Egenskaper hos HN-AD bakterieflora och dess tillämpning i vattenbruksrening av avloppsvatten

Kinesisk vattenbruksindustri utvecklas i riktning mot hög densitet och intensivitet, och ackumuleringen av NH4+-N, NO2--N och NO3--N i vattenbruksvatten har allvarligt påverkat effektiviteten av vattenresurscirkulationen och kvaliteten på akvatiska produkter. Heterotrofa nitrifikation-aerob denitrifikationsbakterier (HN-AD) kan ta bort kväve från vattenbruksvatten under förhållanden med högt löst syre och är nyckeln till att rena vattenbrukets vattenkvalitet.

Denna artikel beskriver kortfattat klassificeringsstatusen för mikroorganismer med HN-AD-funktion, förklarar egenskaperna hos mikrobiella samhällen med HN-AD-funktion, analyserar expansionseffektiviteten för HN-AD-bakterier i salttolerans, nedbrytning av bekämpningsmedel och avlägsnande av antibiotika, och utforskar effektiviteten av HN-AD processreglering baserad på miljöfaktorer. Slutligen förutsägs den framtida utvecklingsriktningen för HN-AD-tekniken.

Driven av de dubbla målen hållbar utveckling och "carbon peak" utvecklas HN-AD-teknologin i riktning mot högre effektivitet, hållbarhet och låga koldioxidutsläpp, vilket hjälper vattenbruksindustrin att kontinuerligt förbättra vattenåtervinningseffektiviteten och vattenbrukets täthet.

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), och en rad desinfektionsåtgärder kommer att minska antalet denitrifierande mikrobiell flora i avelsvattnet, vilket ytterligare kommer att leda till ackumulering av NH4+-N och NO2--N, vilket påverkar vattenlevande djurs hälsa och effektiviteten hos återcirkulerande vattenbruk i fabriksskala. Därför är överskott av kväve ett centralt tekniskt problem som måste lösas i fabriksskala recirkulerande vattenbruk. Författaren beskriver kortfattat den aktuella statusen för forskning om mikrobiell flora med HN-AD-funktion och dess tillämpning vid rening av komplext vattenbruksavloppsvatten, för att ge en referens för HN-AD för att hjälpa vattenbruket att utvecklas på ett högdensitet, intensivt och hållbart sätt .

I den traditionella dammförädlingsmodellen är HN-AD-bakterier koncentrerade i Proteobacteria och Actinobacteria på filumnivå. Med den fortsatta utvecklingen av vattenbruksmodeller har mikrobiella samhällen blivit rikligare och HN-AD-bakterier har gradvis hittats i Bacteroidetes och Firmicutes. I varje odlingsläge är Proteobacteria den huvudsakliga dominerande bakteriefilumen, som spelar en ledande roll i denitrifieringsprocessen och består huvudsakligen av Betaproteobacteria och Gammaproteobacteria. Den andra dominerande filumen är Bacteroidetes, som har en rik heterotrof flora, effektivt kan bryta ned organiskt material och huvudsakligen deltar i nitrifikationsprocessen. I varje odlingsläge är Flavobacteriia den dominerande bakterieklassen av Bacteroidetes, som har förmågan att denitrifiera och avlägsna fosfor, och som också är den dominerande bakterieklassen i det aktiverade slambehandlingssystemet. Dessutom kan Firmicutes motstå extrema miljöer genom sporer och kan även utföra HN-AD-processer.

Vid rening av vattenbruksavloppsvatten med hög salthalt kommer de flesta salttoleranta HN-AD-bakterier från havet, aktivt slam och saltfält, och deras salttolerans och denitrifieringsprestanda är olika. Den mesta forskningen inom detta område fokuserar för närvarande på separation av salttoleranta HN-AD-bakterier. Nyckeln till att förbättra denitrifieringseffektiviteten för vattenbehandlingsprocesser är att helt utforska metoden för att berika funktionella HN-AD-bakterier under saltvattenförhållanden och uppnå stabil HN-AD.

Vid rening av vattenbruksavloppsvatten som innehåller bekämpningsmedel har forskare successivt funnit att vissa HN-AD-bakterier kan ackumulera och ta bort fosfor, främst Acinetobacter, Pseudomonas och Enterobacter. I framtiden kan den ytterligare screenas och odlas av effektiva HN-AD-bakterier eller kopplas till andra processer för att förbättra avlägsningshastigheten för organisk fosfor, så att den kan främjas ytterligare vid rening av vattenbruksavloppsvatten som innehåller bekämpningsmedel.

