菌藻聯(lián)合處理羅氏沼蝦育苗廢水的效果

焦蓉婷，沈強(qiáng)，葉捷

(1.浙江竟成環(huán)境咨詢(xún)有限公司，浙江 杭州 311100； 2.溫州市環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)科學(xué)研究院，浙江 溫州 325000)

據(jù)《2016年全國(guó)漁業(yè)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，2016年，我國(guó)水產(chǎn)品總產(chǎn)量為6 901.25萬(wàn)t，其中，養(yǎng)殖產(chǎn)量5 142.39萬(wàn)t，占水產(chǎn)品總產(chǎn)量的74.5%，水產(chǎn)養(yǎng)殖已經(jīng)成為保障食品供給的重要途徑。育苗是水產(chǎn)養(yǎng)殖的重要環(huán)節(jié)，換水量大，如何處理育苗廢水是業(yè)界的關(guān)注熱點(diǎn)。

生物修復(fù)技術(shù)因具有經(jīng)濟(jì)、高效、低耗、可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)點(diǎn)，在養(yǎng)殖廢水修復(fù)中發(fā)揮了其他修復(fù)技術(shù)無(wú)法代替的作用。目前，基于生物修復(fù)技術(shù)處理養(yǎng)殖廢水的案例很多：傅雪軍等[1-2]利用自然凈化微生物掛膜法去除養(yǎng)殖廢水的氨氮；劉宏文等[3]借助微藻吸收海水中無(wú)機(jī)鹽的屬性和海綿泵入海水中可阻留消化微藻的能力，研究其對(duì)養(yǎng)殖水體中無(wú)機(jī)氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽去除的效果。同時(shí)，利用微生物制劑凈化養(yǎng)殖廢水的研究也有很多。已有研究證實(shí)，將微生物應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中，對(duì)改善水質(zhì)、降低水體富營(yíng)養(yǎng)化有顯著效果[4-5]。

近年來(lái)，浙江省已經(jīng)發(fā)展成為羅氏沼蝦苗種的主要生產(chǎn)地區(qū)[6]。本研究基于現(xiàn)有的關(guān)于小球藻、枯草芽孢桿菌凈水能力的研究，利用植物、微生物在一定的條件下可相互協(xié)同的特點(diǎn)[7-8]，將兩者結(jié)合來(lái)系統(tǒng)處理羅氏沼蝦育苗養(yǎng)殖廢水，對(duì)比凈化效果，嘗試為羅氏沼蝦育苗養(yǎng)殖廢水的處理提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置及環(huán)境條件

試驗(yàn)采用塑料桶，試驗(yàn)廢水2 L，取自湖州菱湖一養(yǎng)殖戶(hù)的羅氏沼蝦育苗場(chǎng)。設(shè)置3個(gè)試驗(yàn)組，分別添加20 mL經(jīng)活化的枯草芽孢桿菌、20 mL小球藻、20 mL小球藻+20 mL經(jīng)活化的枯草芽孢桿菌(各處理中的菌液濃度或小球藻濃度相同)，空白組不做任何處理。每組設(shè)3個(gè)重復(fù)，將空白組、試驗(yàn)組的12個(gè)塑料桶放置于通風(fēng)、不易受干擾的條件下。

1.2 試驗(yàn)藻、菌來(lái)源

小球藻購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所淡水藻種庫(kù)，密度為1.0×108mL-1。枯草芽孢桿菌購(gòu)自廣州市威元生物科技有限公司，有效活菌數(shù)≥2.0×1010mL-1。

1.3 監(jiān)測(cè)指標(biāo)及方法

試驗(yàn)開(kāi)始后，每隔5 d測(cè)定總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH3-N)含量，以及高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)，取樣后補(bǔ)水至2 L，試驗(yàn)共持續(xù)20 d。

TN的測(cè)定參照GB 11894—1989，采用堿性過(guò)硫酸鉀消解—紫外分光光度法；TP的測(cè)定參照GB 11893—1989，采用鉬酸銨分光光度法；NH3-N的測(cè)定參照HJ 536—2009，采用水楊酸分光光度法；CODMn的測(cè)定參照GB/T 15464—1995，采用高錳酸鉀法。

1.4 試驗(yàn)儀器

UV-7502 PC紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，利用DPS 9.0.5進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用Origin 7.5制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理水體中總氮的變化

由圖1可知，試驗(yàn)組TN含量顯著低于空白對(duì)照組。原養(yǎng)殖廢水中，TN的含量為2.782 mg·L-1，試驗(yàn)結(jié)束后，空白組的TN含量降低為2.186 mg·L-1，說(shuō)明在水體中TN自身能夠進(jìn)行部分降解。小球藻組TN含量降低至1.324 mg·L-1，去除率為52.4%；枯草芽孢桿菌組TN含量降低至1.220 mg·L-1，去除率為56.2%；菌+藻組TN含量降低至0.816 mg·L-1，去除率為70.7%，較其他試驗(yàn)組除氮能力更強(qiáng)。

圖1 不同處理污水中總氮濃度隨時(shí)間的變化

2.2 不同處理水體中總磷的變化

由圖2可知，空白對(duì)照組的TP含量也有一定下降，但試驗(yàn)組去除磷的能力強(qiáng)于對(duì)照組。在原養(yǎng)殖廢水中，TP含量為0.064 0 mg·L-1。試驗(yàn)結(jié)束后，小球藻組TP含量降低至0.018 9 mg·L-1，去除率達(dá)到70.5%；枯草芽孢桿菌組TP含量降低至0.028 6 mg·L-1，去除率為55.3%；菌+藻組TP含量降低至0.014 8 mg·L-1，去除率達(dá)到76.9%，較其他試驗(yàn)組去除磷的能力更強(qiáng)。

