基于環(huán)保導(dǎo)向的微生物凈化魚塘養(yǎng)殖污水實(shí)驗(yàn)研究

楊炎鋒

（梅州市前川環(huán)保工程有限公司，廣東 梅州 514700）

引言

在當(dāng)今世界，環(huán)境保護(hù)已成為全球共同關(guān)注的重要議題。隨著人口的增加和工業(yè)化的不斷發(fā)展，環(huán)境污染問題日益突出，水資源的保護(hù)和可持續(xù)利用顯得尤為緊迫。魚塘養(yǎng)殖作為一種重要的水產(chǎn)養(yǎng)殖方式，為人們提供了豐富的食品資源，但同時(shí)也帶來了污水排放等環(huán)境問題。如何在養(yǎng)殖過程中實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用和污水凈化，成為迫切需要解決的難題。為了探索基于環(huán)保導(dǎo)向的微生物凈化魚塘養(yǎng)殖污水的有效方法，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究顯得尤為必要。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

購置市場中常用的枯草芽孢桿菌、硝化細(xì)菌以及光合細(xì)菌；魚塘養(yǎng)殖污水來自某魚塘，魚塘面積約為0.6平方千米，主要養(yǎng)殖草魚和鯉魚；光合細(xì)菌培養(yǎng)基為某企業(yè)所培養(yǎng)；硝化細(xì)菌培養(yǎng)基采用葡萄糖13.0 g、氯化銨1.3 g、磷酸二氫鉀0.6 g、硫酸鎂0.4 g以及氯化鈣0.4 g，加水定容為1 000 mL，并將其pH值調(diào)節(jié)至7.5，在120 ℃環(huán)境下滅菌20 min；枯草芽孢桿菌培養(yǎng)基采用胰化蛋白胨10 g、氯化鈣10 g以及提取酵母5 g，加水定容為1 000 mL，并將其pH值調(diào)節(jié)至7.0，在120 ℃環(huán)境下滅菌20 min.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

在微生物培養(yǎng)與預(yù)處理過程中，接種活化后的菌種在培養(yǎng)基中，枯草芽孢桿菌在37 ℃、180 r/min中培養(yǎng)；硝化細(xì)菌在32 ℃、110 r/min中培養(yǎng)；光合細(xì)菌在30 ℃、光照適宜的環(huán)境下靜置、厭氧培養(yǎng)，每日搖動(dòng)3次。在培養(yǎng)到對(duì)數(shù)生長期后，將單一或等比例混合之后的菌液200 mL，5 000 r/min，離心5 min，將上清棄置后，加入200 mL生理鹽水，離心操作重復(fù)一次；將50 mL生理鹽水混合沉淀后作為備用。

在養(yǎng)殖污水的凈化實(shí)驗(yàn)中，魚塘養(yǎng)殖污水水樣現(xiàn)取現(xiàn)用，取水面下深度50 cm的魚塘污水，采用脫脂棉進(jìn)行過濾后，取2 L污水放置在5 L的容器內(nèi)，并加入經(jīng)過處理的微生物，在自然環(huán)境下靜置7天。靜置過程中定期抽取上部水樣，并測定污水中CDD、總磷以及氨氮含量，將其作為微生物凈化作用的評(píng)價(jià)指標(biāo)[1]。

在測定方法中，氨氮測定采用納氏試劑比色法；總磷采用鉬銻抗分光光度法；CDO采用重鉻酸鉀法。

2 結(jié)果與分析

2.1 COD凈化結(jié)果

依據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，將單一或不同組合方式的混合微生物，投入魚塘養(yǎng)殖污水中進(jìn)行為期7日的處理，分別在第0、3、5、7天檢測水中的COD含量。根據(jù)檢測結(jié)果來看，經(jīng)過微生物處理后，污水中COD值含量顯著降低，對(duì)照組（不加入任何微生物）略有提升，證明枯草芽孢桿菌、硝化細(xì)菌以及光合細(xì)菌對(duì)于魚塘養(yǎng)殖污水的COD具有凈化作用。在采用單一微生物進(jìn)行處理時(shí)，硝化細(xì)菌的處理效果最差，枯草芽孢桿菌與光合細(xì)菌的處理效果較好，效果最好的為光合細(xì)菌，在第七天，去除率達(dá)到了94.5%；采用混合菌融合進(jìn)行處理時(shí)，含有光合細(xì)菌的混合溶液處理效果最好，在第七天，污水中COD去除率超過了80%；同時(shí)采用枯草芽孢桿菌、硝化細(xì)菌以及光合細(xì)菌的混合液，對(duì)污水COD處理效果最好，七天后去除率達(dá)到95.6%[2]。

