水产养殖新突破：氢气助力硝酸盐无害化，提升循环水系统效率
更新时间：2025-09-30 10:56:31 来源/作者：深蓝牧渔
循环水养殖系统 (RAS)中硝酸盐 (NO₃⁻-N) 的积累是一个持续存在的挑战，它会损害鱼类健康和生产效率。尽管目前已有多种技术可以解决这一问题，但许多技术都存在缺陷，例如会导致水质恶化或产生有毒副产物。在此背景下，山梨大学、玛希隆大学和兰甘亨大学的科学家团队开发并评估了一种创新的氢营养反硝化 (HD) 系统。该技术利用氢气 (H₂) 作为“清洁”电子供体，将硝酸盐转化为无害的氮气 (N₂)。这项在实验室规模的虹鳟鱼 ( Oncorhynchus mykiss ) 循环水系统 (RAS) 中进行的研究表明，该方法不仅高效，而且对鱼类完全安全。
主要发现
RAS中的硝酸盐挑战
在任何循环系统中，鱼类排泄物和未食用的饲料都会释放铵盐（NH₄⁺-N），而铵盐会被生物过滤器中的硝化细菌转化为硝酸盐（NO₃⁻-N）。虽然硝酸盐的毒性低于铵盐或亚硝酸盐，但其逐渐积累会导致鱼类健康问题，例如高铁血红蛋白血症，并降低成活率，从而影响养殖场的盈利能力。
传统的硝酸盐去除方法，例如异养反硝化，需要添加有机碳源（例如甲醇、葡萄糖），这会降低水质并增加污泥产量。氢养反硝化作为一种很有前景的替代方案应运而生，因为它利用氢气——一种自然消散的无害化合物——避免了这些缺点。
氢营养反硝化系统的设计与优化
研究人员设计了一个封闭的、非加压的滴滤式反应器，以最大限度地增加水、反硝化细菌和氢气之间的接触。
为了优化该系统，他们首先评估了三种类型的细菌载体（聚丙烯环、陶瓷环和聚烯烃海绵），并得出结论：聚烯烃海绵由于其表面积较大，是固定细菌污泥最有效的载体。随后，他们比较了两种操作模式：移动床系统和滴滤系统。滴滤系统表现出更高的脱氮率，这可能是由于氢气向水中的传质效率更高。
最终的5.2升系统充满了接种了细菌的聚烯烃海绵，并持续供应氢气 (H₂) 并定期供应二氧化碳 (CO₂) 以维持稳定的 pH 值。
高效且不损害鱼类健康
该HD系统被整合到一个60升的RAS系统中，成年虹鳟鱼在此养殖了约100天。结果令人瞩目：
该过程中的关键细菌对反应器污泥的微生物分析表明，Thauera和Dechloromonas两个细菌属占主导地位，在实验结束时，它们合计占细菌群落的42%以上。这些细菌丰度的增加，以及与反硝化相关的功能基因（narG、nirk、nirS、nosZ）的增加，证实了它们在系统中硝酸盐去除中的核心作用。
氢营养反硝化的影响和未来
这项研究表明，氢营养反硝化是一种可行且极具前景的淡水循环水氮管理技术。其主要优势包括：
作者指出，尽管没有观察到任何不良影响，但该系统确实增加了水箱水中活菌的浓度。因此，他们建议在商业规模的实施中，将反硝化装置安装在消毒装置（例如紫外线）之前，以最大限度地降低风险。
该技术的成功为未来大规模应用的优化打开了大门，为水产养殖业提供了增强循环养殖系统可持续性和效率的有力工具。
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