景學(xué)武,喬之怡,柏 靜,許葉偉,張玟萱

(天津農(nóng)學(xué)院,天津 300384)

1 水體污染物

氨氮是水產(chǎn)養(yǎng)殖水體中最主要的污染物,它能夠在生物體內(nèi)直接轉(zhuǎn)化成氨氮結(jié)合態(tài)的無機(jī)氮,從而降低水體中的氨氮濃度。其降解過程受到環(huán)境條件和生物種類等多種因素的影響[1-2]。亞硝酸鹽氮是存在于養(yǎng)殖水體中的無機(jī)氮化合物,主要來自逐步積累的養(yǎng)殖動(dòng)物的糞便和殘餌以及沉積的生物殘骸。亞硝酸鹽氮含量的升高會(huì)破壞水體的微生態(tài)平衡。因此,如何以硝化細(xì)菌為代表的微生物對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)廢水進(jìn)行強(qiáng)化治理從而減少二次污染是目前微生物領(lǐng)域亟待解決的問題[2]?？傆袡C(jī)碳是有機(jī)物分解和礦化過程中所釋放出的碳,其降解主要受底物濃度和代謝速率的影響。池塘養(yǎng)殖污水中有機(jī)物被微生物降解后,會(huì)釋放出氮?dú)饣蚨趸肌Ｍㄟ^生物膜過濾作用將TOC從水體中去除,并吸附其他污染物[3]。過多的氮磷及其他過量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)排入水體中,加劇了水體的富營(yíng)養(yǎng)化,在適宜的溫度和pH值下,水體中的藻類迅速繁殖,會(huì)導(dǎo)致藍(lán)藻水華暴發(fā),進(jìn)而加速水質(zhì)惡化,因此富營(yíng)養(yǎng)化水體的治理是當(dāng)前待解決的水體生態(tài)環(huán)境問題[4]。

2 污染物凈化機(jī)制

3 常用的水體凈化方法

3.1 化學(xué)方法

化學(xué)方法一般是通過向水體中添加化學(xué)藥劑以達(dá)到降低水體中的有毒物質(zhì)含量的目的。目前常見的化學(xué)方法主要包括向養(yǎng)殖水體中添加無機(jī)肥、活性炭、投加化學(xué)藥物等方式。向養(yǎng)殖水體中投加無機(jī)肥是最常用的方法。向養(yǎng)殖水體中添加活性炭可以降低養(yǎng)殖水體中氨氮含量,但需要注意活性炭和氨氮之間的協(xié)同作用。通過向養(yǎng)殖水體中投加活性炭和無機(jī)肥來處理水產(chǎn)養(yǎng)殖污水是一種較為安全有效的方式,但是存在投資成本高、成本回收慢等缺點(diǎn)[9-10]。

3.2 物理方法

物理方法主要是根據(jù)吸附和過濾的原理去除水體中污染物,這類方法無需任何化學(xué)添加劑,對(duì)于養(yǎng)殖水體中的污染物具有極好的去除效果。吸附法主要包括物理吸附法、化學(xué)吸附法和電化學(xué)吸附法等。其中物理吸附法主要包括活性炭吸附和纖維材料吸附等方式[11-13]。在實(shí)踐應(yīng)用中,一般來說,對(duì)于以養(yǎng)殖池塘為主體的傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè),可通過物理方法進(jìn)行污水處理;對(duì)于以工廠化水池為主體的現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè),可通過化學(xué)方法進(jìn)行污水處理。

對(duì)于傳統(tǒng)養(yǎng)殖水體和現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖水體,采用化學(xué)方法和物理方法進(jìn)行處理時(shí),需要采用不同的化學(xué)試劑進(jìn)行混合處理,以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)來達(dá)到更好的凈化效果。

3.3 生物法

利用微生物來降解水體中的污染物,這是一種利用生物手段對(duì)污染水體進(jìn)行修復(fù)的技術(shù),也是目前水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中最為普遍采用的方法。微生物對(duì)污染物的降解是通過與水體中有機(jī)物進(jìn)行反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的,該方法能夠有效提高有機(jī)物的降解效率。但微生物菌劑處理效果受養(yǎng)殖環(huán)境影響較大,同時(shí)受溫度、養(yǎng)殖品種、投喂飼料種類以及養(yǎng)殖水體環(huán)境等因素影響較大[14]。因此,為了保持微生物菌劑的長(zhǎng)期穩(wěn)定凈化效果,必須對(duì)養(yǎng)殖水質(zhì)進(jìn)行綜合調(diào)控。通過培育高產(chǎn)、高活力以及耐酸堿性強(qiáng)的微生物菌群,提高微生物菌劑處理效果。在養(yǎng)殖過程中需控制好營(yíng)養(yǎng)水平和投喂飼料種類,降低水質(zhì)中氨氮和亞硝酸鹽含量[15]。

