755. Bacteria in aquaponicsBacteria

75
5. Bacteria in aquaponics
Bacteria are a crucial and pivotal aspect of aquaponics, serving as the bridge that
connects the fish waste to the plant fertilizer. This biological engine removes toxic
wastes by transforming them into accessible plant nutrients. Chapter 2 discussed
the nitrogen cycle, especially the critical role of nitrifying bacteria, and outlined the
essential parameters for maintaining a healthy colony. Chapter 4 discussed the aspects
of biofilter materials that host these same bacteria. This brief chapter serves as a review
of the bacteria, including details of the important bacterial groups. Heterotrophic
bacterial activity is more fully discussed in terms of its role in the mineralization of
solid fish waste. Unwanted bacteria are discussed, including: denitrifying bacteria,
sulphate-reducing bacteria and pathogens. Finally, the timeline of bacterial cycling is
discussed in regard to the establishment of a new aquaponic system.
5.1 NITRIFyING BACTERIA AND THE BIOFILTER
Chapter 2 discussed the vital role of nitrifying bacteria in regard to the overall aquaponic
process. The nitrifying bacteria convert the fish waste, which enters the system mainly
as ammonia, into nitrate, which is fertilizer for the plants (Figure 5.1). This is a twostep process, and two separate groups of nitrifying bacteria are involved. The first step
is converting ammonia to nitrite, which is done by the ammonia-oxidizing bacteria
(AOB). These bacteria are often referred to by the genus name of the most common
group, the Nitrosomonas. The second step is converting nitrite to nitrate is done by
the nitrite-oxidizing bacteria (NOB). These are commonly referred to by the genus
name of the most common group, the Nitrobacter. There are many species within
these groups, but for the purposes of this publication, the individual differences are
not important, and it is more useful to consider the group as a whole. The nitrification
process occurs as follows:
1) AOB bacteria convert ammonia (NH₃) into nitrite (NO₂-)
2) NOB bacteria then convert nitrite (NO₂-) into nitrate (NO₃-)
Nitrification and, therefore, a healthy bacterial colony is essential to a functioning
aquaponic system. Nitrifying bacteria are relatively slow to reproduce and establish
colonies, requiring days and sometimes weeks, and therefore the patience of the
farmer is one of the most important management parameters when establishing a new
aquaponic system. Many aquariums and aquaponic systems have failed because too
many fish were added before the colony of bacteria was fully developed. There are
several other key parameters to support nitrifying bacteria. Generally, bacteria require
FIGURE 5.1
The nitrification process in aquaponics
Fish produce
ammonia in waste
Ammonia-oxidizing
bacteria (AOB)
consume ammonia
(NH3) and convert it
to nitrite (NO2-)
Nitrite-oxidizing
bacteria (NOB)
consume nitrite
(NO2-) and convert it
into nitrate (NO3-)
Plants use nitrate
(NO3-) for plant
growth
76 Small-scale aquaponic food production – Integrated fish and plant farming
a large, dark location to colonize with good water quality, adequate food and oxygen.
Often, nitrifying bacteria form a slimy, light brown or beige matrix on the biofilter, and
have a distinctive odour that is difficult to describe, but does not smell particularly foul
which could indicate other micro-organisms.
5.1.1 High surface area
Biofiltration material with a high specific surface area (SSA) is optimal to develop
extensive colonies of nitrifying bacteria. SSA is a ratio defining the surface area
exposed from a given volume of media, and is expressed in square metres per cubic
metres (m2/m3). In general, the smaller and more porous the particles of the media, the
greater is the surface available for bacteria to colonize. This results in more efficient
biofiltration. There are many such materials used in aquaponics, either as growing
media or for biofiltration, e.g. volcanic gravel, expanded clay, commercial plastic
biofilter balls, and plant roots. The volcanic tuff and Bioballs® considered in this
manual have, respectively, 300 m²/m³ and 600 m²/m³, which is an adequate SSA to
enable bacteria to thrive. Further characteristics and SSA of the different media used
in aquaponics are summarized in Table 4.1 and Appendix 4. If the biofilter material
is not ideal and has a lower surface area to volume ratio, then the biofilter should be
larger. An oversized biofilter cannot harm an aquaponic system, and although overly
large biofilters would add unnecessary expense, excess biofiltration capacity has saved
many systems from collapse.
