养殖水体氨氮污染生物修复技术研究_李谷

第19卷第4期大连水产学院学报Vol.19No.42004年12月JOURNALOFDALIANFISHERIESUNIVERSITYDec.2004·综述·文章编号:1000-9957(2004)04-0281-06养殖水体氨氮污染生物修复技术研究李谷1、2,吴振斌1,侯燕松1(1.中国科学院水生生物研究所,湖北武汉430072;2.中国水产科学研究院长江水产研究所,湖北荆州434000)摘要:在渔业资源和可养殖水面有限的情况下,必然要在水产养殖上寻求渔业的可持续发展,如增加养殖密度,提高单位水体产量。养殖密度的增加,对养殖系统及排放废水的附近水域都会产生负面影响。由于鱼类排泄物和残饵直接进入水体,导致氨氮浓度升高,已成为制约鱼类生产、造成水体富营养化的主要环境因素。对治理氨氮污染这一世界性的课题,笔者就去除养殖水体氨氮的微生物种群、固定化技术、生物强化技术以及人工湿地生态工程技术等做一综述,以期把握研究热点,推进水产养殖的可持续发展。关键词养殖水体;氨氮;污染;生物修复技术;固定化技术中图分类号:S949文献标识码:A就集约化养殖水体而言,氨氮污染已成为制约水产养殖环境的主要胁迫因子[1]。为减少氨氮污染带来的危害,人们采用加注新水、曝气、漂白粉或臭氧氧化、使用斜发沸石进行离子交换等方法,但这些方法有很大的局限性,脱氮效果并不理想[2、3]。因此,在水体氨氮污染控制中,人们开始研究采用生物处理法,如活性污泥法、生物膜法和稳定塘法,但这些传统方法存在或伴有污泥产生、反应启动慢、出水水质不稳定等问题[4、5]。随着研究的深入,从传统生物处理方法中延伸出来的生物修复技术引起人们的关注。生物修复技术是利用自然环境中生息的微生物或使用特定的微生物在人为促进工程化条件下,分解污染物,修复受污染的环境。Kuroda[6]将其特点归纳为:可以原位修复,也可以异地修复;可采用土著微生物,也可采用基因工程菌;可以采用好氧微生物,也可采用厌氧微生物;不仅用生物修复技术,也可与其他治理技术结合使用。微生物是氮循环的驱动泵,养殖水体氮循环需要氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌的共同作用来完成。一般认为,自养型硝化细菌和亚硝化细菌对氧和营养物质的竞争能力不及异养型微生物,其生长速度很容易被异养型微生物超过,难以形成优势菌群,在硝化反应中难以发挥作用;同时,硝化细菌和亚硝化细菌易受外界环境影响,尤其对毒物的冲击非常敏感,而系统重新启动又相当困难。此外,从生化角度看,硝化和反硝化反应相互对立,前者将氨氧化为硝态氮需在有氧条件下进行,后者只有在厌氧条件下,反硝化细菌才能把硝态氮还原为氮气。因此,生物脱氮这一多步骤的生物催化反应受基质传递速率、底物和产物抑制等因素的限制,脱氮效率低。鉴于上述原因,水环境中氨氮污染治理成为世界性的难题。有关水体氨氮污染修复技术研究的报道非常多,本文中笔者仅对适用于养殖水体氨氮去除的微生物种群、固定化技术、生物强化技术以及人工湿地生态工程技术进行了综述。1养殖水体氨氮污染修复的生物类群传统观点认为,氨氮转化首先离不开硝化细菌的硝化作用。严格意义上讲,硝化细菌包括亚硝化收稿日期:2003-12-18基金项目:中国科学院知识创新重点项目(KSCXZ-SW-102)作者简介:李谷(1965-),男,博士生,副研究员。E-mail:ligu@ihb.ac.cnDOI:10.16535/j.cnki.dlhyxb.2004.04.010菌和硝化菌两个功能菌群,其主要特征为自养、生长速率低、好氧、依附性和产酸性等。在一般污水处理系统中,硝化细菌的含量很低。因此,研究开发硝化细菌的快速富集培养技术,提高硝化细菌的产率,对氨氮污染水体处理具有重要作用。关于这方面的研究,国内外均有不少文献报道[7、8]。现实中,硝化过程主要由自养菌完成,但异养菌也可以参与硝化;氨氧化在有氧条件下可以进行,在厌氧条件下也可以发生。胡宝兰、郑平[9]在Anammox(厌氧氨氧化AnaerobicAmmoniaOxidafion)反应器中分离了6株好氧氨氧化菌,它们不仅具有好氧氨氧化菌的典型特征,而且将其置于厌氧条件下培养也有厌氧氨氧化能力。Robertson和VanNeil[10]分离的Psendomonasspp.、Alcaligenesfaecalis和Thiosphaerapantotropha菌株,既表现为好氧反硝化,同时也具有异养硝化能力,正因为如此,Robertson提出了好氧反硝化和异养硝化的工作模型,直接把氨转化为最终的气态产物。光合细菌在养殖水体氨氮污染生物修复中的应用非常广泛[11]。光合细菌是一类能利用光能,具有复杂代谢功能的原核生物,其利用的基质多种多样,可营自养、异养或兼性营养,氧化类型又可分为厌氧、好氧和兼性厌氧等。其反应的机理在