2.2 總磷凈化結(jié)果

磷作為植物生長所必需的元素，在自然水與廢水中以各種磷酸鹽的形式存在，如果水中磷含量過高，會(huì)引起藻類過度繁殖等問題，對(duì)水體造成破壞，降低水體清澈度，還會(huì)破壞水體生態(tài)平衡。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以明確，在經(jīng)過7天的處理后，總磷含量顯著低于對(duì)照組，說明枯草芽孢桿菌、硝化細(xì)菌以及光合細(xì)菌對(duì)污水中的總磷具有去除凈化效果。與COD去除相比，前三天總磷的去除速度較快，后四天雖然總磷含量也在持續(xù)降低，但是降低速度較為緩慢；采用單一微生物對(duì)其進(jìn)行處理時(shí)，枯草芽孢桿菌與光合細(xì)菌的處理效果優(yōu)于硝化細(xì)菌；采用枯草芽孢桿菌、硝化細(xì)菌以及光合細(xì)菌混合液時(shí)處理效果最好，七天后去除率達(dá)到65.7%。采用兩種微生物的混合液，效果差于單獨(dú)使用枯草芽孢桿菌與光合細(xì)菌。

2.3 氨氮凈化結(jié)果

氨氮通常以游離氨或銨鹽形式存在于水中，其構(gòu)成比例與水體pH值有密切關(guān)系，如果水體pH值較高，則游離氨的比例較高，相反則銨鹽比例較高。高密度養(yǎng)殖污水中的氨氮主要來自餌料與魚類排泄物分解，是導(dǎo)致魚類與其他水生生物中毒死亡的主要污染物。在本次實(shí)驗(yàn)中，枯草芽孢桿菌、硝化細(xì)菌以及光合細(xì)菌對(duì)于污水氨氮都具有去除效果，但是相比于COD與總磷的去除效果較差。在前三天中，氨氮含量明顯下降，第四天下降速度開始降低，其中個(gè)別污水樣本七天后的氨氮含量高于第三天。枯草芽孢桿菌對(duì)于污水中氨氮的去除效果最差，七天后污水氨氮含量稍高于對(duì)照組；單獨(dú)采用硝化細(xì)菌的去除效果最好，七天后去除率達(dá)到了42.9%；采用復(fù)合菌時(shí)，含有硝化細(xì)菌的處理結(jié)果優(yōu)于其他復(fù)合菌，證明硝化細(xì)菌對(duì)于氨氮的去除能力高于枯草芽孢桿菌與光合細(xì)菌[3]。

2.4 綜合結(jié)果

將微生物處理池塘養(yǎng)殖污水結(jié)果進(jìn)行綜合對(duì)比后，結(jié)果（如表1所示）表明：采用適合微生物處理養(yǎng)殖污水時(shí)，微生物之間的相互作用對(duì)于結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響，比如枯草芽孢桿菌與光合細(xì)菌在單獨(dú)應(yīng)用的情況下，對(duì)氨氮的去除率只有8.6%與16.4%，在混合應(yīng)用情況下，氨氮去除率能夠達(dá)到20.0%；兩種微生物在單獨(dú)應(yīng)用時(shí)，對(duì)于總磷的去除率分別為51.8%與53.7%，混合應(yīng)用時(shí)只有36.2%；在單獨(dú)應(yīng)用光合細(xì)菌的情況下，污水COD去除率達(dá)到了94.5%，采用枯草芽孢桿菌、硝化細(xì)菌以及光合細(xì)菌混合液，去除率為95.6%；硝化細(xì)菌在與其他微生物混合后，對(duì)于氨氮的去除效果降低。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，微生物在對(duì)池塘污水進(jìn)行處理的過程中，具有一定的協(xié)同作用，但同時(shí)也具有拮抗作用，在部分情況下，采用單一微生物比復(fù)合微生物的效果更好。

