Characteristics of HN-AD microbiota and its application in the treatment of aquaculture wastewater

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2023-0883

Abstract

Abstract:

Aquaculture industry in China is developing towards high density and intensification, and the accumulation of NH₄ ⁺-N, NO₂ ^--N and NO₃ ^--N in water bodies has seriously affected the efficiency of water resources cycling and the quality of aquatic products. Heterotrophic nitrification-aerobic denitrification(HN-AD) technology can remove nitrogen in aquaculture water under high dissolved oxygen conditions, which is the core technology for purifying aquaculture water quality. The classification status of microorganisms with HN-AD function was briefly described, and the characteristics of microbial communities with HN-AD function were expounded. The expanded efficiency of HN-AD bacteria in salinity tolerance, pesticide degradation and antibiotic removal was analyzed. Meanwhile, the efficiency of HN-AD process regulation based on environmental factors was explored, and the development direction of HN-AD technology in the future was predicted. Driven by the dual goals of sustainability and “peaking carbon”, HN-AD technology is moving towards greater efficiency, sustainability and low carbon emissions, which will help the aquaculture industry to continuously improve water recycling and farming density.

Key words: heterotrophic nitrification-aerobic denitrification, microflora, aquaculture wastewater, low carbon

摘要：

我国水产养殖业正朝着高密度、集约化的方向发展，而养殖水体中NH₄ ⁺-N、NO₂ ^--N、NO₃ ^--N的积累问题严重影响了水资源循环效率及水产品品质。异养硝化-好氧反硝化（HN-AD）菌群可以在较高溶解氧条件下去除养殖水体中的氮素，是净化养殖水质的关键核心。简述了具有HN-AD功能的微生物分类现状，阐述了具有HN-AD功能的微生物群落特征，分析了HN-AD菌在耐盐、降解农药和去除抗生素等方面的拓展效能，同时探究了基于环境因子的HN-AD过程调控效率，最后预测HN-AD技术在未来的发展方向。在可持续发展与“碳达峰”双重目标的驱动下，HN-AD技术正朝着更高效、可持续性和低碳排放的方向发展，助力水产养殖业不断提高水循环利用率和养殖密度。

关键词: 异养硝化-好氧反硝化, 微生物群落, 水产养殖废水, 低碳

CLC Number:

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HN-AD菌	来源	碳源	脱氮率/%	特异性	应用
Pseudomonas stutzeri YG-24^〔12〕	沉积物	柠檬酸钠	>80	除磷（51.21%）	生活污水
Bacillus cereus GS-5^〔13〕	实验室自筛	醋酸钠	>84	除磷（76%）	生活废水
Pseudomonas putida NP5^〔14〕		琥珀酸钠	>90	除磷（89.61%）、耐重金属	重金属废水
Agrobacterium LAD9^〔15〕	垃圾渗滤液	柠檬酸钠	>90.8	耐低温、抗极端pH
Acinetobacter Y16^〔16〕	淡水	醋酸钠	>73.4	耐低温	寒冷地区废水
Acinetobacter JR1^〔17〕	制药废水	富马酸	>90	耐酸	含氮酸性废水
Acinetobacter calcoaceticus TY1^〔18〕	活性污泥	柠檬酸钠	>70	耐低温	冬季较冷环境
Bacillus methylotrophicus L7^〔19〕	废水样品	琥珀酸钠	>50	耐盐	城市废水、养殖废水
Vibrio diabolicus SF16^〔20〕	海洋沉积物	醋酸钠	>91	耐盐	含盐废水
Pseudomonas aeruginosa P-1^〔21〕	污水处理厂	葡萄糖	>60	耐盐、耐重金属	工业废水
Acinetobacter junii YB^〔22〕	活性污泥	琥珀酸钠	>50	絮凝和疏水	高浓度NH₄ ⁺废水
Alcaligenes faecalis C16^〔23〕	焦化废水	柠檬酸钠	>50	耐高浓度铵、耐高C/N	高有机物含量废水
Alcaligenes faecalis WT14^〔24〕	人工湿地	柠檬酸钠	>50	耐高浓度铵	高浓度NH₄ ⁺废水
Shinella zoogloeoides BC026^〔25〕	焦化废水	嘧啶	>76.5	除嘧啶	含氮嘧啶类废水
Diaphorobacter PD-7^〔26〕	焦化废水	苯酚	>90	除酚	含氮酚类废水
Pseudomonas BN5^〔27〕		苯	>93	除苯	含氮苯类废水
Paracoccus saliphilus SPUM^〔28〕	沿海虾塘			脱硫	高浓度硝酸盐废水

