新會(huì)柑汁發(fā)酵物對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水的凈化效果研究

李義勇，陳柏忠，曾嘉佳，吳振強(qiáng)

（1.華南理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510006；2.廣東新寶堂生物科技有限公司，廣東 江門(mén) 529101；3.華南師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 510631）

我國(guó)作為水產(chǎn)養(yǎng)殖大國(guó)，向全球供應(yīng)了約60%的水產(chǎn)品。隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，養(yǎng)殖尾水的排放愈發(fā)嚴(yán)重[1]。我國(guó)大多數(shù)水產(chǎn)養(yǎng)殖基地的條件落后，缺少現(xiàn)代化設(shè)備，導(dǎo)致未經(jīng)處理的養(yǎng)殖尾水直接排入水體，使其發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化，破壞自然環(huán)境的生態(tài)平衡，甚至影響人類健康[2]。目前，處理養(yǎng)殖尾水的技術(shù)有物理法、化學(xué)法和生物法。較之物理和化學(xué)法，生物法不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，而且處理成本更低廉，是養(yǎng)殖尾水凈化的主流技術(shù)[3-4]。

添加微生物菌劑是生物法中最常用的[5]，將微生物菌劑直接投加到養(yǎng)殖尾水中，不需要額外的設(shè)備或工藝，還可提高水產(chǎn)養(yǎng)殖物的免疫力和產(chǎn)量，與其他生物法相比具有經(jīng)濟(jì)高效、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[6]，所以利用微生物菌劑凈化養(yǎng)殖尾水具有良好的應(yīng)用前景。但是，由于微生物菌劑需要頻繁添加，導(dǎo)致投加量大和使用費(fèi)偏高，給養(yǎng)殖戶造成一定的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。微生物菌劑產(chǎn)品的主要生產(chǎn)成本為培養(yǎng)基[7]。若能夠利用農(nóng)業(yè)廢棄物作為天然培養(yǎng)基擴(kuò)培微生物菌劑，則不僅可使農(nóng)業(yè)廢棄物得到充分利用，還能夠獲得廉價(jià)、有效的發(fā)酵物。將之用于養(yǎng)殖尾水凈化，可顯著減少微生物菌劑消耗量，節(jié)省養(yǎng)殖戶投入。

新會(huì)柑作為“廣東三寶”之一，現(xiàn)有種植面積已超6 667 hm2，果品年產(chǎn)量達(dá)230 000 t。新會(huì)柑的果皮被用于加工制作陳皮，而果肉是副產(chǎn)物，因口感酸澀、果核多、且不耐存放而被隨意丟棄，不僅浪費(fèi)資源，還污染環(huán)境[9]。該課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，新會(huì)柑果肉及果汁營(yíng)養(yǎng)豐富，可以滿足微生物的全部生長(zhǎng)需求。截至目前，已有研究人員對(duì)新會(huì)柑肉和柑汁進(jìn)行食品開(kāi)發(fā)[10-14]，但鮮有將柑汁開(kāi)發(fā)成微生物菌劑天然培養(yǎng)基的報(bào)道。該研究利用柑汁作為天然培養(yǎng)基，擴(kuò)培3 種微生物菌劑，并用于凈化養(yǎng)殖尾水。不僅可以為新會(huì)柑汁等農(nóng)業(yè)廢棄物的處置提供一種新思路，還可獲得廉價(jià)、有效的發(fā)酵品，為養(yǎng)殖尾水凈化提供新的解決方案。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 培養(yǎng)基 取下腳料柑肉1 000 g，榨汁。將柑汁分成兩組，分別是經(jīng)2 000 r/min、10 min 離心組和未離心組，并分別置于4 ℃冰箱保存，用作微生物菌劑發(fā)酵的天然培養(yǎng)基。

1.1.2 菌劑 購(gòu)買(mǎi)自廣州市致合生物科技有限公司的3 種商品化凈水菌劑，分別是利生源（主要成分為硫化氫氧化細(xì)菌、類球紅細(xì)菌、多種超耐低氧芽孢桿菌等復(fù)合菌）、酵之源（主要成分為進(jìn)口復(fù)合乳酸菌、酵母菌、超低耐氧芽孢桿菌等）、乳丁寶（主要成分為乳酸菌和乳丁寶菌等）。