表1 微生物處理池塘養(yǎng)殖污水結(jié)果

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)觀察了不同微生物之間的協(xié)同作用，枯草芽孢桿菌通過分解有機(jī)物，產(chǎn)生一些有益的代謝產(chǎn)物，為硝化細(xì)菌和光合細(xì)菌的生長提供了營養(yǎng)物質(zhì)。硝化細(xì)菌能夠?qū)钡扔泻ξ镔|(zhì)轉(zhuǎn)化為無害的硝酸鹽，光合細(xì)菌則在光照條件下進(jìn)行光合作用，為水體提供氧氣，促進(jìn)氨氮的氧化。三種微生物協(xié)同作用有助于實(shí)現(xiàn)魚塘污水中有機(jī)物和氨氮的降解和凈化。實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)了單一微生物與復(fù)合微生物之間的效果差異，在一些情況下，采用單一微生物菌劑比復(fù)合微生物菌劑更能顯著降低氨氮含量和有機(jī)物濃度。這主要是因?yàn)椴煌⑸镏g存在競爭和拮抗作用，復(fù)合微生物系統(tǒng)中可能出現(xiàn)某些微生物的生長被抑制的情況，因此，在實(shí)際應(yīng)用中需要選擇合適的微生物組合和菌劑配比。綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出結(jié)論：微生物技術(shù)在魚塘養(yǎng)殖污水凈化中具有潛力，通過選擇合適的微生物組合，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，微生物技術(shù)可以有效降解有機(jī)物，降低氨氮含量，改善魚塘水質(zhì)。但是實(shí)驗(yàn)也同時(shí)揭示了微生物之間的競爭和拮抗作用，以及不同條件下的差異，所以在實(shí)際應(yīng)用中，相關(guān)人員需要更加深入地研究微生物的生態(tài)特性，制定更加科學(xué)的處理方案。

3.2 建議

3.2.1 加強(qiáng)養(yǎng)殖魚塘污水調(diào)查

在開始微生物凈化之前，相關(guān)人員首先需要全面了解魚塘污水的來源和成分，包括污水的排放量、主要來源、污染物種類及濃度等信息，通過系統(tǒng)地調(diào)查，可以更準(zhǔn)確地了解污水特性，為制定后續(xù)凈化措施提供依據(jù)。污水中的水質(zhì)參數(shù)是評(píng)估污染程度的重要指標(biāo)，加強(qiáng)對(duì)污水中各種水質(zhì)參數(shù)（如氨氮、總氮、總磷、懸浮物等）的監(jiān)測，相關(guān)人員可以了解污水的污染程度及其變化趨勢，通過定期監(jiān)測，可以實(shí)時(shí)掌握微生物凈化效果，并及時(shí)調(diào)整凈化策略。不同微生物在污水中的作用和效果各異，在進(jìn)行魚塘污水調(diào)查過程中，相關(guān)人員需要了解污水中可能存在的微生物種類及其生態(tài)特性，比如適宜的生長溫度、pH值等，通過深入了解微生物的特性可以有針對(duì)性地選取適合的微生物來進(jìn)行凈化。魚塘養(yǎng)殖的水體特點(diǎn)受季節(jié)和氣候因素影響較大，不同季節(jié)污水特性可能存在差異，所以在進(jìn)行魚塘污水調(diào)查時(shí)，考慮不同季節(jié)的變化，有助于我們更好地理解污水特性的變化規(guī)律，為微生物凈化的實(shí)施制定更合理的計(jì)劃。整理歸納調(diào)查所得數(shù)據(jù)，建立污水?dāng)?shù)據(jù)庫，有助于更好地管理和分析污水信息。數(shù)據(jù)庫可以記錄污水特性的歷史變化，從而為微生物凈化的實(shí)施提供歷史數(shù)據(jù)支持，有利于我們更好地把握凈化效果。在進(jìn)行魚塘污水調(diào)查過程中，將實(shí)地調(diào)查與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合，可以更全面地了解污水情況。實(shí)地調(diào)查可以獲取真實(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)研究則可以深入探究微生物凈化的機(jī)理和效果，從而為凈化措施的制定提供更科學(xué)的依據(jù)[4]。

3.2.2 合理選擇微生物

根據(jù)魚塘污水的分析結(jié)果，確定目標(biāo)污染物是選擇微生物的關(guān)鍵步驟。不同微生物在降解不同污染物方面具有不同的特性，例如一些微生物擅長降解有機(jī)物，而另一些可能更適合處理氨氮等無機(jī)物，相關(guān)人員需要選擇能夠有效降解目標(biāo)污染物的微生物。在選擇微生物時(shí)，相關(guān)人員需要考慮它們的生態(tài)適應(yīng)性，微生物在不同的環(huán)境條件下具有不同的生長和代謝特性，所以需要根據(jù)魚塘的水質(zhì)、溫度、pH值等環(huán)境因素，選擇適應(yīng)性較強(qiáng)的微生物菌種，以確保其能夠在實(shí)際環(huán)境中正常生長和發(fā)揮作用。在微生物凈化過程中，不同微生物之間可能存在協(xié)同作用，相互促進(jìn)污染物的降解，所以在選擇微生物時(shí)，相關(guān)人員要考慮它們之間的協(xié)同效應(yīng)，合理組合多種微生物菌種，發(fā)揮協(xié)同作用，提升污水凈化效果。微生物的生長速率和代謝活性也是選擇的重要因素，一些微生物具有較快的生長速率和較高的代謝活性，可以在較短時(shí)間內(nèi)迅速降解污染物，而另一些微生物雖然生長速度較慢，但在長時(shí)間內(nèi)能夠穩(wěn)定發(fā)揮作用，相關(guān)人員可根據(jù)需要選擇適合的微生物以實(shí)現(xiàn)污水的長期穩(wěn)定凈化。在選擇微生物時(shí)，可以參考先前的研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，已有的文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以提供有關(guān)微生物的特性、適應(yīng)性和效果等方面的信息，為選擇合適的微生物提供參考依據(jù)[5]。

