幾種有益菌在養(yǎng)殖水體中降解亞硝酸鹽的研究應(yīng)用

段玉奇,李哲,倪孟僑,時(shí)夢瑤,王奎濤,2

(1.河北科技大學(xué) 化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河北 石家莊 050018；2.河北省藥用分子化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050018)

伴隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展,我國在水產(chǎn)產(chǎn)品的供給問題上取得了突破性的成就。根據(jù)《2020中國漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)顯示,全國水產(chǎn)品總產(chǎn)量達(dá)到了6 480.36萬t[1]。為了追求更高的養(yǎng)殖利潤,養(yǎng)殖戶擴(kuò)大養(yǎng)殖密度,導(dǎo)致養(yǎng)殖水體的富營養(yǎng)化,養(yǎng)殖水體中產(chǎn)生了大量有毒害物質(zhì),其中最具代表性的有毒害物質(zhì)亞硝酸鹽能使生物體內(nèi)血紅蛋白由二價(jià)鐵轉(zhuǎn)變?yōu)槿齼r(jià)生成高鐵血紅蛋白,破壞血紅蛋白攜氧能力,而造成組織細(xì)胞缺氧,濃度超過0.5 mg/L時(shí)會導(dǎo)致魚蝦死亡[2-4]。

1 生物修復(fù)凈水

生物修復(fù)凈水是通過添加有益菌來改善養(yǎng)殖水體微生物群落結(jié)構(gòu),有益菌可利用部分有毒害物質(zhì)作為碳源氮源等作為自生生長繁殖的原料，分解養(yǎng)殖池池底淤泥與有機(jī)物達(dá)到凈化水質(zhì)目的，是一種目前水產(chǎn)養(yǎng)殖使用最多、最經(jīng)濟(jì)環(huán)保的方法,其副作用小、無殘留、成本低且效果顯著等特點(diǎn),被越來越多的養(yǎng)殖戶所關(guān)注。

1.1 枯草芽孢桿菌水質(zhì)凈化劑

枯草芽孢桿菌是一種革蘭氏陽性的嗜溫、好氧、耐酸堿、耐氧化、穩(wěn)定性好且繁殖速度快的一種有益菌。國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌對養(yǎng)殖污水具有很好的凈化作用,在養(yǎng)殖水體中還可被用作疾病控制、加強(qiáng)免疫反應(yīng)、生長促進(jìn)劑、生物修復(fù)劑以及生物增強(qiáng)劑等[5-10]。

1.2 光合細(xì)菌水質(zhì)凈化劑

光合細(xì)菌是一種既能在厭氧光照又能在好氧黑暗中進(jìn)行光合作用的革蘭氏陰性菌，其在養(yǎng)殖池中普遍存在，是水體自然凈化的生力軍。

1.3 硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌水質(zhì)凈化劑

硝化反應(yīng)第1階段：

硝化反應(yīng)第2階段：

總反應(yīng)式：

產(chǎn)生的硝酸根離子,可被藻類同化及吸收,也可被反硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化為氮?dú)馀懦鏊w。反硝化細(xì)菌是一種革蘭氏陰性的異養(yǎng)型、兼性厭氧細(xì)菌,其反硝化作用的反應(yīng)方程式如下:

反硝化反應(yīng)第1階段：

反硝化反應(yīng)第2階段：

總反應(yīng)式：

兩種細(xì)菌聯(lián)合作用,能有效降低水體中的亞硝酸鹽。傳統(tǒng)的使用方法是將菌粉活化后直接潑灑在養(yǎng)殖池內(nèi),伴隨著固定化技術(shù)[24]的發(fā)展,其在污水處理領(lǐng)域已被廣泛使用。

