Bioremediation of nitrogen- and phosphorus-polluted aquaculture sediment by utilizing combined immobilized effective microorganisms and sediment aeration technology

Resumo

A liberação endógena de nitrogênio e fósforo do sedimento da aquicultura pode poluir continuamente a qualidade da água em tanques de aquicultura. Neste estudo, foi projetada uma abordagem de biorremediação integrada, que combinou microorganismos eficazes (ME) com técnicas de aeração para restaurar o sedimento de aquicultura contaminado. Inicialmente, um conjunto de experimentos em escala de laboratório foi projetado para avaliar a viabilidade da tecnologia para a biorremediação de nitrogênio e fósforo. Foram medidos os índices de eficiência de remoção e transformação da água de cobertura e do sedimento. A partir dos resultados obtidos, a combinação de aeração do sedimento e ME imobilizado melhorou significativamente a taxa de remoção de nitrogênio e fósforo da água de cobertura e do sedimento quando comparada a outros métodos. Posteriormente, uma série de experimentos em escala de campo foi ainda implementada para avaliar a técnica integrada em aplicações práticas. Em experimentos de campo, a variação no índice de estado trófico (IET) e nas atividades de biodegradação de sedimentos (valor G) foi usada para avaliar o efeito da biorremediação de sedimentos. Na lagoa II, que promove a biodegradação de sedimentos, os valores de IET variaram de 70,13 para 54,16, e o nível de classificação mudou de hipereutrófico para levemente eutrófico. Além disso, o valor G aumentou de 0,98 kg/(kg·h) para 2,12 kg/(kg·h). A matéria orgânica (MO) e a espessura do sedimento (ES) diminuíram em 17,4 g/kg e 2,3 cm, respectivamente. Os resultados obtidos indicaram que a combinação de ME e aeração de sedimentos pode ser viável e eficaz para a remedição de sedimentos de aquicultura poluídos com nitrogênio e fósforo.

Abstract

The endogenous release of nitrogen and phosphorus from aquaculture sediment can continuously pollute the water quality in aquaculture ponds. In this study, an integrated bioremediation approach that combined effective microorganisms (EM) with aeration techniques was designed to restore contaminated aquaculture sediment. Initially, a set of laboratory-scale experiments was designed to evaluate the feasibility of the technology for the bioremediation of nitrogen and phosphorus. The removal and transformation efficiency indexes of both the overlying water and sediment were measured. From the obtained results, the combination of sediment aeration and immobilized EM significantly improved the nitrogen and phosphorus removal rate from the overlying water and sediment when compared to other methods. Subsequently, a series of field-scale experiments was further implemented to assess the integrated technique in practical applications. In field experiments, the variation in the comprehensive trophic level index (TLI) and sediment biodegradation activities (G value) was used to assess the effect of sediment bioremediation. In pond II which promotes sediment biodegradation, the values of TLI varied from 70.13 to 54.16, and the classification level changed from Hypereutrophic to a Light eutrophic. In addition, the G value increased from 0.98 kg/(kg·h) to 2.12 kg/(kg·h). The organic matter (OM) and sediment thickness (ST) decreased by 17.4 g/kg and 2.3 cm, respectively. The obtained results indicated that the combination of EM and sediment aeration might be feasible and effective for the remediation of nitrogen- and phosphorus-polluted aquaculture sediment.