3.2.3 優(yōu)化微生物混合液配比

微生物菌種之間的作用機(jī)理各異，有些擅長降解有機(jī)物，有些能夠轉(zhuǎn)化氮、磷等無機(jī)物，其他可能具有協(xié)同作用。在優(yōu)化微生物混合液配比時(shí)，我們需要深入了解每種微生物的作用機(jī)理，以合理組合不同微生物，實(shí)現(xiàn)最佳的凈化效果。微生物需要一定的基質(zhì)來提供能量和營養(yǎng)物質(zhì)，選擇適宜的基質(zhì)能夠促進(jìn)微生物的繁殖和生長；不同微生物種類的含量應(yīng)根據(jù)其功能和活性來調(diào)整，比如硝化細(xì)菌的含量要相對(duì)較高，以實(shí)現(xiàn)將氨氮氧化為硝酸鹽；在微生物混合液中可以添加一些有益的共生微生物，如一些分解有機(jī)物的細(xì)菌和真菌，以提高有機(jī)物的降解效率；可以采用先培養(yǎng)后投放的方式，將優(yōu)選的微生物培養(yǎng)至一定數(shù)量和活性，之后投放到魚塘污水中進(jìn)行凈化處理；還要選擇適宜的培養(yǎng)容器，如生物濾池、生物膜等，提供良好的生長環(huán)境，使微生物能夠充分發(fā)揮凈化作用；在投放微生物后，需要定期監(jiān)測水質(zhì)指標(biāo)，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對(duì)微生物混合液的配比進(jìn)行調(diào)整，以保持穩(wěn)定的處理效果。

3.2.4 加強(qiáng)微生物凈化技術(shù)創(chuàng)新

為進(jìn)一步提高微生物凈化技術(shù)在魚塘養(yǎng)殖污水處理中的效率和可靠性，提升污水處理的環(huán)保性，相關(guān)人員需要加強(qiáng)微生物凈化技術(shù)創(chuàng)新。利用高通量測序技術(shù)對(duì)魚塘污水中的微生物群落進(jìn)行深入分析，了解各類微生物的種類、豐度以及相互關(guān)系，有助于更準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)微生物混合液；研究微生物在污水凈化過程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，如酶、抗生素等，探索其在污水處理中的應(yīng)用，可以提高微生物凈化效率；利用基因工程技術(shù)改良微生物的代謝途徑，增強(qiáng)其降解、氧化、還原等功能，可以提高微生物凈化污水的能力；深入挖掘具有高降解能力的微生物種質(zhì)資源，通過優(yōu)化培養(yǎng)條件和篩選技術(shù)，可以獲得高效的微生物菌種用于魚塘污水凈化；深入研究微生物在魚塘生態(tài)系統(tǒng)中的作用和相互關(guān)系，探索微生物在污水凈化過程中的生態(tài)學(xué)機(jī)制，能夠?yàn)榧夹g(shù)創(chuàng)新提供理論支持；將具有降解能力的微生物與水生植物結(jié)合，構(gòu)建微生物-植物協(xié)同凈化系統(tǒng)，可提高魚塘污水的處理效率；利用微生物與電極的相互作用，可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物降解和污水凈化，同時(shí)產(chǎn)生電能，具有雙重效益；將納米技術(shù)應(yīng)用于微生物凈化技術(shù)中，通過納米載體將微生物固定在凈化系統(tǒng)中，可提高微生物的穩(wěn)定性和降解效率；結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)，開發(fā)智能化的微生物凈化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測微生物群落結(jié)構(gòu)和活性，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控；開發(fā)環(huán)境友好型的微生物制劑，能夠強(qiáng)化其在污水凈化過程中的降解功能，同時(shí)不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。