[发明专利]基于mRNA响应的循环水养殖系统变速流控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及水产养殖水处理技术，尤其涉及一种工厂化循环水养殖系统生物滤器高效精准节能的变速流控制方法。 

背景技术

工厂化循环水养殖系统因具有资源节约、环境友好的特点，已成为世界范围内大力推崇发展的水产养殖模式。在超高密度集约化养殖条件下，其系统的核心处理技术为生物过滤，方式主要为通过配置生物滤器，利用定向富集在滤料表面的微生物完成水体主要污染物总氨氮TAN(Total Ammonia Nitrogen)与亚硝酸盐(NO₂^--N)的去除。其过程主要通过功能微生物群的硝化作用，将总氮氮TAN等通过氨氧化细菌AOB(Ammonia Oxidizing Bacteria)具有的氨单加氧酶催化氧化为羟胺，再由羟胺氧化为中间产物亚硝酸盐，最后由亚硝酸盐氧化菌NOB(Nitrite Oxidizing Bacteria)将亚硝酸氧化成对养殖对象相对无害的硝酸盐(NO₃^--N)，全反应限速步奏为式①，相关化学简式如下： 

NH₃+O₂+2H⁺→NH₂OH+H₂O  ① 

NH₂OH+H₂O→NO₂^-+5H^-  ② 

NO^2-+CO₂+0.5O₂→NO^3-  ③ 

在实际生产实践中，系统养殖规模(饵料投喂量)与生物滤器的有效容积均已固定，其生物滤器总处理性能主要与流速有关。为维持高密度养殖负荷下较适宜的水质条件，系统运行过程需要较高的流速，通常循环水养殖系统的水力停留时间HRT(Hydraulic Retention Time)为0.5-1h，即生物滤器日均循环24-48次。 

然而上述生物滤器恒速运行方法仍然面临如下弊端：在稳定运行的循环水养殖系统内，生物滤器内污染物总氨氮TAN主要源于养殖对象排氨，而相关的排氨速率则主要与饲料量及投喂节律有关，系统水质日变化呈现相对“峰-谷”浓度，因此维持系统较高恒速流动，虽可确保水质稳定，但在污染物浓度峰值时间段内，生物滤器基质来源因流速恒定受限，在谷值时间段，则因低基 质浓度使其处于低效运行，故生物滤器单次循环处理效率偏低。为达到总污染物处理量，系统需维持较高流速，从而造成整体能耗偏高。 

由于循环水养殖系统水体始终处于内部循环，故其某时间节点的污染物浓度值为养殖对象排氨、生物滤器处理后的最终结果，若以此为依据实现变速流控制，其信息来源滞后，仅从表观层面被动改变系统流速，无法有效提高系统生物滤器单次处理效能，其需依靠牺牲系统水质实现节能。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于mRNA响应的循环水养殖系统变速流控制方法及系统，从而实现循环水养殖系统运行节能降耗。 

本发明通过检测单投喂周期内循环水养殖系统生物滤器内滤料表面功能微生物AOB编码氨单加氧酶的amoA基因的mRNA响应表达量，在其高表达时间段提高系统流速，以供应更多基质用于其mRNA转录，在低表达时间段，降低流速实现节能。由于amoA基因的mRNA编码产物为氨单加氧酶(功能蛋白质)，其作用为硝化过程催化总氨氮氧化为羟胺的限速步奏关键酶，且蛋白质的半衰期长于mRNA半衰期，故通过提升mRNA高表达段的流速，可促使功能微生物AOB实现氨单加氧酶的有效积累，从而可为降低流速时间段生物滤器仍具有较高处理性能奠定物质基础。本发明依据上述原理，进行生物滤器精准调控与变速流运行，通过提升其单次处理效能，实现循环水养殖系统总流量削减与节能。 

一种基于mRNA响应的循环水养殖系统变速流控制方法，协同调控循环水养殖系统的生物滤器与微生物响应，获取功能微生物AOB的mRNA实时表达量，在AOB的mRNA响应高表达时间段，提高系统流速，在响应低表达时间段，降低系统流速。 

其实施的基本流程为： 

1)、对投喂周期内的系统水质进行监测； 

2)、对投喂周期内生物滤器的滤料表面功能微生物AOB的mRNA响应表达水平进行监测； 

3)、分析得到投喂周期内功能微生物AOB的mRNA高表达与低表达时间段；