Die chinesische Aquakulturindustrie entwickelt sich in Richtung hoher Dichte und Intensität, und die Anreicherung von NH4+-N, NO2--N und NO{2}}N im Wasser der Aquakultur hat die Effizienz erheblich beeinträchtigt der Wasserressourcenzirkulation und der Qualität aquatischer Produkte. Heterotrophe Nitrifikations-aerobe Denitrifikationsbakterien (HN-AD) können Stickstoff aus Aquakulturwasser unter Bedingungen mit hohem gelöstem Sauerstoff entfernen und sind der Schlüssel zur Reinigung der Aquakulturwasserqualität.
In diesem Artikel wird kurz der Klassifizierungsstatus von Mikroorganismen mit HN-AD-Funktion beschrieben, die Merkmale mikrobieller Gemeinschaften mit HN-AD-Funktion erläutert, die Expansionseffizienz von HN-AD-Bakterien in Bezug auf Salztoleranz, Pestizidabbau und Antibiotikaentfernung analysiert und die Effizienz untersucht der HN-AD-Prozessregulierung basierend auf Umweltfaktoren. Abschließend wird die zukünftige Entwicklungsrichtung der HN-AD-Technologie vorhergesagt.
Angetrieben von den doppelten Zielen der nachhaltigen Entwicklung und des „Carbon Peak“ entwickelt sich die HN-AD-Technologie in Richtung höherer Effizienz, Nachhaltigkeit und geringer CO2-Emissionen und hilft der Aquakulturindustrie, die Effizienz des Wasserrecyclings und die Aquakulturdichte kontinuierlich zu verbessern.
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) und eine Reihe von Desinfektionsmaßnahmen werden die Anzahl der denitrifizierenden Mikrobenflora im Zuchtwasser reduzieren, was weiter zur Anreicherung von NH4+-N und NO2--N führen wird die Gesundheit von Wassertieren und die Effizienz der Kreislaufaquakultur im Fabrikmaßstab. Daher ist übermäßiger Stickstoff ein zentrales technisches Problem, das in der Kreislaufaquakultur im Fabrikmaßstab gelöst werden muss. Der Autor beschreibt kurz den aktuellen Stand der Forschung zur mikrobiellen Flora mit HN-AD-Funktion und ihrer Anwendung bei der Behandlung komplexer Aquakulturabwässer, um eine Referenz für HN-AD zu liefern, um die Entwicklung der Aquakultur auf eine hochdichte, intensive und nachhaltige Weise zu unterstützen .
Im traditionellen Teichzuchtmodell sind HN-AD-Bakterien auf der Stammebene in Proteobakterien und Actinobakterien konzentriert. Mit der Weiterentwicklung von Aquakulturmodellen sind mikrobielle Gemeinschaften häufiger anzutreffen, und HN-AD-Bakterien wurden nach und nach in Bacteroidetes und Firmicutes gefunden. In jeder Landwirtschaftsform sind Proteobakterien der wichtigste Bakterienstamm, der eine führende Rolle im Denitrifikationsprozess spielt und hauptsächlich aus Betaproteobakterien und Gammaproteobakterien besteht. Der zweite dominante Stamm ist Bacteroidetes, der über eine reiche heterotrophe Flora verfügt, organische Stoffe effektiv abbauen kann und hauptsächlich am Nitrifikationsprozess beteiligt ist. In jedem Landwirtschaftsmodus sind Flavobacteriia die dominierende Bakterienklasse von Bacteroidetes, die die Fähigkeit besitzen, Phosphor zu denitrifizieren und zu entfernen, und sie sind auch die dominierende Bakterienklasse im Belebtschlammbehandlungssystem. Darüber hinaus können Firmicutes durch Sporen extremen Umgebungen widerstehen und auch HN-AD-Prozesse durchführen.
Erweiterte Funktionen der mikrobiellen Gemeinschaften von HN-AD
Bei der Behandlung von Aquakulturabwässern mit hohem Salzgehalt stammen die meisten salztoleranten HN-AD-Bakterien aus dem Meer, Belebtschlamm und Salzfeldern, und ihre Salztoleranz und Denitrifikationsleistung sind unterschiedlich. Der Großteil der Forschung auf diesem Gebiet konzentriert sich derzeit auf die Abtrennung salztoleranter HN-AD-Bakterien. Der Schlüssel zur Verbesserung der Denitrifikationseffizienz von Wasseraufbereitungsprozessen liegt in der vollständigen Erforschung der Methode zur Anreicherung funktioneller HN-AD-Bakterien unter Salzwasserbedingungen und zur Erzielung stabiler HN-AD.
Bei der Behandlung von pestizidhaltigem Abwasser aus Aquakulturen haben Forscher nacheinander herausgefunden, dass einige HN-AD-Bakterien Phosphor ansammeln und entfernen können, hauptsächlich Acinetobacter, Pseudomonas und Enterobacter. Zukünftig kann es durch effiziente HN-AD-Bakterien weiter untersucht und kultiviert oder mit anderen Verfahren gekoppelt werden, um die Entfernungsrate von organischem Phosphor zu verbessern, sodass es bei der Behandlung von pestizidhaltigen Aquakulturabwässern weiter gefördert werden kann.