5.1.2 Water pH
Nitrifying bacteria function adequately through a pH range of 6–8.5. Generally, these
bacteria work better at higher pH, with the Nitrosomonas group preferring a pH of
7.2–7.8, and the Nitrobacter group preferring a pH of 7.2–8.2. However, the target pH
for aquaponics is 6–7, which is

Kết quả (Việt) 1:

755. vi khuẩn trong aquaponicsVi khuẩn là một khía cạnh rất quan trọng và then chốt của aquaponics, phục vụ như là cây cầu đókết nối các chất thải của cá phân bón cây. Động cơ sinh học này loại bỏ độc hạichất thải bằng cách chuyển đổi chúng thành chất dinh dưỡng thực vật có thể truy cập. Chương 2 thảo luậnlà nitơ của chu kỳ, đặc biệt là có vai trò quan trọng của nitrifying vi khuẩn, và vạch ra cácCác thông số cần thiết cho việc duy trì một thuộc địa lành mạnh. Chương 4 thảo luận về các khía cạnhbiofilter tài liệu lưu trữ các vi khuẩn tương tự. Chương ngắn gọn này phục vụ như là một bài đánh giácác vi khuẩn, bao gồm các chi tiết của các nhóm vi khuẩn quan trọng. Dịvi khuẩn hoạt động được thảo luận đầy đủ hơn về vai trò của nó trong mineralization củachất thải rắn cá. Không mong muốn vi khuẩn được thảo luận, bao gồm: vi khuẩn, denitrifyingsulphate – giảm vi khuẩn và các mầm bệnh. Cuối cùng, thời gian đi xe đạp do vi khuẩn làthảo luận liên quan đến việc thành lập một hệ thống aquaponic mới.5.1 nITRIFyING vi KHUẨN VÀ BIOFILTERChương 2 thảo luận về vai trò quan trọng trong nitrifying vi khuẩn liên quan đến tổng thể aquaponicquá trình. Nitrifying vi khuẩn chuyển đổi chất thải cá, nhập vào hệ thống chủ yếuamoniac thành nitrat, mà là phân bón cho cây trồng (hình 5.1). Đây là một quá trình twostep, và hai nhóm riêng biệt trong nitrifying vi khuẩn có liên quan. Bước đầu tiênchuyển đổi amoniac nitrit, được thực hiện bởi các vi khuẩn ôxi hóa amoniac(AOB). Những vi khuẩn này thường được gọi bằng tên chi của phổ biến nhấtNhóm các Nitrosomonas. Bước thứ hai chuyển đổi nitrit để nitrat được thực hiện bởiCác oxy hóa nitrite vi khuẩn (UNION). Những thường được gọi bằng chitên của nhóm phổ biến nhất, Nitrobacter. Có rất nhiều các loàinhững nhóm, nhưng đối với các mục đích của Ấn phẩm này, sự khác biệt cá nhânkhông quan trọng, và nó là hữu ích hơn để xem xét nhóm như một toàn thể. Sự nitrat hóaquá trình xảy ra như sau:1) AOB vi khuẩn chuyển đổi amoniac (NH₃) thành nitrit (NO₂-)2) NOB vi khuẩn sau đó chuyển đổi nitrit (NO₂-) thành nitrat (NO₃-)Nitrat hóa, và do đó, một thuộc địa vi khuẩn khỏe mạnh là điều cần thiết để hoạt động mộtHệ thống Aquaponic. Nitrifying vi khuẩn là tương đối chậm để tái sản xuất và thiết lậpthuộc địa, đòi hỏi ngày và đôi khi vài tuần, và do đó sự kiên nhẫn của cácnông dân là một trong các thông số quản lý quan trọng nhất khi thiết lập một mớiHệ thống Aquaponic. Nhiều bể cá và các hệ thống aquaponic đã thất bại vì quánhiều cá đã được bổ sung trước khi các thuộc địa của vi khuẩn đã được phát triển đầy đủ. Không cómột số các thông số quan trọng để hỗ trợ cho nitrifying vi khuẩn. Nói chung, yêu cầu của vi khuẩnHÌNH 5.1Quá trình nitrat hóa ở aquaponicsCá sản xuấtamoniac trong xử lý chất thảiÔxi hóa amoniacvi khuẩn (AOB)tiêu thụ amoniac(NH3) và chuyển