反硝化技术对养殖池塘修复的研究尹艳娥

1反硝化技术对养殖池塘修复的研究尹艳娥，沈新强，晁敏(农业部海洋与河口渔业重点开放实验室，中国水产科学研究院东海水产研究所，上海200090)摘要：本研究从浙江奉化市池塘的底泥经过反复地培养、驯化，从中筛选、分离出了反硝化细菌，在模拟实验条件下，研究了对不同浓度的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的去除情况，讨论了反硝化菌种的生长情况。研究结果表明，分离出的反硝化细菌能有效去除硝酸盐氮和亚硝酸盐氮,在初始浓度为1mg/L的模拟池塘中,随着实验的进行，对污染物的去除效果逐渐提高，三天内硝酸盐氮去除率就达到了95.8%，亚硝酸盐氮的去除率达到了90.2％；在25mg/L的模拟池塘中，第六天硝酸盐氮和亚硝酸盐的去除率达到了93.8％和87.8％；在50mg/L的模拟池塘中，第六天硝酸盐氮和亚硝酸盐的去除率达到了89.7％和78.7％。而且在三个不同浓度的模拟池塘中，反硝化菌对硝酸盐氮的去除效果略优于亚硝酸盐氮。菌种地生长情况与硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的浓度成反比，即浓度越高菌种生长情况越差。关键词：反硝化菌；养殖池塘；生物修复；硝酸盐氮；亚硝酸盐氮InvestigationonRemediationofAquaculturePondbyDenitrificationTechnologyYINYane,SHENXinqiang,CHAOMin(EastChinaSeaFisheriesResearchInstitute，ChineseAcademyofFisheriesSciences，KeyandOpenLaboratoryofMarineandEstuarineFishery,MinistryofAgriculture,Shanghai200090,China)Abstract:Byrepeatedlycultivatinganddomesticating,denitrifyingbacteriawerescreenedfromaquaculturepondsedimentinFenghuaZhejiang.Inthestimulantexperiment,theremovalefficiencyofnitrate-Nandnitrite-Nandgrowthofdenitrifyingbacteriawereresearched.Theresultshowedthattheremovalefficiencygraduallyimprovedwithdays.Theremovalefficiencyofnitrate-Nandnitrite-Nreached95.8%and90.2%withinthreedayswheninitialconcentrationareboth1mg/L.About93.8％and87.8%ofnitrate-Nandnitrite-Nwereremovedbydenitrifyingbacteriaonthesixthdaywhentheinitialconcentrationareboth25mg/L.About89.7％and78.7%ofnitrate-Nandnitrite-Nwereremovedbydenitrifyingbacteriaonthesixthdaywhentheinitialconcentrationareboth50mg/L.Inthethreedifferentaquacultureponds,theremovalefficienciesofnitrate-Nwerebetterthannitrite-N.Itwasfoundthattherewascorrelationbetweentheconcentrationofnitrate-N,nitrite-Nandthenumberofdenitrifyingbacteriainthewater.Theconcentrationofnitrate-N,nitrite-Nweremore,thenumberofdenitrifyingbacteriaweremore.Keywords:Denitrifyingbacteria,aquaculturepond,bioremediation,nitrate-N,nitrite-N基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金（中国水产科学研究院东海水产研究所）资助项目2007T01作者简介：尹艳娥，女，博士，助理研究员，主要从事化学分析和环境科学研究；E-mail:[e-mail]2自80年代开始，对虾养殖、贝类养殖及浅海网箱养殖先后兴起，使我国成为世界养殖产量第一的水产大国，有着广阔的发展前景。