復(fù)合微生物技術(shù)去除養(yǎng)殖尾水中氮、磷的優(yōu)化研究

中圖分類號：X714 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1004-6755（2025）10-0020-03

Abstract：To address the eutrophication of water environments caused by excessive nitrogen and phosphorus in aquaculture tail water，functional microbialconsortia were screened to investigate theefectsof environmental factors such as temperature and pH. A synergistic interaction model was established，and optimization experiments were conducted on composite microorganism一based nitrogen and phosphorus removal technology. The results demonstrated that the developed synergistic model accurately predicted treatment eficacy.The optimized technology exhibited robust stability across diverse aquaculture systems，the removal rates of total nitrogen and total phosphorus in aquaculture tail water exceed 89% and 91% . Additional advantages include low operational costs，simplified procedures，absence of secondary polution，broad applicability，and significant potential forwidespread implementation.

Key words：composite microorganisms; aquaculture tail water; nitrogen and phosphorus removal; microbial synergism;technology optimization

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的集約化發(fā)展，養(yǎng)殖尾水排放量激增，尾水中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)超標(biāo)成為引發(fā)水體富營養(yǎng)化的主要誘因。傳統(tǒng)物理化學(xué)處理技術(shù)存在成本高、易產(chǎn)生二次污染等問題，而微生物技術(shù)因具有高效、環(huán)保、可持續(xù)等優(yōu)勢被廣泛關(guān)注。蘇浩杰等[1總結(jié)了金屬改性生物炭對尾水中氮、磷的去除機(jī)理；楊宇航等2發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)板藻具有更好地去除再生水中N、P營養(yǎng)鹽的能力，并且具有更高的飽和光照強(qiáng)度”;李朝穎等3探討了濕地植物黃菖蒲對含鹽再生水中氮、磷污染物的去除效果；鄭漢杰等4發(fā)現(xiàn)，鹽度與水位雙重波動(dòng)會間接影響水體中氮、磷濃度，在實(shí)際應(yīng)用中可結(jié)合環(huán)境因子波動(dòng)進(jìn)一步優(yōu)化預(yù)測精度；岳琛等[5認(rèn)為添加生物炭可顯著提高對尾水中抗生素的去除率；李飛翔等探討了水力停留時(shí)間、草本鹽生植物、水流方式、季節(jié)和環(huán)境因子等因素對總磷、總氮和氨氮去除效果的影響。

但單一功能微生物在復(fù)雜尾水環(huán)境中往往難以發(fā)揮理想效能，而復(fù)合微生物菌群通過功能互補(bǔ)與協(xié)同作用可顯著提升氮、磷去除效率。當(dāng)前，復(fù)合微生物技術(shù)在菌群配比、環(huán)境適應(yīng)性及應(yīng)用工藝等方面仍存在優(yōu)化空間，本研究圍繞上述關(guān)鍵問題展開系統(tǒng)研究，構(gòu)建和優(yōu)化適用于養(yǎng)殖尾水脫氮除磷，高效穩(wěn)定的復(fù)合微生物技術(shù)體系。

1復(fù)合功能微生物的篩選與鑒定

1.1樣品采集與富集培養(yǎng)

采集淡水養(yǎng)殖池塘底泥、污水處理廣活性污泥及海水養(yǎng)殖區(qū)沉積物作為菌源樣品。采用梯度稀釋法，分別以氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮及磷酸鹽為唯一氮源或磷源，在LB液體培養(yǎng)基中進(jìn)行富集培養(yǎng)。培養(yǎng)條件為 振蕩培養(yǎng)，連續(xù)傳代5次以獲得優(yōu)勢菌群。

1.2功能菌株的分離純化與篩選

采用平板劃線法對富集后的菌群進(jìn)行分離純化，獲得單菌落。通過測定菌株對氨氮的氧化能力、對硝酸鹽的還原能力及對磷酸鹽的吸收能力篩選功能菌株。篩選出3株高效氨氧化菌株（命名為A1、A2、A3）、2株亞硝酸鹽還原菌株（命名為B1、B2）、3株硝酸鹽還原菌株（命名為C1、C2、C3）及2株高效聚磷菌株（命名為D1、D2）。

