新会柑汁发酵物对水产养殖尾水的净化效果研究

2020-10-22李义勇陈柏忠曾嘉佳吴振强

水产养殖 2020年10期

李义勇，陈柏忠，曾嘉佳，吴振强

（1.华南理工大学生物科学与工程学院，广东广州 510006；2.广东新宝堂生物科技有限公司，广东江门 529101；3.华南师范大学环境学院，广东广州 510631）

我国作为水产养殖大国，向全球供应了约60%的水产品。随着水产养殖业的发展，养殖尾水的排放愈发严重[1]。我国大多数水产养殖基地的条件落后，缺少现代化设备，导致未经处理的养殖尾水直接排入水体，使其发生富营养化，破坏自然环境的生态平衡，甚至影响人类健康[2]。目前，处理养殖尾水的技术有物理法、化学法和生物法。较之物理和化学法，生物法不会对环境造成二次污染，而且处理成本更低廉，是养殖尾水净化的主流技术[3-4]。

添加微生物菌剂是生物法中最常用的[5]，将微生物菌剂直接投加到养殖尾水中，不需要额外的设备或工艺，还可提高水产养殖物的免疫力和产量，与其他生物法相比具有经济高效、操作简单等优点[6]，所以利用微生物菌剂净化养殖尾水具有良好的应用前景。但是，由于微生物菌剂需要频繁添加，导致投加量大和使用费偏高，给养殖户造成一定的经济负担。微生物菌剂产品的主要生产成本为培养基[7]。若能够利用农业废弃物作为天然培养基扩培微生物菌剂，则不仅可使农业废弃物得到充分利用，还能够获得廉价、有效的发酵物。将之用于养殖尾水净化，可显著减少微生物菌剂消耗量，节省养殖户投入。

新会柑作为“广东三宝”之一，现有种植面积已超6 667 hm2，果品年产量达230 000 t。新会柑的果皮被用于加工制作陈皮，而果肉是副产物，因口感酸涩、果核多、且不耐存放而被随意丢弃，不仅浪费资源，还污染环境[9]。该课题组前期研究发现，新会柑果肉及果汁营养丰富，可以满足微生物的全部生长需求。截至目前，已有研究人员对新会柑肉和柑汁进行食品开发[10-14]，但鲜有将柑汁开发成微生物菌剂天然培养基的报道。该研究利用柑汁作为天然培养基，扩培3 种微生物菌剂，并用于净化养殖尾水。不仅可以为新会柑汁等农业废弃物的处置提供一种新思路，还可获得廉价、有效的发酵品，为养殖尾水净化提供新的解决方案。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 培养基取下脚料柑肉1 000 g，榨汁。将柑汁分成两组，分别是经2 000 r/min、10 min 离心组和未离心组，并分别置于4 ℃冰箱保存，用作微生物菌剂发酵的天然培养基。

1.1.2 菌剂购买自广州市致合生物科技有限公司的3 种商品化净水菌剂，分别是利生源（主要成分为硫化氢氧化细菌、类球红细菌、多种超耐低氧芽孢杆菌等复合菌）、酵之源（主要成分为进口复合乳酸菌、酵母菌、超低耐氧芽孢杆菌等）、乳丁宝（主要成分为乳酸菌和乳丁宝菌等）。

1.1.3 模拟尾水参照文献配制[15]。

1.1.4 池塘尾水取自广州市钟落潭镇的一个草鱼池塘和一个罗非鱼池塘，位于北纬23°21′29″、东经113°27′26″。将取回的水样置于4 ℃冰箱保存，3 d内用完。主要水质指标如表1 所示。

表1 鱼塘尾水指标

1.2 柑汁发酵物对模拟尾水的净化效果研究

1.2.1 柑汁扩培微生物菌剂将3 种微生物菌剂分别以1∶10 的质量体积比加入装有50 mL 柑汁的洁净锥形瓶中，置于28 ℃、150 r/min 恒温振荡器中培养3 d。同时设置未添加微生物菌剂的柑汁组（即自然发酵）。