但是随着精养程度的提高,池内水质的变化也越加剧烈,大量的营养物质以投饵方式[1]进入池塘，但是养殖过程中只有10％的氮和7％的磷被利用，其他的都以各种形式进入环境[2]。水体中氮含量大量升高，严重时导致养殖生态系统失衡、紊乱乃至完全崩溃[3][4]各种修复技术不断出现，生物修复是利用生物体，主要是微生物降解环境污染物，消除或降低其毒性的过程。该技术是国内外近10年发展起来的最新环境工程技术，已被成功地应用于土壤、城市河湖、地下水、近海洋面、水产养殖等多个领域。通过沉淀、过滤和生物净化,能有效去除养殖水体中的氨氮,使水质得到一定程度的改善，但由于不具备反硝化功能,常造成系统中硝酸盐的大量积累。硝酸盐会转化为亚硝酸盐,使毒性增强。因此,养殖生产中往往靠大量换水来降低硝酸盐浓度,不但造成了水资源和能源的巨大浪费,而且富含硝酸盐的养殖污水直接排放,加剧了对环境的污染。因此,去除水中过量的硝酸盐和亚硝酸盐、提高养殖水生动物成活率和生长率以及保护环境等具有重要意义。[5][6]。由于无二次污染、治理面积大等特点成为20世纪环境科技发展最快的高新技术领域之一[7]。我国李秋芬等[8][9]本课题采取实验模拟生态环境，确定海水养殖池塘反硝化细菌的筛选和分离方法，研究其对不同浓度的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的去除效果，同时研究反硝化菌在处理过程中的生长情况。曾从虾池底泥中分离、筛选出多株虾池有机物的有效降解菌，并在模拟条件下，发现虾池环境生物修复作用菌能明显改善虾池环境，降低有机物的含量。1实验部分1.1养殖池塘水质情况养殖池塘位于浙江奉化市，其养殖池塘的基本水质情况如表1所示。表1养殖池塘主要水质参数项目温度/℃盐度/‰pHNO2/mg·L－NNO-13/mg·L－NNH-13/mg·L-NPO-14/mg·L3-COD-1/mg·LMn-1浓度10.912.88.200.1900.8050.0750.0816.331.2反硝化菌的筛选与分离将采集到的浙江奉化市松岙镇湖东段池塘新鲜底泥样品称取1克，放入到装有反硝化菌培养基的三角瓶中，在发酵管上端滴入2ml20%KOH溶液，用以吸收培养过程中产生的CO2反硝化菌培养基：2.0g/LKNO，并迅速密封，最后置于30℃恒温培养箱中培养。待培养7d后，取1ml培养液接种于新鲜反硝化菌培养集中，经过4次反复培养后得到的即为实验所用的硝化菌溶液。3、0.03g/LMgSO4·7H2O、0.5g/LK2HPO41.3模拟养殖池塘生物修复方法、20.0g/L酒石酸钾钠、5.0g/LNaCl。模拟实验Ⅰ自制的玻璃缸三组，每组三个模拟池塘，两个为处理池塘，另一个为参比池塘。在第一组的三个模拟池塘中分别用盐度为12.8‰人工海水配制1mg/L硝酸盐氮的1000ml，处理池塘中加入15ml反硝化菌培养液，参比池塘不加反硝化菌培养液。另外两组实验方法与第一组基本相同，而硝酸盐氮初始浓度为25mg/L，50mg/L。模拟实验Ⅱ基本实验方法同上，仅将硝酸盐氮改为亚硝酸盐氮32结果与讨论2.1硝酸盐和亚硝酸盐的去除情况在分别含有1mg/L、25mg/L、50mg/L的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的处理池塘中分别采用反硝化菌进行修复，对比其对硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的去除情况如图1-3所示。