通过优化循环空气提升流化床（CAFB）生物反应器中的碳添加量，提高海洋循环水产养殖系统中的氮去除效率

《Water》：Enhancing Nitrogen Removal in Marine Recirculating Aquaculture Systems by Optimized Carbon Addition in a Circulating Airlift Fluidized Bed (CAFB) Bioreactor

　　

摘要

高盐度、低碳的海洋水产养殖废水对生物脱氮过程提出了重大挑战。本研究系统评估了基于聚己内酯（PCL）的好氧脱氮生物滤池在不同温度（15°C和25°C）和不同PCL添加量（282、564、846、1128和1410克）下的性能。在15°C下使用1128克PCL（HRT 10小时）以及在25°C下使用1410克PCL（HRT 8小时）时，氮去除率达到了最佳水平，总氮（TN）去除效率超过92%，显著优于低PCL添加量的处理方案。微生物群落分析表明，增加PCL的添加量促进了水解菌属Flavobacterium相对于Simplicispira的优势，从而增强了聚合物的降解能力和系统的稳定性。宏基因组测序进一步阐明了PCL的完整降解途径：其水解产物被氧化生成NADH和FADH₂，作为脱氮过程的电子供体。与PCL分解和硝酸盐还原相关的关键功能基因（narG、nirK、nosZ）及相关酶在高性能反应器（如AT15H6、AT25H6、ET15H10、ET25H10）中显著富集，这与观察到的氮去除率高度相关。通过将反应器性能与微生物生态学和功能遗传学相结合，本研究提供了一个全面的“材料–微生物–基因–性能”框架，为提高盐水养殖系统中的脱氮效果提供了实用策略和机制见解。