1.2.2 发酵物对模拟尾水的净化将以上4 组发酵物以1‰体积比投加到盛有4 L 模拟尾水的洁净塑料桶中，培养25 d。同时设置未投加任何发酵物的模拟尾水作为对照组。在发酵物加入尾水后立刻取样测定，作为TN 和NH3-N 的初始浓度，每3 d测定1 次。每组做3 个平行实验。通过对比，从4 组发酵物中筛选出最优处理剂进行后续实验。

1.3 最优处理剂对池塘尾水的净化

将最优处理剂以1‰比例投加到盛有20 L 鱼塘尾水的洁净塑料桶中，培养7 d。同时设置未投加最优处理剂的池塘尾水作为对照组。在处理剂加入尾水后立刻取样测定，作为TN 和NH3-N 的初始浓度，每3 d 测定1 次。每组做3 个平行实验。据此，确定最优处理剂对池塘尾水的净化效果。

1.4 分析方法

NH3-N 测定采用纳氏试剂比色法[16]，TN 测定采用碱性过硫酸钾氧化紫外分光光度法[17]。

2 结果与讨论

2.1 柑汁发酵物对模拟尾水的净化效果

2.1.1 未离心组柑汁的发酵物对模拟尾水净化效果经过25 d 的处理，未离心柑汁的发酵物对模拟尾水中TN 的去除效果如图1 所示。与对照组相似，受到开放环境因素影响，4 种发酵物处理组的TN也表现出波动变化。除了柑汁自然发酵物，其他3种发酵物处理组的TN 总体呈下降趋势，尤其是利生源发酵物处理组的下降趋势十分明显。在25 d 时，利生源发酵物处理组的TN 去除率达73.0%。另外，酵之源与乳丁宝发酵物处理组的TN 去除效果较一致，且对TN 去除率均高于对照组及柑汁自然发酵物处理组，说明添加了微生物菌剂的发酵物方可有效促进模拟尾水的TN 去除。

与TN 去除效果相似（见图2），4 种发酵物处理组的NH3-N 也表现出波动变化。除了柑汁自然发酵物，其他3 种发酵物处理组的NH3-N 总体呈下降趋势，尤其是利生源发酵物处理组的下降趋势十分明显。在25 d 时，利生源发酵物处理组的NH3-N 去除率达88.7%。另外，酵之源与乳丁宝发酵物处理组的NH3-N 去除效果教一致，且对NH3-N 去除率均高于对照组及柑汁自然发酵物处理组，说明添加了微生物菌剂的发酵物方可有效促进模拟尾水的NH3-N 去除。

2.1.2 离心组柑汁的发酵物对模拟尾水净化效果经过25 d 的处理，离心柑汁的发酵物对模拟尾水中TN 的去除效果如图3 所示。与未离心组柑汁的发酵物处理TN 效果较一致，且TN 去除效果有一定的提高，尤其是利生源发酵物处理组的TN 去除率进一步提高到82.5%，提高了1.21 倍，说明离心柑汁较之未离心柑汁更适合于发酵，其发酵物对TN 的去除效果更理想。该结果与作者的预期一致，因为柑汁中容易被微生物利用的是溶解性营养物，颗粒性营养物的可利用性差，伴随进入到养殖尾水中会增加营养负荷，影响净水效果，因此通过离心（或自然沉降或八层纱布过滤）等手段去除柑汁中的颗粒物是有利的。

与未离心组柑汁的发酵物处理NH3-N 效果较一致（图4），离心组柑汁的发酵物对模拟尾水中NH3-N 的去除效果有一定的提高，尤其是利生源发酵物处理组的NH3-N 去除率进一步提高到98.7%，提高了1.11 倍，说明离心柑汁较之未离心柑汁更适合于发酵，其发酵物对NH3-N 的去除效果更理想。该结果也符合作者预期。

