幾種有益菌在養殖水體中降解亞硝酸鹽的研究應用

段玉奇,李哲,倪孟僑,時夢瑤,王奎濤,2

(1.河北科技大學 化學與制藥工程學院，河北 石家莊 050018；2.河北省藥用分子化學重點實驗室，河北 石家莊 050018)

伴隨著水產養殖業的快速發展,我國在水產產品的供給問題上取得了突破性的成就。根據《2020中國漁業統計年鑒》數據顯示,全國水產品總產量達到了6 480.36萬t[1]。為了追求更高的養殖利潤,養殖戶擴大養殖密度,導致養殖水體的富營養化,養殖水體中產生了大量有毒害物質,其中最具代表性的有毒害物質亞硝酸鹽能使生物體內血紅蛋白由二價鐵轉變為三價生成高鐵血紅蛋白,破壞血紅蛋白攜氧能力,而造成組織細胞缺氧,濃度超過0.5 mg/L時會導致魚蝦死亡[2-4]。

1 生物修復凈水

生物修復凈水是通過添加有益菌來改善養殖水體微生物群落結構,有益菌可利用部分有毒害物質作為碳源氮源等作為自生生長繁殖的原料，分解養殖池池底淤泥與有機物達到凈化水質目的，是一種目前水產養殖使用最多、最經濟環保的方法,其副作用小、無殘留、成本低且效果顯著等特點,被越來越多的養殖戶所關注。

1.1 枯草芽孢桿菌水質凈化劑

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、穩定性好且繁殖速度快的一種有益菌。國內外實驗研究發現枯草芽孢桿菌對養殖污水具有很好的凈化作用,在養殖水體中還可被用作疾病控制、加強免疫反應、生長促進劑、生物修復劑以及生物增強劑等[5-10]。

1.2 光合細菌水質凈化劑

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

1.3 硝化細菌和反硝化細菌水質凈化劑

硝化反應第1階段：

硝化反應第2階段：

總反應式：

產生的硝酸根離子,可被藻類同化及吸收,也可被反硝化細菌轉化為氮氣排出水體。反硝化細菌是一種革蘭氏陰性的異養型、兼性厭氧細菌,其反硝化作用的反應方程式如下:

反硝化反應第1階段：

反硝化反應第2階段：

總反應式：

兩種細菌聯合作用,能有效降低水體中的亞硝酸鹽。傳統的使用方法是將菌粉活化后直接潑灑在養殖池內,伴隨著固定化技術[24]的發展,其在污水處理領域已被廣泛使用。

固定化技術用于養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。當其投入養殖水體時，能夠定植于高濃度有機物的池底，或是利用其吸附特性吸附有機物，在高濃度有機物的條件下，使反應更徹底，反應速度更快[25]。其具有性質穩定、價格低廉、高效快速、微生物流失少等優點。謝冰等[26]、馮本秀等[27]、王莉等[28]通過固定化技術大大提高了硝化細菌降氨氮的速率,其中利用海藻酸鈉-氯化鈣(CA)的固定化技術降氨氮速率最快,24 h后能達到90%以上。Deng Ming等[29]從水產養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,利用固定碳源充當碳源以及固定載體,預計在實際的養殖水體中能有良好的效果。

2 存在的問題

目前,由于我國養殖水體環境的復雜特性,針對不同的養殖水體需要不同的益生菌,否則很難達到預期的效果,這也導致不同養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。而且大多益生菌對生長環境要求較高,很難在養殖水體中快速繁殖,再者容易被魚蝦等水產生物所食用,所以其在養殖水體中是不斷消耗的,要想維持生物修復的速率,則需要人工定期不斷的投入益生菌,這也擴大了養殖戶的養殖成本。

3 發展優勢

目前主要用作養殖污水處理的方法有物理吸附法[30]、電化學氧化法[31]、金屬還原法[32]、生物修復法[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。而生物修復法不僅能有效降低養殖水體有毒害物質的含量,而且引進的部分益生菌具有抑制有毒害物質、提高生物免疫力、改良水質、促進生物生長等優點。將生物修復法結合厭氧好氧工藝法[36-38](A/O工藝法)處理養殖污水,可以有效提高有機物與氨氮的去除率。其以原污水為微生物的碳源,并且技術成熟,建設和運行費用較低,真正達到了低耗高效的目的。

4 展望

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