Die Behandlung von Antibiotika-Abwasser aus Aquakulturen hat die Aufmerksamkeit von Forschern auf sich gezogen, aber die Behandlung von Antibiotika ist derzeit auf kleine Laborbioreaktoren wie MBBR, SBR usw. beschränkt, und obwohl die HN-AD-Technologie und Bioreaktoren zur Entfernung eingesetzt werden Restantibiotika sind wirksam, das Vorhandensein von Antibiotika verändert die mikrobielle Gemeinschaftsstruktur im Wasseraufbereitungssystem und die mikrobielle Resistenz wird erhöht, was zu einem erhöhten Risiko für damit verbundene Fisch- und Menschenkrankheiten führt.
Forscher haben herausgefunden, dass einige HN-AD-Bakterien die beiden Eigenschaften Schwermetallresistenz und Denitrifizierung besitzen und ein großes Potenzial für die Behandlung schwermetallhaltiger Aquakulturabwässer aufweisen. HN-AD-Bakterien sind einem langfristigen Selektionsdruck durch die Umwelt ausgesetzt, und sowohl Zellen als auch Stoffwechselfunktionen haben eine entsprechende Toleranz entwickelt, um der Wirkung und Toxizität dieser Schwermetallionen zu widerstehen. Die Mechanismen der Zellstoffwechselprozesse zum Umgang mit verschiedenen Schwermetallen sind unterschiedlich. Da unterschiedliche Aquakulturabwässer unterschiedliche Arten und Konzentrationen von Schwermetallen enthalten können, sollten in der tatsächlichen Anwendung effiziente HN-AD-Bakterien entsprechend den unterschiedlichen Abwassereigenschaften ausgewählt und die Reaktorparameter angepasst werden, um die Entfernungseffizienz von Schwermetallionen zu verbessern. Um diesen Prozess besser kontrollieren zu können, ist es außerdem entscheidend, den Migrations- und Transformationsmechanismus von Schwermetallionen im Abwasser der Aquakultur zu untersuchen.
Umweltfaktoren, die den HN-AD-Prozess regulieren
Im Aquakulturprozess führen komplexe, mehrfache Wasseraufbereitungsprozesse zu komplexen Wasserumgebungsbedingungen. Umweltfaktoren können die Denitrifikationskapazität von Mikroorganismen steigern, indem sie die Stoffwechselkapazität mikrobieller Gemeinschaften regulieren. Daher kann der HN-AD-Prozess durch Änderung von Sauerstoffgehalt, Kohlenstoffquelle, C/N, Temperatur und pH-Wert präzise reguliert werden, um die Denitrifikationseffizienz zu verbessern.
Zukünftige Entwicklung
Zukünftig können weitere Untersuchungen zum Einsatz dieser Technologie zur Behandlung von Aquakulturabwässern unter folgenden Gesichtspunkten durchgeführt werden:
(1) Verbesserung der Entfernungseffizienz von NH4+-N. Aquakulturabwässer haben einen hohen NH4+-N-Gehalt. Forscher können die Entfernungseffizienz von NH4+-N weiter verbessern, indem sie die Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaft optimieren, Betriebsparameter anpassen und das Reaktordesign verbessern.
(2) Kombiniert mit anderen Behandlungstechnologien. Die HN-AD-Technologie kann mit Biofilmreaktoren, künstlichen Feuchtgebieten und anderen Technologien kombiniert werden, um ein effizienteres Abwasserbehandlungssystem zu bilden und bessere Abwasserreinigungseffekte zu erzielen.
(3) Energieautarkie. Die aktuelle HN-AD-Technologie verbraucht bei der Abwasseraufbereitung viel Energie. Der zukünftige Entwicklungstrend besteht darin, neue Energierückgewinnungstechnologien zu nutzen, beispielsweise die durch die Methanoxidationsreaktion erzeugte Energie zur Versorgung des Denitrifikationsprozesses zu nutzen, die Abhängigkeit des Systems von externer Energie zu verringern und die Nachhaltigkeit zu verbessern.
(4) CO2-Emissionen weiter reduzieren. Da die Bedeutung der Reduzierung von Kohlenstoffemissionen immer wichtiger wird, wird sich der zukünftige Entwicklungstrend auf die Reduzierung der Kohlenstoffemissionen der HN-AD-Technologie konzentrieren. Dies kann durch ein verbessertes Systemdesign, den Einsatz effizienterer Technologien zur Gastrennung und -rückgewinnung oder durch die Nutzung alternativer Kohlenstoffquellen erreicht werden, beispielsweise durch die Nutzung erneuerbarer Energien oder organischer Stoffe aus Abfällen als Ersatz für herkömmliche organische Kohlenstoffquellen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich die HN-AD-Technologie in Zukunft in Richtung höherer Effizienz, Nachhaltigkeit und geringerer Kohlenstoffemissionen entwickeln und damit den kontinuierlichen Fortschritt der Aquakultur in Richtung hoher Dichte, Intensität und Nachhaltigkeit fördern wird.