1.1.3 模擬尾水 參照文獻(xiàn)配制[15]。

1.1.4 池塘尾水 取自廣州市鐘落潭鎮(zhèn)的一個(gè)草魚(yú)池塘和一個(gè)羅非魚(yú)池塘，位于北緯23°21′29″、東經(jīng)113°27′26″。將取回的水樣置于4 ℃冰箱保存，3 d內(nèi)用完。主要水質(zhì)指標(biāo)如表1 所示。

表1 魚(yú)塘尾水指標(biāo)

1.2 柑汁發(fā)酵物對(duì)模擬尾水的凈化效果研究

1.2.1 柑汁擴(kuò)培微生物菌劑 將3 種微生物菌劑分別以1∶10 的質(zhì)量體積比加入裝有50 mL 柑汁的潔凈錐形瓶中，置于28 ℃、150 r/min 恒溫振蕩器中培養(yǎng)3 d。同時(shí)設(shè)置未添加微生物菌劑的柑汁組（即自然發(fā)酵）。

1.2.2 發(fā)酵物對(duì)模擬尾水的凈化 將以上4 組發(fā)酵物以1‰體積比投加到盛有4 L 模擬尾水的潔凈塑料桶中，培養(yǎng)25 d。同時(shí)設(shè)置未投加任何發(fā)酵物的模擬尾水作為對(duì)照組。在發(fā)酵物加入尾水后立刻取樣測(cè)定，作為T(mén)N 和NH3-N 的初始濃度，每3 d測(cè)定1 次。每組做3 個(gè)平行實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)比，從4 組發(fā)酵物中篩選出最優(yōu)處理劑進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

1.3 最優(yōu)處理劑對(duì)池塘尾水的凈化

將最優(yōu)處理劑以1‰比例投加到盛有20 L 魚(yú)塘尾水的潔凈塑料桶中，培養(yǎng)7 d。同時(shí)設(shè)置未投加最優(yōu)處理劑的池塘尾水作為對(duì)照組。在處理劑加入尾水后立刻取樣測(cè)定，作為T(mén)N 和NH3-N 的初始濃度，每3 d 測(cè)定1 次。每組做3 個(gè)平行實(shí)驗(yàn)。據(jù)此，確定最優(yōu)處理劑對(duì)池塘尾水的凈化效果。

1.4 分析方法

NH3-N 測(cè)定采用納氏試劑比色法[16]，TN 測(cè)定采用堿性過(guò)硫酸鉀氧化紫外分光光度法[17]。

2 結(jié)果與討論

2.1 柑汁發(fā)酵物對(duì)模擬尾水的凈化效果

2.1.1 未離心組柑汁的發(fā)酵物 對(duì)模擬尾水凈化效果經(jīng)過(guò)25 d 的處理，未離心柑汁的發(fā)酵物對(duì)模擬尾水中TN 的去除效果如圖1 所示。與對(duì)照組相似，受到開(kāi)放環(huán)境因素影響，4 種發(fā)酵物處理組的TN也表現(xiàn)出波動(dòng)變化。除了柑汁自然發(fā)酵物，其他3種發(fā)酵物處理組的TN 總體呈下降趨勢(shì)，尤其是利生源發(fā)酵物處理組的下降趨勢(shì)十分明顯。在25 d 時(shí)，利生源發(fā)酵物處理組的TN 去除率達(dá)73.0%。另外，酵之源與乳丁寶發(fā)酵物處理組的TN 去除效果較一致，且對(duì)TN 去除率均高于對(duì)照組及柑汁自然發(fā)酵物處理組，說(shuō)明添加了微生物菌劑的發(fā)酵物方可有效促進(jìn)模擬尾水的TN 去除。

