La industria acuícola china se está desarrollando hacia una alta densidad e intensidad, y la acumulación de NH4+-N, NO2--N y NO3--N en el agua de acuicultura ha afectado gravemente la eficiencia. de la circulación de los recursos hídricos y la calidad de los productos acuáticos. Las bacterias heterótrofas de nitrificación-desnitrificación aeróbica (HN-AD) pueden eliminar el nitrógeno del agua de acuicultura en condiciones de alto contenido de oxígeno disuelto y son la clave para purificar la calidad del agua de acuicultura.
Este artículo describe brevemente el estado de clasificación de los microorganismos con función HN-AD, expone las características de las comunidades microbianas con función HN-AD, analiza la eficiencia de expansión de las bacterias HN-AD en la tolerancia a la sal, la degradación de pesticidas y la eliminación de antibióticos, y explora la eficiencia. de la regulación del proceso HN-AD en función de factores ambientales. Finalmente, se predice la dirección futura del desarrollo de la tecnología HN-AD.
Impulsada por el doble objetivo de desarrollo sostenible y "pico de carbono", la tecnología HN-AD se está desarrollando en la dirección de una mayor eficiencia, sostenibilidad y bajas emisiones de carbono, ayudando a la industria de la acuicultura a mejorar continuamente la eficiencia del reciclaje de agua y la densidad de la acuicultura.
Stable water quality conditions are the basis for the survival of aquaculture organisms. During the long-term breeding process, residual feed and aquatic animal feces in the breeding water body continue to accumulate, producing a large amount of NH4+-N (>1 mg/L), y una serie de medidas de desinfección reducirán la cantidad de flora microbiana desnitrificante en el agua de reproducción, lo que conducirá aún más a la acumulación de NH4+-N y NO2--N, afectando la salud de los animales acuáticos y la eficiencia de la acuicultura con recirculación a escala industrial. Por lo tanto, el exceso de nitrógeno es un problema técnico clave que debe resolverse en la acuicultura con recirculación a escala industrial. El autor describe brevemente el estado actual de la investigación sobre la flora microbiana con función HN-AD y su aplicación en el tratamiento de aguas residuales complejas de acuicultura, con el fin de proporcionar una referencia para que HN-AD ayude a que la acuicultura se desarrolle de manera intensiva, sostenible y de alta densidad. .
En el modelo tradicional de cría en estanques, las bacterias HN-AD se concentran en Proteobacterias y Actinobacterias a nivel de filo. Con el mayor desarrollo de los modelos de acuicultura, las comunidades microbianas se han vuelto más abundantes y gradualmente se han encontrado bacterias HN-AD en Bacteroidetes y Firmicutes. En cada modo de cultivo, las Proteobacterias son el principal filo bacteriano dominante, que desempeña un papel principal en el proceso de desnitrificación, y está compuesto principalmente por Betaproteobacterias y Gammaproteobacterias. El segundo filo dominante es Bacteroidetes, que tiene una rica flora heterótrofa, puede degradar eficazmente la materia orgánica y participa principalmente en el proceso de nitrificación. En cada modo de cultivo, Flavobacteriia es la clase bacteriana dominante de Bacteroidetes, que tiene la capacidad de desnitrificar y eliminar fósforo, y también es la clase bacteriana dominante en el sistema de tratamiento de lodos activados. Además, Firmicutes puede resistir ambientes extremos a través de esporas y también puede realizar procesos HN-AD.
Funciones ampliadas de las comunidades microbianas HN-AD.
En el tratamiento de aguas residuales de acuicultura de alta salinidad, la mayoría de las bacterias HN-AD tolerantes a la sal provienen del océano, lodos activados y campos de sal, y su tolerancia a la sal y su rendimiento de desnitrificación son diferentes. La mayor parte de la investigación en este campo se centra actualmente en la separación de bacterias HN-AD tolerantes a la sal. La clave para mejorar la eficiencia de la desnitrificación de los procesos de tratamiento de agua es explorar completamente el método para enriquecer bacterias HN-AD funcionales en condiciones de agua salada y lograr HN-AD estable.
En el tratamiento de aguas residuales de acuicultura que contienen pesticidas, los investigadores han descubierto sucesivamente que algunas bacterias HN-AD pueden acumular y eliminar fósforo, principalmente Acinetobacter, Pseudomonas y Enterobacter. En el futuro, se podrá examinar y cultivar más mediante bacterias HN-AD eficientes o combinarse con otros procesos para mejorar la tasa de eliminación de fósforo orgánico, de modo que pueda promoverse aún más en el tratamiento de aguas residuales de acuicultura que contengan pesticidas.