圖2 不同處理污水中總磷濃度隨時(shí)間的變化

2.3 不同處理水體中氨氮的變化

由圖3可知，試驗(yàn)組NH3-N的降解率明顯高于空白組。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，水體中NH3-N含量為0.066 0 mg·L-1。試驗(yàn)結(jié)束后，小球藻組NH3-N含量變?yōu)?.020 1 mg·L-1，去除率為69.6%；枯草芽孢桿菌組NH3-N含量變?yōu)?.025 9 mg·L-1，去除率為60.8%；菌+藻組NH3-N含量降至0.013 3 mg·L-1，去除率為79.8%，較其他試驗(yàn)組對(duì)廢水中NH3-N的去除效果更強(qiáng)。

圖3 不同處理污水中氨氮濃度隨時(shí)間的變化

2.4 不同處理水體中CODMn的變化

由圖4可知，空白組中CODMn波動(dòng)變化，但試驗(yàn)前后差異不大，而各試驗(yàn)組CODMn在試驗(yàn)期間始終明顯低于空白組。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，水體中的CODMn為7.507 mg·L-1。試驗(yàn)結(jié)束后，小球藻組CODMn為6.712 mg·L-1，降解率為10.6%；枯草芽孢桿菌組CODMn為6.916 mg·L-1，降解率為7.9%；菌+藻組CODMn為6.601 mg·L-1，降解率為12.1%，較其他試驗(yàn)組去除CODMn的能力更強(qiáng)。

圖4 不同處理污水中CODMn濃度隨時(shí)間的變化

3 小結(jié)與討論

本試驗(yàn)研究了單菌、單藻、菌+藻聯(lián)合處理羅氏沼蝦育苗廢水的效果，主要結(jié)論如下：小球藻、枯草芽孢桿菌均具有一定的去除水體氮、磷，降低水體氨氮和CODMn的能力，小球藻、枯草芽孢桿菌對(duì)TN的去除率分別為52.4%、56.2%，對(duì)TP的去除率分別為70.5%、55.3%，對(duì)NH3-N的去除率分別為69.6%、60.8%，對(duì)CODMn的去除率分別為10.6%、7.9%。小球藻-枯草芽孢桿菌聯(lián)合處理對(duì)水體中上述各指標(biāo)的降解效果更好，TN去除率為70.7%，TP去除率為76.9%，NH3-N去除率為79.8%，CODMn去除率為12.1%。菌-藻聯(lián)合修復(fù)羅氏沼蝦育苗廢水具有比單藻、單菌處理更好的凈化效果，可作為今后養(yǎng)殖廢水處理的優(yōu)先選擇。

試驗(yàn)期間，空白組自身的TN、TP、NH3-N、CODMn均略有下降，這可能得益于水體中已有微生物自身的降解作用，以及含氮、磷顆粒物的沉降[9]。試驗(yàn)期間，枯草芽孢桿菌與小球藻對(duì)水體起著不同的作用。對(duì)于枯草芽孢桿菌來(lái)說(shuō)，在水體中通過(guò)芽孢進(jìn)行較快的生長(zhǎng)繁衍能夠占據(jù)水體而形成優(yōu)勢(shì)菌群，可直接或者間接影響水體中其他菌種的繁衍生長(zhǎng)。枯草芽孢桿菌通過(guò)吸收水體中的有機(jī)質(zhì)(包括殘餌、水中生物排泄物等)而生長(zhǎng)，并以此來(lái)降低水體中的CODMn。同時(shí)，枯草芽孢桿菌可通過(guò)直接利用水體中存在的亞硝酸鹽，分解碳類(lèi)、氨類(lèi)等化合物，達(dá)到凈化水質(zhì)的效果[10]，降低水中總氮、總磷、氨氮的量。對(duì)于小球藻來(lái)說(shuō)，小球藻通過(guò)同化水中的氨氮來(lái)滿足自身生長(zhǎng)，促進(jìn)微生物對(duì)氨氮的硝化作用，達(dá)到降低氨氮的作用，并能顯著去除廢水中的總氮和總磷。同時(shí)，由于小球藻生長(zhǎng)需要從外界吸收有機(jī)物，因而也能達(dá)到去除CODMn的目的。枯草芽孢桿菌或小球藻對(duì)羅氏沼蝦養(yǎng)殖廢水均有一定的凈化能力，但二者聯(lián)合處理的效果要優(yōu)于單菌或者單藻，此結(jié)果可能與菌藻系統(tǒng)中菌和藻的協(xié)同作用有關(guān)。在水體中，枯草芽孢桿菌能夠?qū)⒋蠓肿佑袡C(jī)物通過(guò)自身作用轉(zhuǎn)化成小分子化合物，藻類(lèi)在水體中可以直接吸收這些小分子化合物。同時(shí)，小球藻在利用水體中的氮、磷等鹽類(lèi)的時(shí)候會(huì)放出氧氣，提升水體中的溶解氧，制造出一個(gè)適于芽孢桿菌生長(zhǎng)的生態(tài)環(huán)境。菌-藻之間的互利共生關(guān)系，提高了它們各自的生態(tài)作用[11]。試驗(yàn)結(jié)果也顯示，在本試驗(yàn)條件下，枯草芽孢桿菌與小球藻之間確實(shí)存在一定的互利共生關(guān)系。這為菌-藻聯(lián)合治理羅氏沼蝦漁業(yè)廢水提供了一定的參考。