此外,可以通過向養(yǎng)殖水體中添加一些具有吸附性能的物質(zhì),以此來提高微生物菌劑對(duì)有機(jī)物和氨氮的吸附量,從而有效提高其凈化效果。任華峰等[16]在研究微生物菌劑對(duì)養(yǎng)殖池水體中氨氮吸附效果時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)接種微生物菌劑后魚塘水體中氨氮含量明顯降低,且水體中有機(jī)質(zhì)含量也明顯下降,說明在水體中接種具有吸附功能的微生物可以有效降低養(yǎng)殖廢水中有機(jī)污染物含量。

綜上所述,微生物菌劑處理水產(chǎn)養(yǎng)殖污水在現(xiàn)階段應(yīng)用十分廣泛,該方法能夠有效修復(fù)生態(tài)環(huán)境。但由于受到菌株作用機(jī)制和水質(zhì)環(huán)境等因素影響,實(shí)際應(yīng)用效果存在較大差異。在今后研究中可以通過與化學(xué)方法、物理方法相結(jié)合來提高微生物菌劑對(duì)水質(zhì)的改善效果,同時(shí)建立完善的評(píng)價(jià)體系,綜合考慮水質(zhì)環(huán)境變化以及各種因素對(duì)微生物菌劑作用效果的影響。此外需加強(qiáng)對(duì)于微生物菌劑作用機(jī)理研究以及其與養(yǎng)殖生物之間交互作用機(jī)理研究,為提高微生物菌劑凈化水質(zhì)效果提供科學(xué)依據(jù)。

4 微生物菌劑種類

當(dāng)水體污染達(dá)到一定程度時(shí),土著微生物基本無法維持水體生態(tài)平衡,氮、磷以及其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量富集,在適宜的外界環(huán)境條件下引起藍(lán)藻水華暴發(fā)。因此,需要通過投加微生物菌劑提高功能微生物生物量和多樣性,進(jìn)而能夠最大程度提高功能微生物去污能力。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)微生物菌劑的研究主要集中在復(fù)合微生物菌劑上,復(fù)合微生物菌劑中的各種有益微生物在其凈化過程中發(fā)揮了重要作用。不同種類的微生物能夠有效地凈化水體,如芽孢桿菌可以有效地降解池塘養(yǎng)殖水中的氨氮等有害物[17];枯草芽孢桿菌可以有效地降解水體中亞硝酸鹽等有害物質(zhì)[18];光合細(xì)菌和好氧型芽孢桿菌具有降解有機(jī)物和氮的功能;枯草芽孢桿菌和光合細(xì)菌的復(fù)合菌在最佳濃度配比下對(duì)淡水養(yǎng)殖水體中化學(xué)需氧量CODMn去除率達(dá)44.98%,可有效增加溶解氧[19]。我國(guó)已有多家公司生產(chǎn)應(yīng)用于魚塘養(yǎng)殖污水凈化處理的微生物菌劑。其中,以好氧型芽孢桿菌為主,且公司均擁有自己的專利技術(shù)。另外,復(fù)合微生物菌劑也已經(jīng)獲得了國(guó)家發(fā)明專利,其具有高效、優(yōu)質(zhì)、多功能等特點(diǎn)。富麗靜等[20]對(duì)復(fù)合微生物菌劑在魚塘中進(jìn)行了試驗(yàn)研究,結(jié)果表明,復(fù)合微生物菌劑在魚塘中的凈化效果顯著,對(duì)氨氮有較好的去除效果;與化學(xué)消毒劑相比,復(fù)合微生物菌劑可有效去除水體中亞硝酸鹽及氨氮,降低了水體中的氨氮和亞硝酸鹽含量。陳翠雪等[21]對(duì)復(fù)合微生物菌劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖污水凈化處理中的效果進(jìn)行了研究,結(jié)果表明使用復(fù)合微生物菌劑可以改善魚塘水質(zhì)情況,凈化污水,且復(fù)合微生物菌劑對(duì)水中有害物質(zhì)及養(yǎng)殖污染物都有較好的去除效果。