1.3菌株鑒定與生理特性分析

對篩選出的菌株進(jìn)行 基因序列測定，結(jié)果顯示：A1、A2、A3分別為亞硝酸單胞菌、亞硝酸球菌、亞硝酸弧菌；B1、B2分別為假單胞菌、產(chǎn)堿桿菌；C1、C2、C3分別為反硝化桿菌、芽孢桿菌、梭菌；D1、D2分別為不動(dòng)桿菌、氣單胞菌。對各菌株的生理特性分析表明，其最適生長溫度為 25～35^°C ，最適宜 ΔpH 值為 6.5～8.0 ，且均能在一定鹽度范圍內(nèi)生長。

2復(fù)合微生物菌群的構(gòu)建與優(yōu)化

2.1復(fù)合菌群配比

基于各菌株的功能特性，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)探究不同菌株配比對氮磷去除效果的影響。選取A1、B1、C1、D1作為核心菌株，設(shè)置4因素3水平正交試驗(yàn)，因素為A1與B1的比例 （1：1，1：2 72：1） 、B1與C1的比例 （1：1.1：2.2：1） 、C1與D1的比例 （1：1，1：2，2：1） 及總接種量 （5% 、10%.15% ，以總氮去除率和總磷去除率為評價(jià)指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由表1可知，最優(yōu)配比組合為 A1：B1=1：2 、B1：Cl=2：1.C1：D1=1：1. 接種量 10% ，此時(shí)總氮去除率達(dá) 85.7% ，總磷去除率達(dá) 92.3% 號

2.2 環(huán)境因子對復(fù)合菌群效能的影響

選取溫度（T）、 ΔpH 值、溶解氧（DO）、碳氮比（C/N）四個(gè)關(guān)鍵環(huán)境因子，通過單因素試驗(yàn)探究其對復(fù)合菌群脫氮除磷效能的影響。結(jié)果表明，復(fù)合菌群的最適溫度為 30^°C ，在此溫度下，總氮和總磷去除率分別為 86.2% 和 91.8% ；最適 ΔpH 值為7.5，此時(shí)總氮和總磷去除率分別為 85.9% 和 92.1% ；溶解氧控制在 2～3mg/L 時(shí)，脫氮除磷效果最佳，總氮和總磷去除率分別為 86.5% 和92.5% ；最適碳氮比為 10：1 ，總氮和總磷去除率分別為 87.3% 和 92.8% 。

2.3復(fù)合菌群協(xié)同作用模型構(gòu)建

基于米氏方程，結(jié)合復(fù)合菌群中各菌株的代謝特性，構(gòu)建氮、磷去除協(xié)同作用模型。總氮去除速率 （v_n） 和總磷去除速率 （v_p） 可分別表示為：

式（1）中， K_n1…K_n2…K_n3 分別為氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮的降解速率常數(shù)， d^-1;S_NH4⁺，S_NO2^-，S_NO3^- 分別為氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮的濃度， mg/L K_m1 、K_m2…K_m3 分別為氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮的米氏常數(shù)， mg/L;X 為復(fù)合菌群濃度， mg/L 。式（2）中，K_ρ 為磷酸鹽的吸收速率常數(shù)， d^-1 ： S_PO4^3- 為磷酸鹽濃度， mg/L;K_mp 為磷酸鹽的米氏常數(shù)， mg/L X 為復(fù)合菌群濃度， mg/L 。

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，得到模型參數(shù)： K_n1= 0.052d^-1 ， K_n2=0. 048d^-1 ， K_n3=0. 045d^-1 .K_m1=5.2mg/L K_m2=3 8mg/L ， K_m3=4 .5mg/L，K_p=0.063d^-1 ， K_?mp=2.3mg/L 。該模型可較好地預(yù)測復(fù)合菌群在不同氮、磷濃度下的去除效能。

3復(fù)合微生物技術(shù)的應(yīng)用效能驗(yàn)證

3.1 不同養(yǎng)殖場景的模擬試驗(yàn)