與TN 去除效果相似（見(jiàn)圖2），4 種發(fā)酵物處理組的NH3-N 也表現(xiàn)出波動(dòng)變化。除了柑汁自然發(fā)酵物，其他3 種發(fā)酵物處理組的NH3-N 總體呈下降趨勢(shì)，尤其是利生源發(fā)酵物處理組的下降趨勢(shì)十分明顯。在25 d 時(shí)，利生源發(fā)酵物處理組的NH3-N 去除率達(dá)88.7%。另外，酵之源與乳丁寶發(fā)酵物處理組的NH3-N 去除效果教一致，且對(duì)NH3-N 去除率均高于對(duì)照組及柑汁自然發(fā)酵物處理組，說(shuō)明添加了微生物菌劑的發(fā)酵物方可有效促進(jìn)模擬尾水的NH3-N 去除。

2.1.2 離心組柑汁的發(fā)酵物 對(duì)模擬尾水凈化效果經(jīng)過(guò)25 d 的處理，離心柑汁的發(fā)酵物對(duì)模擬尾水中TN 的去除效果如圖3 所示。與未離心組柑汁的發(fā)酵物處理TN 效果較一致，且TN 去除效果有一定的提高，尤其是利生源發(fā)酵物處理組的TN 去除率進(jìn)一步提高到82.5%，提高了1.21 倍，說(shuō)明離心柑汁較之未離心柑汁更適合于發(fā)酵，其發(fā)酵物對(duì)TN 的去除效果更理想。該結(jié)果與作者的預(yù)期一致，因?yàn)楦讨腥菀妆晃⑸锢玫氖侨芙庑誀I(yíng)養(yǎng)物，顆粒性營(yíng)養(yǎng)物的可利用性差，伴隨進(jìn)入到養(yǎng)殖尾水中會(huì)增加營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷，影響凈水效果，因此通過(guò)離心（或自然沉降或八層紗布過(guò)濾） 等手段去除柑汁中的顆粒物是有利的。

與未離心組柑汁的發(fā)酵物處理NH3-N 效果較一致（圖4），離心組柑汁的發(fā)酵物對(duì)模擬尾水中NH3-N 的去除效果有一定的提高，尤其是利生源發(fā)酵物處理組的NH3-N 去除率進(jìn)一步提高到98.7%，提高了1.11 倍，說(shuō)明離心柑汁較之未離心柑汁更適合于發(fā)酵，其發(fā)酵物對(duì)NH3-N 的去除效果更理想。該結(jié)果也符合作者預(yù)期。

2.1.3 離心組與未離心組柑汁的發(fā)酵物 對(duì)模擬尾水凈化效果比較參見(jiàn)對(duì)照組，柑汁自然發(fā)酵物處理組對(duì)模擬尾水未表現(xiàn)出凈化效果，因此這里只討論其他3 種發(fā)酵物對(duì)模擬尾水的凈化效果。圖5 直觀地對(duì)比了3 者對(duì)TN 和NH3-N 的去除效果，可見(jiàn)無(wú)論是離心組還是未離心組的柑汁，均以利生源發(fā)酵物的處理效果最好，酵之源次之，乳丁寶再次之；同時(shí)，離心柑汁的利生源發(fā)酵物的處理效果優(yōu)于未離心柑汁的。因此，確定離心柑汁的利生源發(fā)酵物為最優(yōu)處理劑，用于后續(xù)的池塘尾水處理。

2.2 最優(yōu)處理劑對(duì)池塘尾水的凈化效果

2.2.1 最優(yōu)處理劑對(duì)池塘尾水TN 的凈化效果 經(jīng)過(guò)7 d 的處理，利生源發(fā)酵物對(duì)兩種池塘尾水中TN的去除效果如圖6 所示。較之未加菌魚(yú)塘尾水的對(duì)照組，加菌后魚(yú)塘尾水TN 濃度有所上升，因?yàn)榘l(fā)酵物自身帶入了一定量的營(yíng)養(yǎng)，但隨后會(huì)逐步下降，且下降趨勢(shì)更明顯。在第7 d 時(shí)，加菌羅非魚(yú)池塘尾水TN 去除率為61%，高于未加菌組的29%；此時(shí)TN 濃度為4.78 mg/L，已達(dá)到淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求（SC/T 9101—2007）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[18]。另外，在第7天時(shí)，加菌草魚(yú)池塘的去除率為37%，較之對(duì)照組未表現(xiàn)出明顯效果，但繼續(xù)降解趨勢(shì)仍十分明顯。