Reningen av antibiotika från vattenbruksavloppsvatten har uppmärksammats av forskare, men behandlingen av antibiotika är för närvarande begränsad till småskaliga laboratoriebioreaktorer, såsom MBBR, SBR, etc., och även om användningen av HN-AD-teknik och bioreaktorer för att ta bort kvarvarande antibiotika är effektiv, förekomsten av antibiotika förändrar den mikrobiella samhällsstrukturen i vattenreningssystemet och den mikrobiella resistensen ökar, vilket leder till en ökning av risken av relaterade fiskar och mänskliga sjukdomar.

Forskare har funnit att vissa HN-AD-bakterier har de dubbla egenskaperna tungmetallresistens och denitrifiering, och visar stor potential vid behandling av vattenbruksavloppsvatten som innehåller tungmetaller. HN-AD-bakterier har genomgått ett långvarigt miljöselektionstryck, och både celler och metaboliska funktioner har utvecklat motsvarande tolerans för att motstå påverkan och toxiciteten av dessa tungmetalljoner. Mekanismerna för cellmetaboliska processer för att hantera olika tungmetaller är olika. Eftersom olika vattenbruksavloppsvatten kan innehålla olika typer och koncentrationer av tungmetaller, bör effektiva HN-AD-bakterier i faktisk tillämpning väljas enligt olika avloppsvattenegenskaper, och reaktorparametrar bör justeras för att förbättra borttagningseffektiviteten av tungmetalljoner. Dessutom, för att bättre kontrollera denna process, är det avgörande att utforska migrations- och omvandlingsmekanismen för tungmetalljoner i vattenbruksavloppsvatten.

I vattenbruksprocessen skapar komplexa multipelvattenbehandlingsprocesser komplexa vattenmiljöförhållanden. Miljöfaktorer kan förbättra denitrifieringskapaciteten hos mikroorganismer genom att reglera den metaboliska kapaciteten hos mikrobiella samhällen. Därför kan HN-AD-processen regleras exakt genom att ändra DO, kolkälla, C/N, temperatur och pH för att förbättra denitrifieringseffektiviteten.

I framtiden kan ytterligare forskning om användningen av denna teknik för att behandla vattenbruksavloppsvatten utföras i följande aspekter:

(1) Förbättra borttagningseffektiviteten för NH4+-N. Vattenbruksavloppsvatten har ett högt NH4+-N-innehåll. Forskare kan ytterligare förbättra avlägsnandet av NH4+-N genom att optimera bakteriesamhällets sammansättning, justera driftsparametrar och förbättra reaktordesignen.

(2) Kombinerat med andra behandlingstekniker. HN-AD-tekniken kan kombineras med biofilmreaktorer, konstgjorda våtmarker och andra tekniker för att bilda ett mer effektivt avloppsvattenreningssystem för att uppnå bättre avloppsvattenreningseffekter.

(3) Självförsörjning med energi. Den nuvarande HN-AD-tekniken förbrukar mycket energi vid rening av avloppsvatten. Den framtida utvecklingstrenden är att använda ny energiåtervinningsteknik, som att använda energin som genereras av metanoxidationsreaktionen för att försörja denitrifieringsprocessen, minska systemets beroende av extern energi och förbättra hållbarheten.

(4) Ytterligare minska koldioxidutsläppen. När vikten av att minska koldioxidutsläppen blir allt mer framträdande kommer den framtida utvecklingstrenden att fokusera på att minska koldioxidutsläppen från HN-AD-tekniken. Detta kan uppnås genom att förbättra systemdesignen, anta effektivare gasseparerings- och återvinningstekniker eller använda alternativa kolkällor, som att använda förnybar energi eller organiskt material som genereras av avfall för att ersätta traditionella organiska kolkällor.

Sammanfattningsvis kommer HN-AD-teknologin i framtiden att utvecklas i riktning mot högre effektivitet, hållbarhet och låga koldioxidutsläpp, och därigenom främja vattenbrukets kontinuerliga framsteg mot hög densitet, intensivitet och hållbarhet.