触氧化单级处理试验系统具有较强的生物脱氮能力。     

菌藻联合调控氨氮新技术

随着淡水养殖集约化规模的扩大,水体氨氮的控制成为水质控制的关键。本文由水体的氮循环过程阐述r养殖水体氨氮积累的成因及危害,简单介绍了利用生物控制水体氨氮方法,并提出了菌藻联合调控新技术。1水体的氮素循环构成氮循环的主要环节是：生物体内有机氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。自然水体中的氮来自水生动植物尸体及排泄物的积累及腐败,含氮有机化合物通过营腐生细菌分解成氨氮、硫化氧等小分子无机物,然后由各种自养型微生物主要为硝化细菌的作用,转化为亚硝酸盐和硝酸盐,这3种氮素一方面被藻类和水生植物吸收,另一方面硝酸盐在缺氧条件下被反硝化细菌通过脱氮作用将硝态氮转化为氮气逸出水体,大气中的氮被固氮菌利用重新回到水体。     

厌氧/缺氧/好氧序批式反应器处理养殖尾水的脱氮除磷性能研究

为了探究厌氧/缺氧/好氧(anaerobic/anoxic/aerobic, A²/O)工艺试验装置处理模拟养殖尾水的处理效果，本研究在反硝化聚磷菌富集阶段，经过聚磷菌的活化、反硝化聚磷菌的富集、保持系统稳定三个阶段的富集培养，系统除磷率达到80%。在利用反硝化除磷菌处理模拟养殖尾水期间，通过A²/O工艺试验装置连续性进水出水，系统出水硝酸盐氮(NO^-₃-N)去除率全程达到了95%。出水的磷酸盐(PO₄^3-)去除率40%～50%,出水总氮(TN)去除率也稳定在88%,出水的总磷(TP)去除率在30%～50%。探究A²/O工艺试验装置处理高硝酸盐氮生物絮团尾水和循环水养殖尾水的处理效果时，通过额外添加乙酸钠充当碳源的方式，添加碳源维持碳氮比在3.4∶1的组别脱氮效果显著，但除磷效果不显著，未达到SC/T 9101—2007《淡水池塘养殖水排放要求》一级排放标准，需要进一步处理。     

在商业养殖场中运行的木屑生物反应器启动性能实例研究

正对可去除水产养殖排放废水中氮(N)的简单免维护技术存在需求。脱氮木屑生物反应器已成功用于去除地下水和地表水中的硝态氮(NO_3~--N),或许也具有应用于降低水产养殖废水流营养物浓度的潜力。然而,水产养殖业界对脱氮木屑生物反应器在室外商业养鱼场中的实际适用性还不了解,这包括实际使用中反应器的启动事项,如达到稳定性能所需时间,及其可能的生物析出等。本实例研究对木屑生物反应器(12.5 m~3)启动期间的时序特性做了调研。在丹麦的一个水体循环强度较低的商业性室外     

微生物制剂在水产养殖中脱氮除磷试验

正随着集约化、高密度水产养殖的发展,氨氮、亚硝酸盐含量过高、蓝藻水华等现象愈来愈多,严重影响了水产动物的生长,究其原因,主要是因为水体不能够有效地进行脱氮除磷;为此,我们采用益生活水(以YG-24-反硝化聚磷菌为主要菌种,配合芽孢杆菌和光合细菌)进行了一系列的生物脱氮除磷试验。一、试验11.试验材料本试验在江苏江心源生态水产有限公司养殖基地的标准河蟹养殖塘进行,面积6亩,水     

预培养生物膜法在海水循环水养殖系统中的应用效果

为缩短新建海水循环水养殖系统生物过滤器硝化功能构建时间,通过预培养生物膜的方法获得已建立完全硝化功能的2.5 m3过滤材料,将其置于新建系统的生物过滤器中进行硝化细菌接种,系统放养美国红鱼(Sciaenops ocellatusL innaeus)。结果表明:经12 d系统的硝化功能成熟,养殖池氨态氮维持在0.50 mg/L左右,亚硝态氮维持在0.10 mg/L以下,系统运行34 d,硝态氮上升至63.58 mg/L。18~48 d系统稳定运行阶段,养殖池出水口氨态氮平均值0.44 mg/L,进水口氨态氮平均值0.05 mg/L,一次性平均去除率88.64%。系统的日换水量1%。养殖1个月,美国红鱼成活率90.91%,养殖密度达28.65 kg/m3水体。预培养生物膜法有效缩短了海水生物过滤器硝化功能构建的时间,具有操作简单、节约时间、系统运行稳定的特点,将使内陆地区开展海水鱼养殖变为可能。