El tratamiento de las aguas residuales de la acuicultura con antibióticos ha atraído la atención de los investigadores, pero el tratamiento con antibióticos actualmente se limita a biorreactores de laboratorio de pequeña escala, como MBBR, SBR, etc., y aunque el uso de tecnología HN-AD y biorreactores para eliminar Los antibióticos residuales son efectivos, la presencia de antibióticos cambia la estructura de la comunidad microbiana en el sistema de tratamiento de agua y la resistencia microbiana aumenta, lo que lleva a un aumento en el riesgo de enfermedades relacionadas con peces y humanos.
Los investigadores han descubierto que algunas bacterias HN-AD tienen la doble propiedad de resistencia a los metales pesados y desnitrificación, y muestran un gran potencial en el tratamiento de aguas residuales de acuicultura que contienen metales pesados. Las bacterias HN-AD han sufrido una presión de selección ambiental a largo plazo, y tanto las células como las funciones metabólicas han desarrollado la tolerancia correspondiente para resistir el impacto y la toxicidad de estos iones de metales pesados. Los mecanismos de los procesos metabólicos celulares para lidiar con diferentes metales pesados son diferentes. Debido a que diferentes aguas residuales de acuicultura pueden contener diferentes tipos y concentraciones de metales pesados, en la aplicación real, se deben seleccionar bacterias HN-AD eficientes de acuerdo con las diferentes características de las aguas residuales y se deben ajustar los parámetros del reactor para mejorar la eficiencia de eliminación de iones de metales pesados. Además, para controlar mejor este proceso, es crucial explorar el mecanismo de migración y transformación de los iones de metales pesados en las aguas residuales de la acuicultura.
Factores ambientales que regulan el proceso HN-AD.
En el proceso de acuicultura, múltiples procesos complejos de tratamiento de agua crean condiciones ambientales complejas del agua. Los factores ambientales pueden mejorar la capacidad de desnitrificación de los microorganismos al regular la capacidad metabólica de las comunidades microbianas. Por lo tanto, el proceso HN-AD se puede regular con precisión cambiando el OD, la fuente de carbono, el C/N, la temperatura y el pH para mejorar la eficiencia de la desnitrificación.
Desarrollo futuro
En el futuro, se podrán realizar más investigaciones sobre el uso de esta tecnología para tratar aguas residuales de acuicultura en los siguientes aspectos:
(1) Mejorar la eficiencia de eliminación de NH4+-N. Las aguas residuales de la acuicultura tienen un alto contenido de NH4+-N. Los investigadores pueden mejorar aún más la eficiencia de eliminación de NH4+-N optimizando la composición de la comunidad bacteriana, ajustando los parámetros operativos y mejorando el diseño del reactor.
(2) Combinado con otras tecnologías de tratamiento. La tecnología HN-AD se puede combinar con reactores de biopelícula, humedales artificiales y otras tecnologías para formar un sistema de tratamiento de aguas residuales más eficiente para lograr mejores efectos de purificación de aguas residuales.
(3) Autosuficiencia energética. La tecnología actual HN-AD consume mucha energía en el proceso de tratamiento de aguas residuales. La tendencia de desarrollo futuro es utilizar nuevas tecnologías de recuperación de energía, como utilizar la energía generada por la reacción de oxidación del metano para alimentar el proceso de desnitrificación, reducir la dependencia del sistema de la energía externa y mejorar la sostenibilidad.
(4) Reducir aún más las emisiones de carbono. A medida que la importancia de la reducción de las emisiones de carbono se vuelve cada vez más prominente, la tendencia de desarrollo futuro se centrará en reducir las emisiones de carbono de la tecnología HN-AD. Esto se puede lograr mejorando el diseño del sistema, adoptando tecnologías más eficientes de separación y recuperación de gases o utilizando fuentes alternativas de carbono, como el uso de energía renovable o materia orgánica generada por desechos para reemplazar las fuentes tradicionales de carbono orgánico.
En resumen, en el futuro, la tecnología HN-AD se desarrollará hacia una mayor eficiencia, sostenibilidad y bajas emisiones de carbono, promoviendo así el progreso continuo de la acuicultura hacia una alta densidad, intensidad y sostenibilidad.