盐度和五种渔药对生物絮团氨氮去除效果的初步研究

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针对水产养殖大量污染物排放造成的环境污染问题,生物絮凝技术逐渐被应用在工厂化养殖中。但是应用在海水养殖动物的养殖时,发现需要耗大量时间去构建海水生物絮凝反应系统,不仅耗时,且增加了养殖成本。针对这一问题,本文研究了如何快速构建不同盐度的生物絮凝养殖系统,同时初步研究了五种渔药对生物絮团氨氮去除效果的影响。实验主要分为以下四部分:1.不同盐度调节方式培养海水生物絮凝养殖系统的效率本实验比较了3组不同的盐度调节方式培养盐度为30的生物絮凝反应器的启动效率。第一组A组为直接盐度调节组:在盐度30的环境中构建海水生物絮凝反应器;第二组B组为盐度缓慢调节组:从淡水开始,边培养边提高盐度至30,再继续培养生物絮团(实验开始后,每天从早上九点到晚上九点,每3 h调高1个盐度,一天调高5个盐度,到盐度为30为止);第三组为C组为淡水驯化组,是在已培养好的淡水生物絮凝上逐渐调节升高盐度构建海水生物絮团(淡水生物絮凝系统构建好之后,开始添加盐,每天从早上九点到晚上九点,每3 h调高1个盐度,一天调高5个盐度,到盐度为30为止)。结果显示,在培养盐度为30的生物絮凝反应器时,淡水驯化组反应器和盐度缓慢调节组反应器中氨氮(NH4+-N)和亚硝酸盐氮(NO2--N)浓度先于直接盐度调节组反应器降至低水平。培养期间,淡水驯化组絮团沉降体积明显大于其他两组(P<0.05)。对系统微生物进行高通量测序发现:盐度为30的生物絮凝反应器中的优势菌纲是黄杆菌纲(Flavobacteria),鞘脂杆菌纲(Sphingobacteria)是直接盐度调节组中的优势菌纲,放线菌纲(Actinobacteria)是淡水驯化组絮凝反应器中的优势菌纲。盐度为30的海水生物絮凝反应器中的主要优势菌属是Leptobactrium sp.和norank-f-Segniliparacea sp.。结合启动完成后对三个处理组NH4+-N去除效果的监测(三组没有显著性差异(P>0.05)),认为盐度缓慢调节组和淡水驯化组的盐度调节方式有利于缩短海水生物絮凝反应器的培养周期。2.不同盐度的生物絮凝反应器的启动本实验采用了一次性调节盐度的方式,研究了能否一次性调节盐度将淡水生物絮凝反应器调控成盐度为15和30的生物絮凝反应器。第一组为对照组:即淡水生物絮凝反应器不加盐;第二组在淡水生物絮凝反应器中一次性调高15个盐度,使系统成为盐度15的生物絮凝反应器;第三组在淡水生物絮凝反应器中一次性调高30个盐度,使系统成为盐度30的生物絮凝反应器。结果显示,盐度30的实验组中,系统会发生NH4+-N和NO2--N的累积,而盐度15的实验组中,NH4+-N和NO2--N一直保持低含量水平,与对照组生物絮凝反应器三态氮和总氮(Total nitrogen,TN)的动态变化无显著性差异(P>0.05)。盐度为15和30的实验组,絮体沉降体积明显小于对照组(P<0.05);盐度为30的实验组的总固体悬浮颗粒物(Total suspended solids,TSS)含量高于盐度为15的实验组,均明显高于淡水组(P<0.05)。对系统微生物进行高通量测序:纲水平上,与对照组相比,盐度为15的生物絮凝反应器中微生物群落无明显变化(P>0.05),但是盐度为30的生物絮凝反应器中放线菌纲(Actinobacteria)的丰度明显增加,鞘脂杆菌纲(Sphingobacteria)的丰度明显降低。属水平上,盐度调至30时,norank-f-Segniliparacea sp.的丰度明显升高,norank-f-Saprospiraceae sp.、norank-f-Caldilineaceae sp.和副球菌属(Paracoccus sp.)的丰度明显较对照组和盐度15的生物絮凝反应器低。