選取淡水池塘養(yǎng)殖尾水、海水工廠化養(yǎng)殖尾水及循環(huán)水養(yǎng)殖尾水三種典型養(yǎng)殖場景，采用優(yōu)化后的復(fù)合微生物技術(shù)進(jìn)行處理。淡水池塘養(yǎng)殖尾水初始總氮濃度為 35.6mg/L ，總磷濃度為8.2mg/L ；海水工廠化養(yǎng)殖尾水初始總氮濃度為42.3mg/L ，總磷濃度為 9.5mg/L ；循環(huán)水養(yǎng)殖尾水初始總氮濃度為 28.5mg/L ，總磷濃度為6.8mg/L 。處理裝置采用序批式反應(yīng)器，水力停留時(shí)間為 ^48h ，復(fù)合菌群接種量為 10% 。

3.2處理效果的動(dòng)態(tài)監(jiān)測

對三種養(yǎng)殖尾水處理過程中的總氮、總磷濃度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，結(jié)果如表2所示。由表2可知：在淡水池塘養(yǎng)殖尾水中，處理 ^48h 后總氮濃度降至 3.7mg/L ，總磷濃度降至 0.6mg/L ，去除率分別為 89.6% 和 92.7% ；在海水工廠化養(yǎng)殖尾水中，處理 ^48h 后總氮濃度降至 4.5mg/L ，總磷濃度降至 0.8mg/L ，去除率分別為 89.4% 和91.6% ;在循環(huán)水養(yǎng)殖尾水中，處理 ^48h 后總氮濃度降至 2.9mg/L ，總磷濃度降至 0.5mg/L ，去除率分別為 89.8% 和 92.6% 。三種養(yǎng)殖場景下的處理效果均較為理想，表明優(yōu)化后的復(fù)合微生物技術(shù)具有較廣的適用性。

表2不同養(yǎng)殖尾水的處理效果

4結(jié)語

本研究篩選高效功能微生物，優(yōu)化復(fù)合菌群配比及環(huán)境參數(shù)，構(gòu)建適用于養(yǎng)殖尾水氮磷去除的復(fù)合微生物技術(shù)體系。試驗(yàn)結(jié)果顯示，復(fù)合微生物技術(shù)對不同養(yǎng)殖場景尾水處理效果良好，總氮和總磷去除率分別超 89% 和 91% ，且成本低、操作簡便、無二次污染，構(gòu)建的氮、磷去除協(xié)同作用模型有較好的預(yù)測處理效能。后續(xù)可繼續(xù)探究復(fù)合菌群長期運(yùn)行穩(wěn)定性及抗沖擊能力，結(jié)合生物載體等提升復(fù)合微生物技術(shù)應(yīng)用效能，為養(yǎng)殖尾水深度治理提供更完善方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇浩杰，吳俊峰，王召東，等.金屬改性生物炭及其去除水中氮、磷的研究進(jìn)展LJ」.工業(yè)水處理，2022，42（11）：46-55.

[2]楊宇航，邊雪強(qiáng)，孫翠竹，等.光照強(qiáng)度對絲狀藻去除再生水中氮磷的影響[J].環(huán)境科學(xué)研究，2022，35（5）：1211—1220.

[3]李朝穎，張蕊芯，常思露，等.黃菖蒲人工濕地系統(tǒng)對含鹽再生水中氮磷污染物的去除研究[J].工業(yè)水處理，2024，44（3）：168—176.

[4]鄭漢杰，王子博，朱翔，等.鹽度與水位雙重波動(dòng)對蘆葦去除水中氮磷的影響機(jī)理[J].環(huán)境科學(xué)研究，2023，36（5）：986-994.

[5]岳琛，歐歡，張雪婷，等.垂直潛流人工濕地對水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水中抗生素和氮磷的去除及其影響因素［J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2023，17（4）：1243—1251.

[6」季飛翔，岳琛，張超月，等.人工濕地去除水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水中氮磷的影響因素識別[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2022，38（7）：925-932.

（收稿日期：2025—08—11）