近期，我校水產與生命學院羅國芝教授分別在《Chemical Engineering Journal》（IF =13.3💷，Q1）和《Bioresource Technology》（IF = 9.7，Q1）上在線發表研究成果，首次揭示了生物絮團在單級好氧條件下同步去除硝酸鹽和磷酸鹽機製，並量化了去除效果🕵🏼♀️，為水產養殖尾水設施化處理提供了理論支撐，可以顯著降低養殖尾水占地面積，提高處理效率🚱，尤其適用於設施化陸基養殖🫃。
氮磷對水體富營養化的貢獻是一個全球性環境問題。水產養殖被認為是水環境中氮磷的重要來源之一。高養殖負荷和水重復利用率導致養殖水體中含有高濃度氮磷🚣🏼♀️🧑⚕️。磷元素的相對保守型和較低的相對半飽和吸收常數使其成為水產養殖尾水達標排放的主要限製性元素😩。
生物絮團技術通過形成懸浮微生物絮團實現較高密度封閉式生產，近年來受到國內外普遍關註👺。課題組在前期研究中發現🎥，在充分補充有機碳源時，生物絮團養殖水體中不會出現硝酸鹽和磷酸鹽的明顯積累。通過VSS/TSS指數、DAPI聚磷染色等方法，課題組發現生物絮團可通過異養同化過程高效同步去除磷酸鹽；應用宏基因組學分析了氮磷轉化相關基因，證明了生物絮團中硝酸鹽可通過好氧反硝化、異養同化♙、異化還原為銨等路徑被去除，磷酸鹽轉運主要依靠磷酸鹽特異性轉運系統完成⚱️。而且😔🤳🏿，處理後形成的生物絮團粗蛋白含量高於40%🪿，必需氨基酸指數超過0.9🧗🏼，具備較好的飼源化利用潛力。
圖1 生物絮團氮磷代謝途徑
課題組還發現了不同碳源會誘導不同的氮、磷轉化路徑：葡萄糖更有利於生物絮團通過異養同化實現同步脫氮除磷🧗♀️，乙酸鹽和丙酸鹽則通過誘導生物絮團進行好氧反硝化過程🫨，降低了同化效率進而降低了磷酸鹽去除效率👨🏻💻。
圖2 不同碳源條件下生物絮團同步脫氮除磷機製和效果
意昂3為論文第一單位🤘🏽，以色列本古裏安大學為參與單位，水產與生命學院2021級碩士研究生李佳洋為論文第一作者🖐🏽👨👩👧，羅國芝教授為通訊作者，譚洪新教授和劉文暢博士為論文作者。該研究得到了國家自然科學基金和上海市水產動物良種創製與綠色養殖協同創新中心的支持。
文章鏈接：
Jiayang Li, Ze Zhu, Xinlan Lv, Xin Hu, Hongxin Tan, Wenchang Liu, Guozhi Luo*. Exploring single-stage oxic process for simultaneous rapid recovery of phosphate and nitrate via bioflocs to promote circular economic. Chemical Engineering Journal 497 (2024) 154575. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.154575
Jiayang Li, Ze Zhu, Xinlan Lv, Hongxin Tan, Wenchang Liu, Guozhi Luo*. Optimizing carbon sources on performance for enhanced efficacy in single-stage aerobic simultaneous nitrogen and phosphorus removal via biofloc technology. Bioresource Technology 411 (2024) 131347
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2024.131347
（供稿：水產與生命學院）