Čínsky priemysel akvakultúry sa rozvíja smerom k vysokej hustote a intenzite a akumulácia NH4+-N, NO{1}}N a NO3--N vo vode akvakultúry vážne ovplyvnila účinnosť cirkulácie vodných zdrojov a kvality vodných produktov. Baktérie heterotrofnej nitrifikácie-aeróbnej denitrifikácie (HN-AD) môžu odstraňovať dusík z vody akvakultúry v podmienkach vysokého rozpusteného kyslíka a sú kľúčom k čisteniu kvality vody z akvakultúry.
Tento článok stručne popisuje stav klasifikácie mikroorganizmov s funkciou HN-AD, vysvetľuje charakteristiky mikrobiálnych spoločenstiev s funkciou HN-AD, analyzuje účinnosť expanzie baktérií HN-AD v tolerancii soli, degradácii pesticídov a odstraňovaní antibiotík a skúma účinnosť. regulácie procesu HN-AD na základe faktorov prostredia. Nakoniec sa predpovedá budúci vývoj technológie HN-AD.
Technológia HN-AD, poháňaná dvojitými cieľmi trvalo udržateľného rozvoja a „uhlíkovým vrcholom“, sa vyvíja smerom k vyššej účinnosti, udržateľnosti a nízkym emisiám uhlíka, čím pomáha odvetviu akvakultúry neustále zlepšovať efektivitu recyklácie vody a hustotu akvakultúry.
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) a séria dezinfekčných opatrení zníži počet denitrifikačnej mikrobiálnej flóry v chovnej vode, čo ďalej povedie k akumulácii NH4+-N a NO2--N, čo ovplyvní zdravie vodných živočíchov a účinnosť recirkulačnej akvakultúry v priemyselnom meradle. Preto je nadbytok dusíka kľúčovým technickým problémom, ktorý je potrebné vyriešiť v recirkulačnej akvakultúre v továrni. Autor stručne popisuje súčasný stav výskumu mikrobiálnej flóry s funkciou HN-AD a jej aplikáciu pri čistení komplexných odpadových vôd z akvakultúry, aby poskytol referenciu pre HN-AD, ktorá pomôže akvakultúre rozvíjať sa vysokohustotným, intenzívnym a udržateľným spôsobom. .
V tradičnom modeli chovu rybníkov sa baktérie HN-AD koncentrujú v proteobaktériách a aktinobaktériách na úrovni kmeňa. S ďalším vývojom modelov akvakultúry sa mikrobiálne spoločenstvá stali hojnejšími a baktérie HN-AD sa postupne našli v Bacteroidetes a Firmicutes. V každom spôsobe chovu sú proteobaktérie hlavným dominantným bakteriálnym kmeňom, ktorý hrá vedúcu úlohu v procese denitrifikácie a pozostáva najmä z betaproteobaktérií a gamaproteobaktérií. Druhým dominantným kmeňom je Bacteroidetes, ktorý má bohatú heterotrofnú flóru, dokáže účinne odbúravať organickú hmotu a podieľa sa najmä na procese nitrifikácie. V každom režime chovu je Flavobacteriia dominantnou bakteriálnou triedou Bacteroidetes, ktorá má schopnosť denitrifikovať a odstraňovať fosfor, a je tiež dominantnou bakteriálnou triedou v systéme úpravy aktivovaného kalu. Firmicutes navyše dokáže odolávať extrémnym prostrediam prostredníctvom spór a môže tiež vykonávať procesy HN-AD.
Rozšírené funkcie mikrobiálnych spoločenstiev HN-AD
Pri čistení vysoko slaných odpadových vôd z akvakultúry väčšina baktérií HN-AD tolerantných voči soli pochádza z oceánu, aktivovaného kalu a soľných polí a ich odolnosť voči soli a denitrifikačná výkonnosť sú odlišné. Väčšina výskumov v tejto oblasti sa v súčasnosti zameriava na separáciu HN-AD baktérií tolerantných voči soli. Kľúčom k zlepšeniu účinnosti denitrifikácie procesov úpravy vody je úplné preskúmanie metódy obohatenia funkčných baktérií HN-AD v podmienkach slanej vody a dosiahnutie stabilnej HN-AD.
Pri čistení odpadových vôd z akvakultúry obsahujúcich pesticídy výskumníci postupne zistili, že niektoré baktérie HN-AD môžu akumulovať a odstraňovať fosfor, najmä Acinetobacter, Pseudomonas a Enterobacter. V budúcnosti môže byť ďalej skrínovaný a kultivovaný účinnými baktériami HN-AD alebo spojený s inými procesmi na zlepšenie rýchlosti odstraňovania organického fosforu, aby sa mohol ďalej podporovať pri čistení odpadových vôd z akvakultúry obsahujúcich pesticídy.
