几种有益菌在养殖水体中降解亚硝酸盐的研究应用

段玉奇,李哲,倪孟侨,时梦瑶,王奎涛,2

(1.河北科技大学 化学与制药工程学院，河北 石家庄 050018；2.河北省药用分子化学重点实验室，河北 石家庄 050018)

伴随着水产养殖业的快速发展,我国在水产产品的供给问题上取得了突破性的成就。根据《2020中国渔业统计年鉴》数据显示,全国水产品总产量达到了6 480.36万t[1]。为了追求更高的养殖利润,养殖户扩大养殖密度,导致养殖水体的富营养化,养殖水体中产生了大量有毒害物质,其中最具代表性的有毒害物质亚硝酸盐能使生物体内血红蛋白由二价铁转变为三价生成高铁血红蛋白,破坏血红蛋白携氧能力,而造成组织细胞缺氧,浓度超过0.5 mg/L时会导致鱼虾死亡[2-4]。

1 生物修复净水

生物修复净水是通过添加有益菌来改善养殖水体微生物群落结构,有益菌可利用部分有毒害物质作为碳源氮源等作为自生生长繁殖的原料，分解养殖池池底淤泥与有机物达到净化水质目的，是一种目前水产养殖使用最多、最经济环保的方法,其副作用小、无残留、成本低且效果显著等特点,被越来越多的养殖户所关注。

1.1 枯草芽孢杆菌水质净化剂

枯草芽孢杆菌是一种革兰氏阳性的嗜温、好氧、耐酸碱、耐氧化、稳定性好且繁殖速度快的一种有益菌。国内外实验研究发现枯草芽孢杆菌对养殖污水具有很好的净化作用,在养殖水体中还可被用作疾病控制、加强免疫反应、生长促进剂、生物修复剂以及生物增强剂等[5-10]。

1.2 光合细菌水质净化剂

光合细菌是一种既能在厌氧光照又能在好氧黑暗中进行光合作用的革兰氏阴性菌，其在养殖池中普遍存在，是水体自然净化的生力军。

1.3 硝化细菌和反硝化细菌水质净化剂

硝化反应第1阶段：

硝化反应第2阶段：

总反应式：

产生的硝酸根离子,可被藻类同化及吸收,也可被反硝化细菌转化为氮气排出水体。反硝化细菌是一种革兰氏阴性的异养型、兼性厌氧细菌,其反硝化作用的反应方程式如下:

反硝化反应第1阶段：

反硝化反应第2阶段：

总反应式：

两种细菌联合作用,能有效降低水体中的亚硝酸盐。传统的使用方法是将菌粉活化后直接泼洒在养殖池内,伴随着固定化技术[24]的发展,其在污水处理领域已被广泛使用。

固定化技术用于养殖水体主要是通过利用物理材料将有益菌固定在有限的空间，并且保持其活性。当其投入养殖水体时，能够定植于高浓度有机物的池底，或是利用其吸附特性吸附有机物，在高浓度有机物的条件下，使反应更彻底，反应速度更快[25]。其具有性质稳定、价格低廉、高效快速、微生物流失少等优点。谢冰等[26]、冯本秀等[27]、王莉等[28]通过固定化技术大大提高了硝化细菌降氨氮的速率,其中利用海藻酸钠-氯化钙(CA)的固定化技术降氨氮速率最快,24 h后能达到90%以上。Deng Ming等[29]从水产养殖的生物絮凝物中分离出的DM02菌株在中性或弱碱性条件下,对硝酸盐氮以及亚硝酸盐氮具有较好的降解效率,利用固定碳源充当碳源以及固定载体,预计在实际的养殖水体中能有良好的效果。

2 存在的问题

目前,由于我国养殖水体环境的复杂特性,针对不同的养殖水体需要不同的益生菌,否则很难达到预期的效果,这也导致不同养殖户对于同一种微生物制剂的反馈不一。相比于其他净水方法,生物修复净水周期更长,起效更慢,不适合短期快速降解水体有毒害物质。而且大多益生菌对生长环境要求较高,很难在养殖水体中快速繁殖,再者容易被鱼虾等水产生物所食用,所以其在养殖水体中是不断消耗的,要想维持生物修复的速率,则需要人工定期不断的投入益生菌,这也扩大了养殖户的养殖成本。

3 发展优势

目前主要用作养殖污水处理的方法有物理吸附法[30]、电化学氧化法[31]、金属还原法[32]、生物修复法[33-35]。物理吸附法常用的吸附剂是活性炭,但是吸附量较低,只适用于低浓度的氨氮废水。电化学氧化法对氨氮的去除效率高,但是成本也高,相比于其他方法优势不明显。金属还原法还原硝酸盐对pH要求很高,仅在pH=2～4.5的条件下,铁粉才能快速的将硝酸盐还原为铵。而生物修复法不仅能有效降低养殖水体有毒害物质的含量,而且引进的部分益生菌具有抑制有毒害物质、提高生物免疫力、改良水质、促进生物生长等优点。将生物修复法结合厌氧好氧工艺法[36-38](A/O工艺法)处理养殖污水,可以有效提高有机物与氨氮的去除率。其以原污水为微生物的碳源,并且技术成熟,建设和运行费用较低,真正达到了低耗高效的目的。

4 展望

作为世界第一养殖大国的中国，目前面对的养殖水体污染问题日益突出，这也使得当今社会的人们对水产养殖业的“质”与“量”的问题越来越重视。近年来，为达到绿色环保的目的，生物修复法逐渐走进人们的视野，但是其主要用作城市生活污水污泥处理以及土壤修复，对于水产养殖行业还是鲜有成果，其主要原因还是归结于没有立竿见影的效果，导致养殖户不愿意冒风险进行尝试。而物理法与化学法能快速降低养殖水体有毒害物质的含量，虽然其治标不治本，但是与生物修复法结合使用可能会有奇效，只是菌体与物理化学物质的共同储存使用问题又将是需要探究的一大难点。随着社会的进步，越来越多的净水物质将被发掘，而生物修复法势必也会在我国被广泛应用起来，两者相结合起来必将会有很好的发展前景。