đổi nóđể nitrit (NO2-)Ôxi hóa Nitritevi khuẩn (UNION)tiêu thụ nitrit(NO2-) và chuyển đổi nóthành nitrat (NO3-)Nhà máy sử dụng nitrat(NO3-) cho cây trồngtăng trưởng76 aquaponic quy mô nhỏ sản xuất thực phẩm-tích hợp cá và thực vật nuôilớn và tối, vị trí để xâm chiếm với chất lượng nước tốt, đầy đủ thức ăn và ôxy.Thông thường, các vi khuẩn nitrifying tạo thành một slimy, ánh sáng màu nâu hoặc màu be ma trận trên biofilter, vàcó một mùi đặc biệt đó là khó khăn để mô tả, nhưng không có mùi hôi đặc biệtmà có thể chỉ ra các vi sinh vật.5.1.1 diện tích bề mặt caoBiofiltration vật liệu cao cụ thể tích (SSA) là tối ưu để phát triểnthuộc địa rộng lớn của nitrifying vi khuẩn. SSA là một tỉ lệ xác định diện tích bề mặttiếp xúc từ một khối lượng nhất định của phương tiện truyền thông, và được thể hiện trong mét vuông cho mỗi khốimét (m2/m3). Nói chung, nhỏ hơn và xốp hơn các hạt của các phương tiện truyền thông, cáclớn hơn là bề mặt có sẵn cho vi khuẩn xâm chiếm. Kết quả là hiệu quả hơnbiofiltration. Có rất nhiều vật liệu được sử dụng trong aquaponics, hoặc như là đang phát triểnphương tiện truyền thông hoặc cho biofiltration, ví dụ như núi lửa sỏi, mở rộng đất sét, thương mại nhựabiofilter quả bóng, và rễ cây. Núi lửa tuff và Bioballs® được coi là ở đâyhướng dẫn sử dụng có, tương ứng, 300 m²/m³ và 600 m²/m³, mà là một SSA đầy đủ đểcho phép các vi khuẩn phát triển mạnh. Hơn nữa các đặc điểm và SSA của các phương tiện truyền thông khác nhau được sử dụngở aquaponics được tóm tắt trong bảng 4.1 và phụ lục 4. Nếu các tài liệu biofilterkhông phải là lý tưởng và có diện tích bề mặt thấp tỷ lệ khối lượng, sau đó biofilter nênlớn hơn. Một biofilter quá khổ không thể gây hại cho một hệ thống aquaponic, và mặc dù quábiofilters lớn sẽ thêm chi phí không cần thiết, biofiltration vượt quá công suất đã lưunhiều hệ thống từ sự sụp đổ.5.1.2 nước pHNitrifying vi khuẩn chức năng đầy đủ thông qua một loạt pH 6-8.5. Nói chung, nhữngvi khuẩn làm việc tốt hơn tại cao vn, với nhóm Nitrosomonas thích độ pH của7.2-7.8, và Nitrobacter nhóm thích độ pH 7.2 – 8.2. Tuy nhiên, mục tiêu pHaquaponics là 6-7, đó là

Kết quả (Việt) 2:

75
5. Vi khuẩn trong aquaponics
Vi khuẩn là một khía cạnh quan trọng và then chốt của aquaponics, phục vụ như cầu đó
kết nối các chất thải của cá để bón cây. Động cơ sinh học này loại bỏ độc
chất thải bằng cách chuyển đổi chúng thành các chất dinh dưỡng dễ tiếp cận. Chương 2 thảo luận
chu trình nitơ, đặc biệt là vai trò quan trọng của vi khuẩn nitrat, và vạch ra các
thông số cần thiết cho việc duy trì một thuộc địa khỏe mạnh. Chương 4 thảo luận các khía cạnh
của các vật liệu lọc sinh học mà chủ các vi khuẩn tương tự. Chương ngắn gọn này phục vụ như một đánh giá
của các vi khuẩn, bao gồm cả các chi tiết của các nhóm vi khuẩn quan trọng. Dị dưỡng
vi khuẩn hoạt động được đầy đủ hơn thảo luận về vai trò của nó trong quá trình khoáng hoá các
chất thải của cá rắn. Vi khuẩn không mong muốn được thảo luận, bao gồm: vi khuẩn khử Nitơ,
vi khuẩn sulfat-giảm và các mầm bệnh. Cuối cùng, các mốc thời gian của chu vi khuẩn được
thảo luận liên quan đến việc thành lập một hệ thống aquaponics mới.