5 影響魚塘污水凈化效果的主要因素

水體環(huán)境條件對(duì)微生物菌劑凈化效果的影響:一是水體環(huán)境理化條件,如水溫、鹽度、 pH值、溶解氧以及氨氮濃度等,這些理化指標(biāo)直接影響著微生物的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)[22];二是水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度,越高,水體中微生物的生物量也就越高[23];三是養(yǎng)殖用水的質(zhì)量和類型,養(yǎng)殖用水的質(zhì)量對(duì)水質(zhì)影響很大,如pH值、氨氮等影響著微生物的活性。微生物自身因素對(duì)其凈化效果的影響:一是微生物菌劑中的有益細(xì)菌具有較強(qiáng)的生長(zhǎng)繁殖能力和代謝活動(dòng)能力,可以有效地降解水質(zhì)中污染物質(zhì);二是不同種類的微生物對(duì)環(huán)境中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有不同程度的降解能力;三是微生物菌劑中含有大量的蛋白質(zhì)、酶類以及多種微量元素,可以促進(jìn)微生物生長(zhǎng)和繁殖,提高其凈化效果[24-25]。此外,外部因素對(duì)魚塘養(yǎng)殖污水凈化效果影響也很大。一是養(yǎng)殖池塘中投喂飼料時(shí),由于飼料本身含有較多雜質(zhì),會(huì)產(chǎn)生氨氮和有機(jī)物質(zhì);二是放養(yǎng)密度過大、水溫過高或者陰雨天氣會(huì)導(dǎo)致水體缺氧,從而導(dǎo)致水質(zhì)惡化。

5.1 飼料投喂

在一定范圍內(nèi),投喂量與魚塘養(yǎng)殖污水的凈化效果呈正相關(guān)。由于魚塘養(yǎng)殖污水中的氨氮是有機(jī)氮,而微生物菌劑中含有大量蛋白質(zhì),因此通過投喂量來調(diào)節(jié)魚塘養(yǎng)殖污水凈化效果對(duì)微生物菌劑的推廣應(yīng)用有一定的限制。任華峰等[16]通過試驗(yàn)表明,微生物菌劑具有降解氨氮和有機(jī)氮的能力。試驗(yàn)結(jié)果表明,使用微生物菌劑后,氨氮下降73%,亞硝態(tài)氮下降39%。嚴(yán)正凜等[26]在魚塘中投喂自制微生態(tài)制劑后,采用微生物制劑、增加碳、氮比、氧氣等技術(shù),可以穩(wěn)定池塘內(nèi)的 pH值,防止“倒藻”的發(fā)生,從而達(dá)到對(duì)魚塘內(nèi)物質(zhì)、能量的良好轉(zhuǎn)化、有效使用的目的,使魚塘內(nèi)的非離子氨含量小于0.02 mg/L,無機(jī)氮含量小于0.5 mg/L。以上結(jié)果表明,使用微生物菌劑能有效地改善養(yǎng)殖水質(zhì)環(huán)境。

5.2 養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控

6 微生物菌劑的應(yīng)用前景

微生物菌劑對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖污水的處理效果受多種因素的影響,包括養(yǎng)殖水體水質(zhì)、微生物菌種種類、菌種本身特性等。目前,國(guó)內(nèi)微生物菌劑主要用于處理生活污水或養(yǎng)殖廢水。由于我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)水平較低、生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)薄弱等原因,導(dǎo)致水產(chǎn)養(yǎng)殖污染問題日益嚴(yán)峻。水產(chǎn)養(yǎng)殖污水中含有大量有機(jī)物,特別是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在快速發(fā)展的同時(shí),大量的污染物被排放到環(huán)境中,對(duì)水體造成嚴(yán)重污染。由于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)對(duì)水資源的需求量較大、污水處理率低以及生態(tài)環(huán)境問題的日益嚴(yán)重,使得微生物菌劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)污水處理中發(fā)揮越來越重要的作用。有研究表明,在水產(chǎn)養(yǎng)殖污水處理方面,微生物菌劑具有成本低、凈化效果好以及綠色環(huán)保等特點(diǎn),對(duì)環(huán)境和人類健康都有積極影響。此外,隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷增強(qiáng),生物絮凝劑、微生物殺蟲劑等生物制劑的廣泛應(yīng)用必將促進(jìn)微生物菌劑在我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)污水處理中發(fā)揮更大作用。

當(dāng)前仍然有待探尋高效的功能多樣性的新型微生物菌劑,從分子水平明確其凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體的作用機(jī)理,探索微生物群落的演替和進(jìn)化過程中優(yōu)勢(shì)種與污染物的關(guān)系。此外,組合生物法在凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體中被廣泛應(yīng)用,但是自然水體環(huán)境復(fù)雜,外界影響因素多變,今后我們需要著重探究最優(yōu)的生物法組合方式,需考慮到來自流域、氣候和水文等多方面的影響因素,為有效控制被污染水質(zhì)提供科學(xué)的建議。