0102030405060708090100024681012天数/ddays去除率/％removalefficiency1mg/LNO3-N1mg/LNO2-N0102030405060708090100024681012天数/ddays去除率/％removalefficiency25mg/LNO2-N25mg/LNO3-N由图1可以看出，随着实验的进行，1mg/L的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的去除率呈上升趋势，去除效果均较好，去除率均在90%左右，在三天后达到稳定状态。这是因为硝酸盐氮在反硝化菌的作用下发生了反硝化过程。反硝化过程中NO2-和NO3-解代谢）来完成。异化作用是NO的转化，是通过反硝化细菌的同化作用（合成代谢）和异化作用（分3--N和NO2--N被还原转化为N2，这是反硝化反应得主要过程，异化作用是以NO3-在能量代谢中提供氮，作为电子接收体，以有机物作为电子供给体，使NO3--N和NO2--N转化为N2。异化作用去除的氮一般占总去除量的70%~75%[10]。本实验中不同浓度的硝酸盐氮模拟池塘均是以NO3-在能量代谢中提供氮，作为电子接收体，以有机物作为电子供给体，使NO3--N转化为N2以后其去除率稳定在99.8%左右；去除效果在整个实验过程中一直优于1mg/L的亚硝酸盐氮。由图2可以看出，25mg/L的模拟池塘中，在第六天硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的去除率基本达到稳定，去除率分别达到了93.8％和87.8％。实验初期亚硝酸盐氮的去除效果优于硝酸盐氮，但是在实验后期基本达到稳定时，硝酸盐氮的去除效果好于亚硝酸盐氮的。由图3可以看出，50mg/L的模拟池塘中，在第六天硝酸盐氮和亚。反硝化菌对1mg/L的硝酸盐氮的去除效果优于1mg/L的亚硝酸盐氮，在第三天其去除率就达到了95.8％，在第五天图1反硝化菌去除硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的效果比较图2反硝化菌去除25mg/L硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的效果比较4硝酸盐氮的去除率基本达到稳定，去除率分别达到了89.7％和78.7％。实验初期亚硝酸盐氮的去除效果优于硝酸盐氮，但是在实验后期基本达到稳定时，硝酸盐氮的去除效果好于亚硝酸盐氮的。52.2反硝化菌的生长情况采用在吸光值（λ680nm）来表示反硝化菌的生长情况，用蒸馏水做测定对照。不同浓度的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮模拟池塘中反硝化菌生长情况如图4、5所示。由图4可以看出，对照池中的吸光值随着实验的进行基本保持一致，说明在此池中没有微生物的生长产生。在不同浓度的硝酸盐氮模拟处理池塘中，实验初期吸光值逐渐提高，在实验后期，吸光值有所降低。三个不同浓度的硝酸盐氮模拟处理池塘中，1mg/L的硝酸盐氮模拟处理池塘的反硝化菌的生长情况最好，由此说明污染物的浓度与反硝化菌的生长成反比，即污染物的浓度越高反硝化菌的生长情况越差。在第四天1mg/L和25mg/L的硝酸盐氮模拟处理池塘中的反硝化菌达到了最佳状态，50mg/L的硝酸盐氮模拟处理池塘在第七天反硝化菌才达到了最佳状态。由图5可以看出，对照池中没有反硝化菌的生成，亚硝酸盐氮的浓度越高，反硝化菌的生长情况越差。图4与图5比较，硝酸盐氮模拟池塘内的反硝化菌生长情况略优于亚硝酸盐氮的。3结论(1)从海水养殖池塘中筛选分离出反硝化菌，并用于处理模拟养殖池塘。(2)反硝化菌能有效地去除水体中不同浓度的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，去除效果稳定。去除效果与硝酸盐氮和亚硝酸盐氮浓度成反比，即污染物浓度越高，去除效果越低。(3)反硝化菌的生长情况与污染物浓度成反比，污染物浓度越高，反硝化菌的生长情况越差。参考文献[1]李秋芬，袁有宪.海水养殖环境生物修复技术研究展望.中国水产科学，2000，7(2):90-92.[2]Funge-Smith，BriggsMRP.Nutrientbudgetsinintensiveshrimpponds：Implicationsforsustainabifity．Aquaculture，1998，164(18)：117-133.[3]余瑞兰，聂湘平，魏泰莉