5.1 vi khuẩn nitrat VÀ lọc sinh học
Chương 2 thảo luận về vai trò quan trọng của vi khuẩn nitrat liên quan đến các aquaponics tổng thể
quá trình. Các vi khuẩn nitrat chuyển đổi các chất thải của cá, mà đi vào hệ thống chủ yếu
như amoniac, nitrat vào, đó là phân bón cho cây trồng (Hình 5.1). Đây là một quá trình hai bậc thang, và hai nhóm riêng biệt của vi khuẩn nitrat có liên quan. Bước đầu tiên
là chuyển đổi amoniac thành nitrit, được thực hiện bởi các vi khuẩn amoniac-oxy hóa
(AOB). Những vi khuẩn này thường được gọi bằng tên chi trong những phổ biến nhất
nhóm, Nitrosomonas. Bước thứ hai là chuyển đổi nitrite thành nitrate được thực hiện bởi
các vi khuẩn nitrit-oxy hóa (NOB). Đây là những thường được gọi bởi các chi
tên của nhóm hay gặp nhất, Nitrobacter. Có rất nhiều loài trong
các nhóm này, nhưng đối với các mục đích của ấn phẩm này, sự khác biệt cá nhân là
không quan trọng, và nó rất hữu ích hơn để xem xét nhóm như một toàn thể. Các nitrat hóa
quá trình xảy ra như sau:
1) vi khuẩn AOB chuyển đổi amoniac (NH₃) thành nitrit (NO₂-)
2) vi khuẩn NOB sau đó chuyển đổi nitrit (NO₂-) thành nitrat (NO₃-)
Quá trình nitrat hóa và, do đó, một thuộc địa của vi khuẩn khỏe mạnh là điều cần thiết một hoạt động
hệ thống aquaponics. Vi khuẩn nitrat là tương đối chậm để tái sản xuất và thiết lập
các thuộc địa, đòi hỏi ngày và đôi khi tuần, và do đó sự kiên nhẫn của
người nông dân là một trong những thông số quản lý quan trọng nhất khi thiết lập mới
hệ thống aquaponics. Nhiều hồ cá cảnh và hệ thống aquaponics đã thất bại vì quá
nhiều cá đã được thêm vào trước các loại vi khuẩn đã được phát triển đầy đủ. Có
một vài thông số quan trọng khác để hỗ trợ các vi khuẩn nitrat. Nói chung, vi khuẩn cần
Hình 5.1
Quá trình nitrat hóa trong aquaponics
cá sản xuất
amoniac trong chất thải
amoniac-oxy hóa
vi khuẩn (AOB)
tiêu thụ amoniac
(NH3) và chuyển đổi nó
thành nitrit (NO2-)
Nitrit-oxy hóa
vi khuẩn (NOB)
tiêu thụ nitrit
(NO2-) và chuyển đổi nó
thành nitrat (NO3-)
thực vật sử dụng nitrat
(NO3-) cho cây
tăng trưởng
76 quy mô nhỏ sản xuất thực phẩm aquaponics - Tích hợp cá và cây nông nghiệp
. một, vị trí tối lớn để thực dân với chất lượng nước tốt, đầy đủ thức ăn và oxy
thường , vi khuẩn nitrat tạo thành một nhớt, màu nâu nhạt hoặc màu be ma trận trên lọc sinh học, và
có một mùi đặc biệt đó là khó khăn để mô tả, nhưng không có mùi đặc biệt hôi
có thể chỉ ra các vi sinh vật khác.
5.1.1 bề mặt cao khu vực
lọc sinh học vật liệu với một diện tích bề mặt riêng cao (SSA) là tối ưu để phát triển
thuộc địa rộng lớn của vi khuẩn nitrat. SSA là một tỷ lệ xác định diện tích bề mặt
tiếp xúc từ một khối lượng nhất định của phương tiện truyền thông, và được thể hiện trong mét vuông mỗi khối
mét (m2 / m3). Nói chung, nhỏ hơn và xốp hơn các hạt của các phương tiện truyền thông, các
lớn hơn là các bề mặt có sẵn cho vi khuẩn xâm. Điều này dẫn đến hiệu quả hơn
lọc sinh học. Có rất nhiều tài liệu như vậy được sử dụng trong aquaponics, hoặc là phát triển
phương tiện truyền thông hoặc cho lọc sinh học, ví dụ như sỏi núi lửa, đất sét, nhựa thương mại
bóng lọc sinh học, và rễ cây. Các túp núi lửa và Bioballs® coi trong này
thủ có, tương ứng, 300 m² / m³ và 600 m² / m³, mà là một SSA đủ để
cho phép vi khuẩn phát triển mạnh. Đặc điểm xa hơn và SSA của phương tiện truyền thông khác nhau được sử dụng
trong aquaponics được tóm tắt trong Bảng 4.1 và Phụ lục 4. Nếu vật liệu lọc sinh học
không phải là lý tưởng và có diện tích bề mặt thấp hơn tỷ lệ khối lượng, sau đó các lọc sinh học nên
lớn hơn. Một lọc sinh học quá khổ không thể gây hại cho hệ thống aquaponics, và mặc dù quá
lọc sinh học lớn sẽ thêm chi phí không cần thiết, khả năng lọc sinh học thừa đã cứu
nhiều hệ thống khỏi sự sụp đổ.
PH 5.1.2 Nước
vi khuẩn nitrat hoá chức năng đầy đủ thông qua một loạt pH 6-8,5. Nói chung, các
vi khuẩn làm việc tốt hơn ở pH cao hơn, với các nhóm Nitrosomonas thích pH
7,2-7,8, và nhóm Nitrobacter thích pH 7,2-8,2. Tuy nhiên, giá trị pH
cho aquaponics là 6-7, đó là