中国の水産養殖産業は高密度かつ集約的な方向に発展しており、養殖用水中のNH4+-N、NO2--N、NO3--Nの蓄積が効率に深刻な影響を与えています。水資源循環と水産物の品質。従属栄養性硝化好気性脱窒（HN-AD）細菌は、高溶存酸素条件下で養殖水から窒素を除去することができ、養殖水質を浄化する鍵となります。
この論文は、HN-AD 機能を持つ微生物の分類状況を簡単に説明し、HN-AD 機能を持つ微生物群集の特徴を説明し、耐塩性、農薬分解および抗生物質除去における HN-AD 細菌の増殖効率を分析し、その効率を調査します。環境要因に基づいた HN-AD プロセス規制の確立。最後に、HN-AD 技術の将来の開発方向を予測します。
持続可能な開発と「カーボンピーク」という 2 つの目標を原動力として、HN-AD テクノロジーは、より高い効率、持続可能性、低炭素排出の方向に開発されており、水産養殖業界が水のリサイクル効率と水産養殖密度を継続的に向上させるのに役立ちます。
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)、一連の消毒措置により飼育水中の脱窒微生物叢の数が減少し、さらに NH4+-N と NO2--N の蓄積につながり、影響を及ぼします。水生動物の健康と工場規模の循環水産養殖の効率。したがって、過剰な窒素は、工場規模の循環式養殖において解決する必要がある重要な技術的問題です。著者は、高密度、集中的かつ持続可能な方法で養殖を発展させるための HN-AD の参考となるように、HN-AD 機能を持つ微生物相の研究の現状と複雑な養殖廃水処理へのその応用について簡単に説明します。 。
従来の池繁殖モデルでは、HN-AD 細菌は門レベルでプロテオバクテリアと放線菌に集中しています。水産養殖モデルのさらなる開発により、微生物群集がより豊富になり、HN-AD 細菌がバクテロイデテスおよびファーミクテスで徐々に発見されています。各農法において、プロテオバクテリアは脱窒プロセスにおいて主導的な役割を果たす主要な細菌門であり、主にベータプロテオバクテリアとガンマプロテオバクテリアで構成されています。 2 番目に優勢な門はバクテロイデス門で、豊富な従属栄養植物相を持ち、有機物を効果的に分解することができ、主に硝化プロセスに関与します。各養殖モードにおいて、フラボバクテリア属はバクテロイデス属の主要な細菌クラスであり、脱窒およびリンを除去する能力があり、また活性汚泥処理システムにおける主要な細菌クラスでもあります。さらに、ファーミキューテスは胞子を通じて極限環境に耐えることができ、HN-AD プロセスを実行することもできます。
HN-AD微生物群集の機能拡張
高塩分水産養殖廃水処理において、耐塩性HN-AD菌の多くは海洋、活性汚泥、塩田由来であり、耐塩性や脱窒性能が異なります。この分野の研究のほとんどは現在、耐塩性 HN-AD 細菌の分離に焦点を当てています。水処理プロセスの脱窒効率を向上させる鍵となるのは、塩水条件下で機能性HN-AD菌を濃縮し、安定したHN-ADを実現する方法を徹底的に検討することです。
農薬を含む水産養殖廃水の処理において、研究者らは、一部の HN-AD 細菌、主にアシネトバクター、シュードモナス、エンテロバクターがリンを蓄積して除去できることを次々に発見しました。将来的には、効率的な HN-AD 細菌によってさらにスクリーニングおよび培養したり、有機リンの除去率を向上させる他のプロセスと組み合わせたりすることで、農薬を含む養殖廃水の処理をさらに促進することができます。
抗生物質を含む養殖廃水の処理は研究者の注目を集めていますが、抗生物質の処理は現在 MBBR、SBR などの小規模な実験室用バイオリアクターに限定されており、HN-AD 技術やバイオリアクターを使用して抗生物質を除去することはできません。残留抗生物質は有効ですが、抗生物質の存在により水処理システム内の微生物群集の構造が変化し、微生物の耐性が強化され、関連する魚や人間の病気のリスクが増加します。
研究者らは、一部の HN-AD 細菌が重金属耐性と脱窒という 2 つの特性を備えており、重金属を含む水産養殖廃水の処理に大きな可能性を示していることを発見しました。 HN-AD 細菌は長期にわたる環境選択圧力を受けており、細胞と代謝機能の両方がこれらの重金属イオンの影響と毒性に抵抗するための対応する耐性を発達させています。異なる重金属に対処する細胞代謝プロセスのメカニズムは異なります。水産養殖廃水が異なれば、重金属の種類や濃度も異なる可能性があるため、実際の適用では、異なる廃水特性に応じて効率的なHN-ADバクテリアを選択し、重金属イオンの除去効率を向上させるために反応器パラメータを調整する必要があります。さらに、このプロセスをより適切に制御するには、水産養殖廃水中の重金属イオンの移動と変換メカニズムを調査することが重要です。
HN-ADプロセスを制御する環境要因
養殖プロセスでは、複雑な複数の水処理プロセスが複雑な水環境条件を作り出します。環境要因は、微生物群集の代謝能力を調節することにより、微生物の脱窒能力を高めることができます。したがって、DO、炭素源、C/N、温度、pHを変更することでHN-ADプロセスを正確に制御し、脱窒効率を向上させることができます。
今後の展開
将来的には、この技術を養殖廃水の処理に使用することについて、次の側面でさらなる研究が実施される可能性があります。
(1) NH4+-N の除去効率の向上。養殖廃水にはNH4+-Nが多く含まれています。研究者は、細菌群集の組成を最適化し、操作パラメータを調整し、反応器の設計を改善することで、NH4+-N の除去効率をさらに向上させることができます。
(2) 他の処理技術と組み合わせる。 HN-AD 技術は、バイオフィルムリアクター、人工湿地、その他の技術と組み合わせて、より効率的な廃水処理システムを形成し、より優れた廃水浄化効果を達成することができます。
(3) エネルギー自給率。現在の HN-AD 技術は、廃水の処理過程で多くのエネルギーを消費します。将来の開発トレンドは、メタン酸化反応によって生成されたエネルギーを脱窒プロセスに供給するために使用するなど、新しいエネルギー回収技術を使用し、システムの外部エネルギーへの依存を減らし、持続可能性を向上させることです。
(4) 二酸化炭素排出量をさらに削減します。炭素排出削減の重要性がますます顕著になるにつれ、将来の開発傾向は HN-AD 技術の炭素排出削減に焦点を当てていくことになります。これは、システム設計を改善すること、より効率的なガス分離および回収技術を採用すること、または従来の有機炭素源の代わりに再生可能エネルギーや廃棄物から生成される有機物を使用するなどの代替炭素源を使用することによって達成できます。
要約すると、将来的には、HN-AD 技術はより高い効率、持続可能性、低炭素排出の方向に発展し、それによって高密度、集約性、持続可能性に向けた水産養殖の継続的な進歩を促進することになります。