三个处理组NH4+-N去除效果的监测发现,三个处理组中NH4+-N的快速转换效率无显著差异(P>0.05),但是盐度为30的反应器中NO2--N的累积量显著高于淡水组(P<0.05),但是积累总量较低。综上所述,认为盐度为15的生物絮凝反应器可以在淡水生物絮凝反应器中直接调节盐度进行启动。3.盐度对生物絮团氨氮去除效果的影响本实验采用了在淡水生物絮凝反应器中一次性调节盐度的方式,将淡水生物絮凝反应器调控成不同盐度的生物絮凝反应器,然后进行10 mg/L的NH4+-N的去除效果的检测。第一组:淡水生物絮凝反应器不加盐,为对照组;第二组在淡水生物絮凝反应器中一次性调节盐度使盐度为5;第三组在淡水生物絮凝反应器中一次性调节盐度使盐度为10;第四组在淡水生物絮凝反应器中一次性调节盐度使盐度为15,分别构建不同盐度的生物絮凝反应器。结果显示,生物絮凝反应器中,盐度调至5、10、15后,NH4+-N不会发生明显累积,三态氮与TN的变化趋势与淡水对照组无显著性差异(P>0.05)。对系统微生物进行高通量测序发现,盐度为15的生物絮凝反应器中,微生物群落的多样性高于其它三组,四个处理组的微生物丰度无显著性差异(P>0.05)。物种组成上,属于厚壁菌门(Firmicutes)、芽孢杆菌纲(Bacilli)的芽孢杆菌属(Bacilli sp.)与放线菌门(Actinobacteria)在四个处理组中无明显差异(P>0.05),相反对比不添加盐的对照组,盐度为15的系统中,属绿湾菌门(chloroflexi)、暖绳菌纲(Caldilineae)的Norank-f-Caldilineaceae sp.的丰度明显降低,变形菌门(Proteobacteria)的假单胞菌属(Pseudomonas sp.),Norank-f-NS9-marine-group sp.,以及拟杆菌门(Bacteroldetes)的鞘脂杆菌纲(Sphingobacteria)和黄杆菌纲(Flavobacteria)的丰度随盐度的升高而升高。结合NH4+-N的去除效果表明,15以内盐的添加对微生物群落的影响不会影响系统中NH4+-N的去除效果,且还会增加微生物多样性,说明15以内盐度的生物絮凝反应器可以通过在淡水生物絮凝反应器中一次性调节盐度来构建。4.五种渔药对生物絮团氨氮去除效果的影响在生物絮凝反应器中添加4.5 mg/L的磺胺嘧啶、4.8 mg/L的磺胺间甲氧嘧啶、0.45mg/L的氟苯尼考、1.5 mg/L的多西环素、15 mg/L的恩诺沙星五种常用渔药,对照组为不加渔药的生物絮凝反应器,反应器进水中含20 mg/L的NH4+-N,进行为期20天的实验处理,待NH4+-N含量降至0.5 mg/L时,再持续添加NH4+-N,研究这五种渔药对生物絮凝反应器NH4+-N去除效果的影响。结果表明,氟苯尼考和多西环素,对NH4+-N的去除效果无明显影响,最终NO3-</sup>N累积量分别为55.10±5.89 mg/L和52.43±2.62 mg/L,不添加渔药的实验组NO3-</sup>N累积量为47.93±1.70 mg/L,表明这两个反应器中NH4+-N的去除途径依旧以硝化型为主,且对比对照组,这两种渔药明显降低了微生物群落的丰度,但是对群落门纲及属水平物种结构和丰度无明显影响(P>0.05)。磺胺间甲氧嘧啶对NH4+-N的去除效果和微生物群落组成无明显影响。磺胺嘧啶和恩诺沙星对NH4+-N的去除无明显影响,但最终NO3-</sup>N的累积量(分别为:17.09±10.78 mg/L和17.14±1.91 mg/L)明显低于对照组NO3-</sup>N的累积量(47.93±1.70 mg/L),说明磺胺嘧啶和恩诺沙星会使经硝化功能去除NH4+-N的途径减弱,且磺胺嘧啶和恩诺沙星增加了物种多样性,降低了微生物群落丰度。尤其是恩诺沙星,对属水平的菌群落结构和丰度有明显影响。
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