固定化技術(shù)用于養(yǎng)殖水體主要是通過利用物理材料將有益菌固定在有限的空間，并且保持其活性。當(dāng)其投入養(yǎng)殖水體時(shí)，能夠定植于高濃度有機(jī)物的池底，或是利用其吸附特性吸附有機(jī)物，在高濃度有機(jī)物的條件下，使反應(yīng)更徹底，反應(yīng)速度更快[25]。其具有性質(zhì)穩(wěn)定、價(jià)格低廉、高效快速、微生物流失少等優(yōu)點(diǎn)。謝冰等[26]、馮本秀等[27]、王莉等[28]通過固定化技術(shù)大大提高了硝化細(xì)菌降氨氮的速率,其中利用海藻酸鈉-氯化鈣(CA)的固定化技術(shù)降氨氮速率最快,24 h后能達(dá)到90%以上。Deng Ming等[29]從水產(chǎn)養(yǎng)殖的生物絮凝物中分離出的DM02菌株在中性或弱堿性條件下,對硝酸鹽氮以及亞硝酸鹽氮具有較好的降解效率,利用固定碳源充當(dāng)碳源以及固定載體,預(yù)計(jì)在實(shí)際的養(yǎng)殖水體中能有良好的效果。

2 存在的問題

目前,由于我國養(yǎng)殖水體環(huán)境的復(fù)雜特性,針對不同的養(yǎng)殖水體需要不同的益生菌,否則很難達(dá)到預(yù)期的效果,這也導(dǎo)致不同養(yǎng)殖戶對于同一種微生物制劑的反饋不一。相比于其他凈水方法,生物修復(fù)凈水周期更長,起效更慢,不適合短期快速降解水體有毒害物質(zhì)。而且大多益生菌對生長環(huán)境要求較高,很難在養(yǎng)殖水體中快速繁殖,再者容易被魚蝦等水產(chǎn)生物所食用,所以其在養(yǎng)殖水體中是不斷消耗的,要想維持生物修復(fù)的速率,則需要人工定期不斷的投入益生菌,這也擴(kuò)大了養(yǎng)殖戶的養(yǎng)殖成本。

3 發(fā)展優(yōu)勢

目前主要用作養(yǎng)殖污水處理的方法有物理吸附法[30]、電化學(xué)氧化法[31]、金屬還原法[32]、生物修復(fù)法[33-35]。物理吸附法常用的吸附劑是活性炭,但是吸附量較低,只適用于低濃度的氨氮廢水。電化學(xué)氧化法對氨氮的去除效率高,但是成本也高,相比于其他方法優(yōu)勢不明顯。金屬還原法還原硝酸鹽對pH要求很高,僅在pH=2～4.5的條件下,鐵粉才能快速的將硝酸鹽還原為銨。而生物修復(fù)法不僅能有效降低養(yǎng)殖水體有毒害物質(zhì)的含量,而且引進(jìn)的部分益生菌具有抑制有毒害物質(zhì)、提高生物免疫力、改良水質(zhì)、促進(jìn)生物生長等優(yōu)點(diǎn)。將生物修復(fù)法結(jié)合厭氧好氧工藝法[36-38](A/O工藝法)處理養(yǎng)殖污水,可以有效提高有機(jī)物與氨氮的去除率。其以原污水為微生物的碳源,并且技術(shù)成熟,建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用較低,真正達(dá)到了低耗高效的目的。

4 展望

作為世界第一養(yǎng)殖大國的中國，目前面對的養(yǎng)殖水體污染問題日益突出，這也使得當(dāng)今社會的人們對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的“質(zhì)”與“量”的問題越來越重視。近年來，為達(dá)到綠色環(huán)保的目的，生物修復(fù)法逐漸走進(jìn)人們的視野，但是其主要用作城市生活污水污泥處理以及土壤修復(fù)，對于水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)還是鮮有成果，其主要原因還是歸結(jié)于沒有立竿見影的效果，導(dǎo)致養(yǎng)殖戶不愿意冒風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行嘗試。而物理法與化學(xué)法能快速降低養(yǎng)殖水體有毒害物質(zhì)的含量，雖然其治標(biāo)不治本，但是與生物修復(fù)法結(jié)合使用可能會有奇效，只是菌體與物理化學(xué)物質(zhì)的共同儲存使用問題又將是需要探究的一大難點(diǎn)。隨著社會的進(jìn)步，越來越多的凈水物質(zhì)將被發(fā)掘，而生物修復(fù)法勢必也會在我國被廣泛應(yīng)用起來，兩者相結(jié)合起來必將會有很好的發(fā)展前景。