Úprava antibiotickej odpadovej vody z akvakultúry pritiahla pozornosť výskumníkov, ale liečba antibiotík je v súčasnosti obmedzená na malé laboratórne bioreaktory, ako sú MBBR, SBR atď., a hoci použitie technológie HN-AD a bioreaktorov na odstránenie zvyškové antibiotiká sú účinné, prítomnosť antibiotík mení štruktúru mikrobiálnej komunity v systéme úpravy vody a zvyšuje sa mikrobiálna rezistencia, čo vedie k zvýšeniu rizika súvisiacich chorôb rýb a ľudí.
Výskumníci zistili, že niektoré baktérie HN-AD majú dvojité vlastnosti odolnosti voči ťažkým kovom a denitrifikácie a vykazujú veľký potenciál pri čistení odpadových vôd z akvakultúry obsahujúcich ťažké kovy. Baktérie HN-AD prešli dlhodobým environmentálnym selekčným tlakom a bunky aj metabolické funkcie si vyvinuli zodpovedajúcu toleranciu, aby odolali vplyvu a toxicite týchto iónov ťažkých kovov. Mechanizmy bunkových metabolických procesov na riešenie rôznych ťažkých kovov sú rôzne. Pretože rôzne odpadové vody z akvakultúry môžu obsahovať rôzne typy a koncentrácie ťažkých kovov, pri skutočnej aplikácii by sa účinné baktérie HN-AD mali vyberať podľa rôznych charakteristík odpadových vôd a parametre reaktora by sa mali upraviť tak, aby sa zlepšila účinnosť odstraňovania iónov ťažkých kovov. Okrem toho, aby sa tento proces lepšie kontroloval, je nevyhnutné preskúmať mechanizmus migrácie a transformácie iónov ťažkých kovov v odpadových vodách akvakultúry.
Faktory prostredia regulujúce proces HN-AD
V procese akvakultúry vytvárajú zložité viaceré procesy úpravy vody zložité podmienky vodného prostredia. Faktory prostredia môžu zvýšiť denitrifikačnú kapacitu mikroorganizmov reguláciou metabolickej kapacity mikrobiálnych spoločenstiev. Preto je možné proces HN-AD presne regulovať zmenou DO, zdroja uhlíka, C/N, teploty a pH, aby sa zlepšila účinnosť denitrifikácie.
Budúci vývoj
V budúcnosti sa môže uskutočniť ďalší výskum využitia tejto technológie na čistenie odpadových vôd z akvakultúry v týchto aspektoch:
(1) Zlepšenie účinnosti odstraňovania NH4+-N. Odpadová voda z akvakultúry má vysoký obsah NH4+-N. Výskumníci môžu ďalej zlepšiť účinnosť odstraňovania NH4+-N optimalizáciou zloženia bakteriálnej komunity, úpravou prevádzkových parametrov a zlepšením konštrukcie reaktora.
(2) V kombinácii s inými technológiami spracovania. Technológia HN-AD môže byť kombinovaná s biofilmovými reaktormi, umelými mokraďami a ďalšími technológiami na vytvorenie efektívnejšieho systému čistenia odpadových vôd na dosiahnutie lepších účinkov čistenia odpadových vôd.
(3) Energetická sebestačnosť. Súčasná technológia HN-AD spotrebuje veľa energie v procese čistenia odpadových vôd. Budúcim vývojovým trendom je využívanie nových technológií získavania energie, ako je využitie energie generovanej oxidačnou reakciou metánu na zásobovanie denitrifikačného procesu, zníženie závislosti systému od vonkajšej energie a zlepšenie udržateľnosti.
(4) Ďalej znižovať emisie uhlíka. Keďže dôležitosť znižovania emisií uhlíka je čoraz významnejšia, budúci vývojový trend sa zameria na znižovanie emisií uhlíka technológie HN-AD. Dá sa to dosiahnuť zlepšením návrhu systému, prijatím efektívnejších technológií separácie a regenerácie plynu alebo využitím alternatívnych zdrojov uhlíka, ako je využívanie obnoviteľnej energie alebo organickej hmoty generovanej odpadom na nahradenie tradičných zdrojov organického uhlíka.
Stručne povedané, v budúcnosti sa technológia HN-AD bude vyvíjať smerom k vyššej účinnosti, udržateľnosti a nízkym emisiám uhlíka, čím sa podporí neustály pokrok akvakultúry smerom k vysokej hustote, intenzite a udržateľnosti.