بررسی پویایی نیتریفیکاسیون و نقش فرایندهای مختلف تصفیه زیستی در بیوفیلترهای هوازی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 *، عبدالمجید حاجی مرادلو2، ناصر آق3، رسول قربانی4 1. دانشجوی دکتری شیلات، گروه شیلات، دانشکده شیلات و محیط زیست، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان 2

2 . استاد گروه شیلات، دانشکده شیلات و محیط زیست، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان

3 . دانشیار پژوهشکده مطالعات دریاچه ارومیه، دانشگاه ارومیه، ارومیه

4 . دانشیار گروه شیلات، دانشکده شیلات و محیط زیست، دانشگاه علوم

چکیده

نرخ نیتریفیکاسیون در بیوفیلترها تابع غلظت آمونیاک است و مقادیر آمونیاک با توجه به زمان غذادهی در طول روز تغییر می‌کند. از طرف دیگر، به خاطر وجود شرایط مختلف در بیوفیلترها، احتمال حضور و فعالیت انواع باکتری‌ها دور از انتظار نیست. به همین دلیل در این تحقیق، پویایی نیتریفکاسیون در ساعات مختلف شبانه روز و همچنین نقش فرایندهای تصفیه زیستی (نیتریفیکاسیون، دنیتریفیکاسیون و آناموکس) در بیوفیلترهای هوازی مستقر در سیستم مدار بسته پرورش کپور معمولی مورد بررسی قرار گرفت. برای اجرای این تحقیق 12 سیستم مدار بسته آزمایشی دارای بیوفیلترهای مبتنی بر کاه جو، پوشال چوب، اسفنج و لوله‌های مشبک پی‌وی‌سی طراحی گردید. پس از فعال شدن بیوفیلترها، در روزهای 46 و 61، نرخ نریفیکاسیون از هر 4 ساعت تعیین گردید و در روز 62 با نمونه‌گیری از بیوفیلترها، فرایندهای نیتریفیکاسیون، دنیتریفیکاسیون و آناموکس مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که نرخ نیتریفیکاسیون در ساعات مختلف شبانه روز متفاوت بوده و بیشترین مقدار آن با زمان‌های غذادهی در ارتباط بوده است. نرخ نیترفیکاسیون در گرانول‌های نمونه‌ برداری شده از بیوفیلترها نسبت به حداکثر نرخ‌های به‌دست آمده برای بیوفیلترهای مستقر در سیستم‌ها بیشتر بوده است و در این گرانول‌ها علاوه بر نیتریفیکاسیون، دنیتریفیکاسیون به مقدار زیاد و آناموکس به مقدار کمتر وجود داشت. بنابراین با مدیریت بهتر این بیوفیلترها می‌توان از همه فرایندهای دخیل در تصفیه زیستی ترکیبات معدنی نیتروژن استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها


Brandes, J. A.; Devol, A. H.; Deutsch, C.; (2007). New developments in the marine nitrogen cycle. Chemical Reviews; 107: 577-589.##Colt, J.; Lamoureux, J.; Patterson, R.; Rogers, G.; (2006). Reporting standards for biofilter performance studies. Aquaculture Engineering; 34: 377-388.##Crab, R.; Avnimelech, Y.; Defoirdt, T.; Bossier, P.; Verstraete, W.; (2007). Nitrogen removal techniques in aquaculture for sustainable production. Aquaculture; 270, 1-14.##FDZ-Polanco, F.; Mndez, E.; Uruena, M. A.; Villaverde, S.; Garcła, P. A.; (2000). Spatial distribution of heterotrophic and nitrifiers in a submerged biofilter for nitrification. Water Research; 34: 4081-4089.##Juretschko, S.; Timmermann, G.; Schmid, M.; Schleifer, K. H.; Pommerening, A.; Koops, H. P.; Wagner, M.; (1998). Combined molecular and conventional analyses of nitrifying bacterium diversity in activated sludge: Nitrosococcus mobilis and Nitrospira-like bacteria as dominant populations. Applied and Environmental Microbiology; 64: 3042-3051.##Kloep, F.; Roske, I.; Neu, R. T.; (2000). Performance and microbial structure of a nitrifying fluidized-bed reactor. Water Research; 34: 311-319.##Lam, P.; Lavik, G.; Jensen, M. M.; van de Vossenberg, J.; Schmid, M.; Woebken, D.; Gutiérrez, D.; Amann, R.; Jetten, M. S. M.; Kuypers, M. M. M.; (2009). Revising the nitrogen cycle in the Peruvian oxygen minimum zone. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America; 106: 4752-4757.##Lahav, O.; Bar Massada, I.; Yackoubov, D.; Zelikson, R.; Mozes, N.; Tal, Y.; Tarre, S.; (2009). Quantification of anammox activity in a denitrification reactor for a recirculating aquaculture system. Aquaculture; 288, 76-82.##Ling, J.; Chen, S.; (2005). Impact of organic carbon on nitrification performance of different biofilters. Aquacultural Engineering; 33(2): 150-162.##Liu, H.; Che, X.; Zhang, Y.; (2013). Performance of sequencing microbead biofilters in a recirculating aquaculture system. Aquacult. Eng.; 52: 80-86.##Michaud, L.; Blancheton, J. P.; Bruni, V.; Piedrahita, R.; (2006). Effect of particulate organic carbon on heterotrophic bacterial populations and nitrification efficiency in biological filters. Aquaculture Engineering; 34: 224-233.##Nguyen, T. T.; Ngo, H. H.; Guo, W.; Johnston, A.; Listowski, A.; (2010). Effects of sponge size and type on the performance of an up-flow sponge bioreactor in primary treated sewage effluent treatment. Bioresource Technology; 101: 1416-1420.##Ohashi, A.; Viraj de Silva, D. G.; Mobarry, B.; Manem, J. A.; Stahl, D. A.; Rittman, B. E.; (1995). Influence of substrate C/N ratio on the structure of multi species biofilms consisting of nitrifiers and heterotrophs. Water Science and Technology; 32: 75-84.##Saliling, W. J. B.; Westerman, P. W.; Losordo, T. M.; (2007). Wood chips and wheat straw as alternative biofilter media for denitrification reactors treating aquaculture and other wastewaters with high nitrate concentrations. Aquacultural Engineering; 37, 222-233.##Schuster, C.; Stelz, H.; (1998). Reduction in the makeup water in semi closed recirculating aquaculture systems. Aquaculture Engineering; 17: 167-174.##Strous, M.; Fuerst, J. H.; Kramer, E. H. M.; Logemann, S.; Muyzer, G.; van de Psa-Schoonen, K. T.; Webb, R.; Kuenen, J. G.; Jetten, M. S. M.; (1999). Missing lithotroph identified as new planctomycete. Nature; 400: 446-449.##Tal, Y.; Watts, J. E. M.; Schreier, S. B.; Sowers, K. R.; Schreier, H. J.; (2003). Characterization of the microbial community and nitrogen transformation process associated with moving bed bioreactors in a closed recirculatedmariculture system. Aquaculture; 215: 187-202.##Tal, Y.; Watts, J. E. M.; Schreier, H. J.; (2006). Anaerobic ammonium oxidizing (Anammox) bacteria and associated activity in fixed film biofilters of a marine recirculating aquaculture system. Applied and Environmental Microbiology; 72: 2896-2904.##Timmons, M. B.; Ebeling, J. M.; (2007). Recirculating aquaculture. Cayuga Aqua Ventures, New York, 769 p.##Van Rijn, J.; (1996). The potential for integrated biological treatment systems in recirculating fish culture. Aquaculture; 139: 181-201.##Van Rijn, J.; Tal, Y.; Schreier, H. J.; (2006). Denitrification in recirculating systems: Theory and applications. Aquaculture Engineering; 34: 364-376##Zhang, C.; Bishop, P.; (1994). Evaluation of tortuosity and effective diffusivities in biofilms. Water Research; 28(11): 2279-2287.##Zhu, S.; Chen, S.; (2002). Impact of temperature on nitrification rate in fixed film biofilters. Aquacultural Engineering; 26: 221-237.##