菌藻共生處理水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水的研究進(jìn)展

中圖分類號(hào)：S917.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1004—6755（2025）05—0082—03

Abstract： With the rapid development of the aquaculture industry and the expansion of farming scales， the treatment of aquaculture tailwater has become a critical issue for the water ecological environments and the sustainable development of the aquaculture. This paper analyzes the application potential of bacteria一algae symbiotic systems in aquaculture tailwater treatment，discusses the effectiveness and removal mechanisms of such systems for conventional pollutants （e.g.，carbon， nitrogen，and phosphorus），as wellas contaminants（e.g.，heavy metals and antibiotics），and summarizes the factors influencing the treatment efficacy of the bacterial-algal symbiotic system.

Key words：bacterial-algal symbiotic；tail water treatment；removal mechanism；influencing factors

中國(guó)是世界第一水產(chǎn)養(yǎng)殖大國(guó)，水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量占全球水產(chǎn)養(yǎng)殖總產(chǎn)量的 70% 左右[1]。根據(jù)《中國(guó)漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》（2023年）公布的數(shù)據(jù)顯示，水產(chǎn)養(yǎng)殖在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中占據(jù)著重要地位，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和糧食安全做出了重要貢獻(xiàn)2。然而，隨著集約化和高密度養(yǎng)殖模式的推廣，水產(chǎn)品產(chǎn)量顯著提高的同時(shí)，也加劇了水環(huán)境的污染。尾水處理是確保水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)可持續(xù)性和環(huán)境保護(hù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)處理尾水的方法為常規(guī)物理和化學(xué)方法，但這些方法雖然見效迅速，但存在僅適用于小規(guī)模水域，成本較高且容易引發(fā)二次污染等問題。相較于傳統(tǒng)方法，生物處理技術(shù)因其環(huán)境友好性和較低的經(jīng)濟(jì)成本越來越受到關(guān)注，其中，菌藻共生系統(tǒng)已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)之一。

1 菌藻共生系統(tǒng)

藻類一細(xì)菌聯(lián)合體的概念最早于1981年提出，旨在研究絮凝藻類一細(xì)菌系統(tǒng)對(duì)氮的吸收機(jī)制[3]微藻與細(xì)菌的共生系統(tǒng)是近年來最受關(guān)注的藻菌共生系統(tǒng)。在這一系統(tǒng)中，藻類為細(xì)菌提供 O₂ 和有機(jī)化合物，而細(xì)菌為藻類提供 CO₂ 、N和 P 等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及鐵載體、維生素、激素和群體檢測(cè)信號(hào)分子，從而增強(qiáng)藻類的酶活性和代謝功能，最終提高處理效率和生物量生產(chǎn)效率[4]。在自然界中，細(xì)菌與藻類形成共生關(guān)系，成為天然水域凈化的重要生態(tài)基礎(chǔ)。該系統(tǒng)通過利用藻類一細(xì)菌共生中的 CO₂-O₂ 循環(huán)和物質(zhì)循環(huán)的協(xié)同作用，展現(xiàn)出顯著的凈化效果，不僅顯著提高了對(duì)污染物的吸附與降解能力[5，還能同時(shí)實(shí)現(xiàn)污染物的去除、 CO₂ 的利用以及微藻生物質(zhì)的生成，具有經(jīng)濟(jì)性佳、效能顯著且生態(tài)友好的優(yōu)勢(shì)。

2菌藻共生對(duì)養(yǎng)殖尾水污染物的處理效果

2.1 常規(guī)污染物

馬瑞陽等使用普通小球藻與芽孢桿菌共固定處理海產(chǎn)養(yǎng)殖尾水效果較優(yōu)， NH₄⁺-N PO₄^3--P ，TP和 COD_Mn 的去除率分別為96.57%.98.62%.89.89% 和 39.09% ，均符合養(yǎng)殖尾水排放標(biāo)準(zhǔn)。Li等8使用活性污泥與海水小球藻處理海產(chǎn)養(yǎng)殖廢水時(shí)， COD_Cr 、TN、PO₄^3--P 的去除率分別為 96.87%.95.70% ，94.34% 。由此可見，菌藻共生系統(tǒng)具有較好的脫氮除磷能力，通過微生物的代謝作用、藻體和菌體的吸收以及外界環(huán)境變化的調(diào)節(jié)，能夠有效地去除廢水中的常見污染物，從而促進(jìn)水體中物質(zhì)的高效轉(zhuǎn)化和資源化利用。

