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9.3 微生物过程

2 years ago

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9.3.1 溶解化

溶解包括分解构成鱼类废物的复杂有机分子,并以离子矿物的形式将剩余的食物喂入养分,植物可以吸收(Goddek 等人,2015 年;Somerville 等人,2014 年)。 在水产养殖(杉田等人,2005 年;Turcios 和 Papenbrock 2014)和水产养殖中,溶解主要是由尚未完全识别的异养细菌(van Rijn 2013;第 6 章)进行的(Goddek 等人,2015 年)。 一些研究已经开始破译这些细菌群落的复杂性(Schmautz 等人,2017 年)。 在目前的水产养殖中,观察到的最常见的细菌有:根茎菌、黄细菌、狮面杆菌 _ SP、_ 科马莫纳菌 _ SP、_ 不动杆菌 _ sp.、_ 气单胞菌 _ sp. 和 _ 假单胞菌。 (蒙吉亚-弗拉戈佐等人, 2015 年; 杉田等人, 2005 年). 细菌在水生物中的主要作用的一个例子是,通过生产植物特别存在于 _γ-蛋白细菌 _ 中,不溶性植物酸盐转化为磷(P),供植物吸收(Jorquera 等人,2008 年)。 (在这一领域需要进行更多的研究). 除 P 以外的其他营养物质也可以作为固体被捕,并与污泥一起从系统中抽出。 因此,正在努力使用 UASB-EGSB 反应堆将这种污泥再矿化,以便将养分重新输入水生体系(Delide 2017;Goddek 等人,2016 年;第 10 章。 此外,根据饲料的成分,不同矿物质不会以相同的速度释放(Leteliergordo 等人,2015 年),从而导致对其在水生溶液中的浓度进行更为复杂的监测(Seawit 等人,1998 年)。

9.3.2 硝化

水生系统中的主要氮源是鱼饲料及其中含有的蛋白质(Goddek 等人,2015 年;Ru 等人,2017 年;翁基等人,2017 年;Yildiz 等人,2017 年)。 理想情况下,这种饲料的 100% 应该被鱼吃掉。 然而,据观察到,鱼类仅使用给定饲料中含有的大约 30% 的氮(Rafiee 和 Saad,2005 年)。 摄入的饲料部分用于同化和新陈代谢(Wongkiew 等人,2017 年),其余部分则通过鳃或尿液和粪便排泄(Ru 等人,2017 年)。 通过鳃排出的氮主要是氨,NHSub3/Sub(旺基等人,2017 年;Yildiz 等人,2017 年),而尿液和粪便则由有机氮组成(Wongkiew 等人,2017 年),后者通过蛋白酶和脱氨酶转化为氨(2005 年等)。 一般来说,鱼类以 TAN 的形式排放氮,即 NHSub3/Sub 和 NHSub4/Sub+/SUP。 NHSub3/Sub 和 NHSub4/Sub+/SUP 之间的平衡主要取决于 pH 值和温度。 氨是饲料蛋白质的鱼类分解代谢产生的主要废物(Yildiz 等人,2017 年)。

硝化是一个两步的过程,在这个过程中,鱼排出的 NHSub3/Sub 或铵 NHSub4/Sub +/SUP 先转化为亚硝酸盐 NOSub2/Sub /SUP,然后通过特定的有氧化合自营养菌转化为硝酸盐 NOSub/SUP。 由于硝化会消耗氧气,因此需要高可用性溶解氧(Carsiotis 和汉娜 1989 年;马迪根和马丁科 2007 年;正田 2014 年)。 这种转化的第一步是由氨氧化细菌 (AOB) 进行的,例如:亚硝酸菌 _、亚硝酸球菌 _、亚硝酸球菌 _、亚硝基霉菌 _ 和亚硝酸菌 _。 第二步是由硝酸盐氧化细菌(NOB)进行的,例如硝基杆菌 _、硝基球菌 _、亚硝酸球菌 _ 和亚硝酸磷(鲁朗瓜和维德格姆 2013;蒂蒙斯和埃伯林 2013;Wongkiew 等人,2017 年)。 目前推断为一种完整的硝化剂,即同时参与亚硝酸盐和硝酸盐的生产(Daims 等人,2015 年)。 同样的细菌也可以在水产养殖和水产养殖系统中发现(Wongkiew 等人,2017 年)。 这些细菌主要存在于固定在组成生物过滤器的介质上的生物膜中,但也可以在该系统的其他隔间观察到(Timmons 和 Ebeling 2013)。

硝化在水生物中至关重要,因为氨和亚硝酸盐对鱼类毒性很大:0.02—0.07 毫克/升的氨 — 氮足以观察温水鱼的损伤,亚硝酸盐 — 氮应保持在 1 毫克/升以下(Losordo 等人,1998 年;Timmons 和 Ebeling 2013 年)。 氨会影响鱼的中枢神经系统(兰德尔和徐 2002;蒂蒙斯和埃伯林 2013 年),而亚硝酸盐引起固氧问题(Losordo 等人,1998 年)。 硝酸盐 — — 不过,鱼类对氮的耐受性高达 150—300 毫克/升(戈德克等人,2015 年;格拉伯和荣格,2009 年;伊尔迪兹等人,2017 年)。

硝化主要发生在生物过滤器(洛索尔多等人,1998 年;蒂蒙斯和埃伯林 2013 年)。 因此,在启动系统时,建议在没有鱼类的情况下运行该系统,以便能够建立缓慢增长的硝化细菌种群(Timmons 和 Ebeling 2013;Wongkiew 等人,2017 年)。 还有必要尽可能避免有机物在生物过滤器中的存在,以防止竞争激烈的异养细菌的生长(Timmons 和 Ebeling 2013)。 或者,在放养之前,可以将硝化细菌的商业混合物添加到系统中,以加快殖民过程(Kuhn 等人,2010 年)。 然而,没有生物过滤器的小型水生系统也存在。 在这些系统中,硝化细菌会形成可用表面的生物膜(例如水培室壁、使用介质床技术时的惰性介质)(Somerville 等人,2014 年)。


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