2.1.3 离心组与未离心组柑汁的发酵物对模拟尾水净化效果比较参见对照组，柑汁自然发酵物处理组对模拟尾水未表现出净化效果，因此这里只讨论其他3 种发酵物对模拟尾水的净化效果。图5 直观地对比了3 者对TN 和NH3-N 的去除效果，可见无论是离心组还是未离心组的柑汁，均以利生源发酵物的处理效果最好，酵之源次之，乳丁宝再次之；同时，离心柑汁的利生源发酵物的处理效果优于未离心柑汁的。因此，确定离心柑汁的利生源发酵物为最优处理剂，用于后续的池塘尾水处理。

2.2 最优处理剂对池塘尾水的净化效果

2.2.1 最优处理剂对池塘尾水TN 的净化效果经过7 d 的处理，利生源发酵物对两种池塘尾水中TN的去除效果如图6 所示。较之未加菌鱼塘尾水的对照组，加菌后鱼塘尾水TN 浓度有所上升，因为发酵物自身带入了一定量的营养，但随后会逐步下降，且下降趋势更明显。在第7 d 时，加菌罗非鱼池塘尾水TN 去除率为61%，高于未加菌组的29%；此时TN 浓度为4.78 mg/L，已达到淡水池塘养殖水排放要求（SC/T 9101—2007）二级标准[18]。另外，在第7天时，加菌草鱼池塘的去除率为37%，较之对照组未表现出明显效果，但继续降解趋势仍十分明显。

考虑到外源微生物进入池塘水体后需要一定时间适应后才能真正发挥作用，这里对图6 中的数据线性拟合，得到图7，其直线斜率代表着TN 降解速率。经对比发现：加菌草鱼池塘尾水TN 去除速率为0.839 2 mg/（L·d），高于未加菌组的0.741 4 mg/（L·d）；加菌罗非鱼池塘尾水TN 去除速率为1.191 mg/（L·d），明显高于未加菌组的0.504 mg/（L·d）。按此TN 降解速率计算可知，若要使草鱼池塘TN 浓度也达到SC/T 9101—2007 的二级标准值5.0 mg/L，则未加菌草鱼池塘在理论上需历时10.2 d，而加菌后的仅需历时7.3 d，可缩短见效期2.9 d；若要使罗非鱼池塘TN 浓度进一步达到SC/T 9101—2007 的一级标准值3.0 mg/L，则未加菌罗非鱼池塘在理论上需历时13.3 d，而加菌后的仅需历时7.7 d，可缩短见效期5.6 d。可见，对于两种池塘尾水，投加利生源发酵物均有利于加速TN 去除进程。

2.2.2 最优处理剂对池塘尾水NH3-N 的净化效果经过7 d 的处理，利生源发酵物对两种池塘尾水中NH3-N 的去除效果如图8 所示。与TN 相比，加菌对鱼塘尾水中的NH3-N 去除效果更为明显。两种池塘尾水的NH3-N 浓度均近乎呈直线下降趋势，且加菌组在第4 天即趋于平衡，而未加菌的至第7 天时仍未达到平衡。在第7 天时，加菌草鱼池塘尾水NH3-N 的去除率为65%，高于未加菌组的59%；加菌罗非鱼池塘尾水NH3-N 去除率为49%，高于未加菌组的34%。

同样，对图8 中的数据线性拟合，得到图9，其直线斜率代表着NH3-N 降解速率。经对比发现：加菌草鱼池塘尾水NH3-N 去除速率为0.8463 mg/（L·d），高于未加菌组的0.74 mg/(L·d)；加菌罗非鱼池塘尾水NH3-N 去除速率为0.715 mg/（L·d），明显高于未加菌组的0.5107 mg/（L·d）。可见，对于两种池塘尾水，投加利生源发酵物均有利于加速NH3-N 去除进程。