2.2 抗生素

未經(jīng)有效處理的抗生素若直接排入水體，會(huì)對(duì)地下水和淡水水體造成嚴(yán)重污染，對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。楊俊等9研究發(fā)現(xiàn)，斜生四鏈藻在 ^48h 內(nèi)對(duì)四環(huán)素最大去除率為 90% Zhou等[10]報(bào)道了枯草芽孢桿菌和小球藻聯(lián)合在四環(huán)素脅迫下處理廢水的效果，發(fā)現(xiàn)聯(lián)合處理組對(duì)TP、 NH₄⁺-N， 四環(huán)素和COD去除率分別為95.44%.96.18%.74.20% 和 81.36% ，均高于單藻類組的去除效果。這些研究表明，藻類與細(xì)菌的協(xié)同作用有效提高了抗生素及相關(guān)污染物的轉(zhuǎn)化與吸收效率，展現(xiàn)了該系統(tǒng)的高效性和穩(wěn)定性。

2.3 重金屬

重金屬極易被水生生物吸收，并在生物體內(nèi)長(zhǎng)期積累且無法降解。Li等[11使用響應(yīng)面法研究了不同生物系統(tǒng)在去除與轉(zhuǎn)化碑方面的能力。結(jié)果顯示，菌藻共生系統(tǒng)作為一種高效的生物處理技術(shù)，通過生物吸附、生物富集和胞外聚合物（EPS）吸附三個(gè)階段，能夠有效去除水體中的重金屬離子，超出了其他單一生物系統(tǒng)。

3菌藻共生系統(tǒng)的影響因素

3.1 微生物組成

菌藻共生系統(tǒng)主要包括污水與藻類、活性污泥與藻類和特定細(xì)菌與藻類混合培養(yǎng)。不同藻種菌株對(duì)污染物的吸收率、生長(zhǎng)速率大相徑庭，因此選擇合適的菌種和藻種至關(guān)重要。Tan等[12]在沼液中培養(yǎng)5種微藻證明了它們有很強(qiáng)的適應(yīng)性并且不會(huì)受到氨的抑制，其中小球藻脫氮效率達(dá)到 96.3% 。Chaudhary等[13]研究發(fā)現(xiàn)普通小球藻和斜生柵藻分別能夠去除市政污水中 76.3% 和 76% 的 COD，94. 2% 和 92.6% 的氨，以及94.8% 和 93.1% 的磷酸鹽。藻、菌種類的選擇對(duì)共生系統(tǒng)凈化效率起了關(guān)鍵限制作用。由此可見，構(gòu)建高效穩(wěn)定的菌藻共生系統(tǒng)時(shí)，對(duì)尾水中各類營(yíng)養(yǎng)成分的進(jìn)行全面分析，并根據(jù)其濃度和成分，有針對(duì)性地選擇生命力旺盛、去污能力強(qiáng)、可相互促進(jìn)生長(zhǎng)代謝的菌種和藻種構(gòu)建菌藻共生系統(tǒng)，可以提升菌藻共生系統(tǒng)的凈化效率。