考慮到外源微生物進(jìn)入池塘水體后需要一定時(shí)間適應(yīng)后才能真正發(fā)揮作用，這里對(duì)圖6 中的數(shù)據(jù)線性擬合，得到圖7，其直線斜率代表著TN 降解速率。經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：加菌草魚(yú)池塘尾水TN 去除速率為0.839 2 mg/（L·d），高于未加菌組的0.741 4 mg/（L·d）；加菌羅非魚(yú)池塘尾水TN 去除速率為1.191 mg/（L·d），明顯高于未加菌組的0.504 mg/（L·d）。按此TN 降解速率計(jì)算可知，若要使草魚(yú)池塘TN 濃度也達(dá)到SC/T 9101—2007 的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值5.0 mg/L，則未加菌草魚(yú)池塘在理論上需歷時(shí)10.2 d，而加菌后的僅需歷時(shí)7.3 d，可縮短見(jiàn)效期2.9 d；若要使羅非魚(yú)池塘TN 濃度進(jìn)一步達(dá)到SC/T 9101—2007 的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值3.0 mg/L，則未加菌羅非魚(yú)池塘在理論上需歷時(shí)13.3 d，而加菌后的僅需歷時(shí)7.7 d，可縮短見(jiàn)效期5.6 d?？梢?jiàn)，對(duì)于兩種池塘尾水，投加利生源發(fā)酵物均有利于加速TN 去除進(jìn)程。

2.2.2 最優(yōu)處理劑對(duì)池塘尾水NH3-N 的凈化效果經(jīng)過(guò)7 d 的處理，利生源發(fā)酵物對(duì)兩種池塘尾水中NH3-N 的去除效果如圖8 所示。與TN 相比，加菌對(duì)魚(yú)塘尾水中的NH3-N 去除效果更為明顯。兩種池塘尾水的NH3-N 濃度均近乎呈直線下降趨勢(shì)，且加菌組在第4 天即趨于平衡，而未加菌的至第7 天時(shí)仍未達(dá)到平衡。在第7 天時(shí)，加菌草魚(yú)池塘尾水NH3-N 的去除率為65%，高于未加菌組的59%；加菌羅非魚(yú)池塘尾水NH3-N 去除率為49%，高于未加菌組的34%。

同樣，對(duì)圖8 中的數(shù)據(jù)線性擬合，得到圖9，其直線斜率代表著NH3-N 降解速率。經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：加菌草魚(yú)池塘尾水NH3-N 去除速率為0.8463 mg/（L·d），高于未加菌組的0.74 mg/(L·d)；加菌羅非魚(yú)池塘尾水NH3-N 去除速率為0.715 mg/（L·d），明顯高于未加菌組的0.5107 mg/（L·d）。可見(jiàn)，對(duì)于兩種池塘尾水，投加利生源發(fā)酵物均有利于加速NH3-N 去除進(jìn)程。

3 結(jié)論

該研究利用一種農(nóng)業(yè)廢棄物新會(huì)柑汁作為天然培養(yǎng)基，擴(kuò)培利生源、酵之源、乳丁寶等3 種微生物菌劑，并用于凈化養(yǎng)殖尾水凈化，獲得的主要結(jié)論有：

（1）較之柑汁自然發(fā)酵，添加了微生物菌劑的發(fā)酵物方可有效地促進(jìn)模擬尾水的TN 和NH3-N去除。

（2）離心柑汁較之未離心柑汁更適合于發(fā)酵，其發(fā)酵物對(duì)TN 和NH3-N 的去除效果更理想。

（3）無(wú)論是離心組還是未離心組的柑汁發(fā)酵物，均以利生源發(fā)酵物對(duì)TN 和NH3-N 的處理效果最好，酵之源次之，乳丁寶再次之。

（4）以離心柑汁的利生源發(fā)酵物為最優(yōu)處理劑，可加速池塘尾水TN 和NH3-N 的去除進(jìn)程，其中羅非魚(yú)池塘尾水氮指標(biāo)達(dá)到了淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求（SC/T 9101—2007）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。