HN-AD菌	来源	碳源	脱氮率/%	特异性	应用
Pseudomonas stutzeri YG-24^〔12〕	沉积物	柠檬酸钠	>80	除磷（51.21%）	生活污水
Bacillus cereus GS-5^〔13〕	实验室自筛	醋酸钠	>84	除磷（76%）	生活废水
Pseudomonas putida NP5^〔14〕		琥珀酸钠	>90	除磷（89.61%）、耐重金属	重金属废水
Agrobacterium LAD9^〔15〕	垃圾渗滤液	柠檬酸钠	>90.8	耐低温、抗极端pH
Acinetobacter Y16^〔16〕	淡水	醋酸钠	>73.4	耐低温	寒冷地区废水
Acinetobacter JR1^〔17〕	制药废水	富马酸	>90	耐酸	含氮酸性废水
Acinetobacter calcoaceticus TY1^〔18〕	活性污泥	柠檬酸钠	>70	耐低温	冬季较冷环境
Bacillus methylotrophicus L7^〔19〕	废水样品	琥珀酸钠	>50	耐盐	城市废水、养殖废水
Vibrio diabolicus SF16^〔20〕	海洋沉积物	醋酸钠	>91	耐盐	含盐废水
Pseudomonas aeruginosa P-1^〔21〕	污水处理厂	葡萄糖	>60	耐盐、耐重金属	工业废水
Acinetobacter junii YB^〔22〕	活性污泥	琥珀酸钠	>50	絮凝和疏水	高浓度NH₄ ⁺废水
Alcaligenes faecalis C16^〔23〕	焦化废水	柠檬酸钠	>50	耐高浓度铵、耐高C/N	高有机物含量废水
Alcaligenes faecalis WT14^〔24〕	人工湿地	柠檬酸钠	>50	耐高浓度铵	高浓度NH₄ ⁺废水
Shinella zoogloeoides BC026^〔25〕	焦化废水	嘧啶	>76.5	除嘧啶	含氮嘧啶类废水
Diaphorobacter PD-7^〔26〕	焦化废水	苯酚	>90	除酚	含氮酚类废水
Pseudomonas BN5^〔27〕		苯	>93	除苯	含氮苯类废水
Paracoccus saliphilus SPUM^〔28〕	沿海虾塘			脱硫	高浓度硝酸盐废水

养殖系统类型	菌群种类
养殖系统类型	门	纲	属
淡水池塘养殖	Proteobacteria	Betaproteobacteria	Cupriavidus、Acidovorax
	Proteobacteria	Gammaproteobacteria	Pseudomonas、Klebsiella、Enterobacter、Acinetobacter
	Actinobacteria	Actinobacteria	Rhodococcus
海水池塘养殖	Proteobacteria	Betaproteobacteria	Alcaligenes、Burkholderia、Thauera
	Proteobacteria	Gammaproteobacteria	Pseudomonas、Klebsiella、Enterobacter、Halomonas、Acinetobacter、Serratia、Aeromonas
	Actinobacteria	Actinobacteria	Arthrobacter、Micrococcus

养殖系统类型	菌群种类
养殖系统类型	门	纲	属
淡水池塘养殖	Proteobacteria	Betaproteobacteria	Cupriavidus、Acidovorax
	Proteobacteria	Gammaproteobacteria	Pseudomonas、Klebsiella、Enterobacter、Acinetobacter
	Actinobacteria	Actinobacteria	Rhodococcus
海水池塘养殖	Proteobacteria	Betaproteobacteria	Alcaligenes、Burkholderia、Thauera
	Proteobacteria	Gammaproteobacteria	Pseudomonas、Klebsiella、Enterobacter、Halomonas、Acinetobacter、Serratia、Aeromonas
	Actinobacteria	Actinobacteria	Arthrobacter、Micrococcus

养殖系统类型	菌群种类
养殖系统类型	门	纲	属
RAS淡水养殖系统	Proteobacteria	Alphaproteobacteria	Rhodobacter
		Betaproteobacteria	Dechloromonas
		Gammaproteobacteria	Pseudomonas
	Bacteroidetes	Flavobacteriia	Flavobacterium
	Actinobacteria	Actinobacteria	Thermomonas
RAS海水养殖系统	Proteobacteria	Alphaproteobacteria	Paracoccus、Mesorhizobium
		Betaproteobacteria	Thauera
		Gammaproteobacteria	Pseudomonas、Acinetobacter、Stenotrophomonas、Halomonas、Enterobacter
	Actinobacteria	Actinobacteria	Rhodococcus
	Bacteroidetes	Flavobacteriia	Flavobacterium
	Firmicutes	Bacilli	Bacillus

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