3.2 菌藻接種比例

微藻與共培養(yǎng)微生物的接種比例是影響共培養(yǎng)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素[14]。不同的初始接種比例會(huì)顯著影響藻類的生長(zhǎng)速度，合適的接種比例能夠促進(jìn)微藻與微生物之間的協(xié)同效應(yīng)，從而提高尾水處理共培養(yǎng)系統(tǒng)的整體性能。Qv等[15]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)活性污泥與微藻的比例為 5：1 時(shí)，在孵育的第5天 NH₄⁺-N 的去除率顯著高于單一微藻系統(tǒng)和單獨(dú)活性污泥系統(tǒng)。Huang等[16研究表明申氏菌與小球藻的接種比例從 1：2 增加到1：50 時(shí)，共生系統(tǒng)的協(xié)同效應(yīng)呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)，最佳比例為 1：20 ，有效提升了生物質(zhì)產(chǎn)量。菌藻比例會(huì)影響系統(tǒng)中氮磷的去除效果，如果能夠保持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，不僅能夠顯著提高菌藻共培養(yǎng)物對(duì)水質(zhì)的凈化能力，還能促進(jìn)水生生物群體的生存與繁衍。

3.3 環(huán)境因素

光質(zhì)、光強(qiáng)、溫度、溶氧等因素對(duì)藻類的光合作用、細(xì)菌的生理功能以及細(xì)菌與藻類的相互作用都有不同程度的影響。包美玲等[17]研究發(fā)現(xiàn)污泥與小球藻聯(lián)合構(gòu)建的藻菌共生短程脫氮系統(tǒng)在 5000lx 下時(shí)，對(duì)模擬沼液的TN和TP的去除率分別為 93.22% 和 82.38% 。朱琳等[18]研究表明，在微藻一菌顆粒污泥中較高的溫度有利于微生物的生長(zhǎng)，從而促進(jìn)有機(jī)物 （NH₄⁺-N） 的去除。張瀚藝等[19]研究了沼澤紅假單胞菌與波吉卵囊藻共培養(yǎng)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)溫度為 30^°C ，光照強(qiáng)度為 3500lx ，鹽度 15‰ 時(shí)能夠有效去除 NH₄⁺- N.NO₂^--N 和尿素氮。在菌藻共生系統(tǒng)中，溶解氧（DO）濃度受菌藻比、光照條件和外部氧氣供應(yīng)的影響。賈曉彤等[20]研究表明，蛋白核小球藻一地衣芽孢桿菌一惡臭假單胞菌共培養(yǎng)系統(tǒng)在藍(lán)光、通氣量為 1.8L/min 及細(xì)菌接種量為 20% （體積比）條件下，TN去除率最大可達(dá) 93.7% 1d后TP基本上完全被去除。因此，在實(shí)際操作菌藻共生系統(tǒng)應(yīng)用于養(yǎng)殖尾水凈化時(shí)，應(yīng)選擇合適的溫度和光照強(qiáng)度等環(huán)境因素，以保障微藻與細(xì)菌的生長(zhǎng)活性，并實(shí)現(xiàn)尾水中污染物的最大去除效果。

4總結(jié)與展望

菌藻共生系統(tǒng)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，包括低成本和高有機(jī)污染物去除效率，同時(shí)能夠有效改善水質(zhì)和水體生態(tài)環(huán)境，然而，實(shí)際應(yīng)用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，需篩選優(yōu)質(zhì)菌藻種類，并優(yōu)化其比例和環(huán)境條件，以提高系統(tǒng)對(duì)尾水的適應(yīng)性和生物降解能力；其次，目前大多數(shù)研究仍局限于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模[21]，未來研究應(yīng)注重其在實(shí)際養(yǎng)殖尾水處理中的工業(yè)化應(yīng)用。為了提升菌藻共生系統(tǒng)的應(yīng)用效率，并優(yōu)化養(yǎng)殖場(chǎng)和廢水處理廠的操作工藝，未來研究應(yīng)著重于篩選適合的菌藻種類，強(qiáng)化菌藻間的代謝偶聯(lián)，從而在降低污染的同時(shí)將實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的高效回收，水資源循環(huán)利用、達(dá)標(biāo)排放等方面，推動(dòng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)向綠色、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的方向邁進(jìn)。

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（收稿日期：2025-03-26）