論工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控技術(shù)的研究進(jìn)展

1、論工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控技術(shù)的研究進(jìn)展時間:2010-07-10 11:39來源:未知 作者:admin 點擊: 66次摘 要：隨著我國工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，養(yǎng)殖水調(diào)控系統(tǒng)受到了普遍的重視，本文綜述了養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀， 并對各個組成單元的應(yīng)用情況和存在的問題作了詳細(xì)的闡述，并對未來這項技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。 關(guān)鍵詞：工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖，水質(zhì)調(diào) 摘 要：隨著我國工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，養(yǎng)殖水調(diào)控系統(tǒng)受到了普遍的重視，本文綜述了養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀， 并對各個組成單元的應(yīng)用情況和存在的問題作了詳細(xì)的闡述，并對未來這項技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖，水

2、質(zhì)調(diào)控，研究進(jìn)展水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)是我國漁業(yè)的重要組成部分，也是漁業(yè)發(fā)展的主要增長點。我國的漁業(yè)發(fā)展重心由“捕撈為主”向“養(yǎng)殖為主”的轉(zhuǎn)移，促使水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)生了巨大變化。2001 年中國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量達(dá)到 2726 萬 t，比 1978 年增長 16 倍，在世界漁業(yè)總產(chǎn)量中，養(yǎng)殖的產(chǎn)量占了 20，而我國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量約占世界養(yǎng)殖產(chǎn)量的 80%1。同時，由于水產(chǎn)養(yǎng)殖的不斷發(fā)展，原來粗放型的養(yǎng)殖模式已經(jīng)越來越不適應(yīng)生產(chǎn)的要求。在養(yǎng)殖過程中，因殘留餌料、養(yǎng)殖生物的糞便及殘體等的腐敗，造成養(yǎng)殖水體惡化。這些有機(jī)污染物含量高的水未加處理就隨便排放，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，誘發(fā)有害的水華或赤潮，損害養(yǎng)殖生產(chǎn)，甚至使整個生態(tài)

3、環(huán)境遭到惡化。1. 工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的研究始于二十世紀(jì)七十年代初期，是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)向現(xiàn)代化、企業(yè)化、規(guī)?；较虬l(fā)展過程中產(chǎn)生的一種新的養(yǎng)殖方式，實現(xiàn)高密度、高產(chǎn)量和高效率的漁業(yè)生產(chǎn)2。因其集約化和水質(zhì)相對容易控制的特點，在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。美國采用工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)來養(yǎng)殖生物現(xiàn)已逐步形成和發(fā)展了一套較為完整的技術(shù)和設(shè)備3。丹麥的工業(yè)化循環(huán)流水式養(yǎng)魚系統(tǒng)和地下室循環(huán)過濾養(yǎng)魚系統(tǒng)都是高水平的，設(shè)備已出口挪威，以色列等國。日本采用循環(huán)流水工業(yè)化養(yǎng)魚系統(tǒng)也較早，主要養(yǎng)鯉魚、鰻鱺等，前蘇聯(lián)，美國，德國，法國、加拿大、瑞典也都先后設(shè)計生產(chǎn)了各種類型的工廠化循環(huán)水養(yǎng)魚系

4、統(tǒng)，用于養(yǎng)殖海、淡水名優(yōu)魚類，我國工業(yè)化養(yǎng)魚起步于二十世紀(jì) 70 年代，是受世界工業(yè)化養(yǎng)魚潮流的影響而逐步發(fā)展起來的，而自行設(shè)計生產(chǎn)的工業(yè)化養(yǎng)魚系統(tǒng)以 80 年代末建立的中原油田養(yǎng)魚工廠較為著名4。劉偉5等利用流化床生物濾器循環(huán)水養(yǎng)魚系統(tǒng)進(jìn)行了培育鯉仔魚至烏仔的育苗實驗。結(jié)果表明：魚苗在 1015萬尾/m2的放養(yǎng)密度下，鯉仔魚在 15d內(nèi)達(dá)到了烏仔規(guī)格，成活率達(dá)到 87%。2. 工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中的污染物工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中的污染物主要是未被攝食的殘餌、養(yǎng)殖生物的排泄物和分泌物、病原體及其他雜質(zhì)。最終以懸浮的顆粒物、溶解有機(jī)物、氨氮的形式存在，為了使這些污染物的濃度達(dá)到養(yǎng)殖生物正常生長繁殖所

5、要求的安全濃度之下，應(yīng)具備不同的污染物處理單元，以維持整個養(yǎng)殖系統(tǒng)對水質(zhì)、溶氧、溫度及其他水化學(xué)參數(shù)的需要。3. 目前工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中的主要水處理單元與設(shè)備根據(jù)養(yǎng)殖系統(tǒng)的特點和養(yǎng)殖生物對水質(zhì)的要求，一般情況需要設(shè)的處理環(huán)節(jié)有：（1）去除懸浮顆粒物（粒徑100m） ； （2）去除微顆粒（粒徑30m）6； （3）增氧； （4）殺菌消毒； （5）生物法除氨氮； （6）水質(zhì)調(diào)控。按照一定的工藝流程將這些環(huán)節(jié)組合，來凈化養(yǎng)殖用水，現(xiàn)將各個處理環(huán)節(jié)所涉及到的有關(guān)設(shè)備及工藝分述如下：3.1 固液分離去除懸浮顆粒物在循環(huán)水養(yǎng)殖過程中，魚類的糞便、及其所食餌料的 20-60%最終以固體廢棄物的形式排入水中，

6、其中，懸浮性固體顆粒物占 50% 左右7，是養(yǎng)殖水體污染物的主要來源。按照懸浮顆粒物的特性(密度、顆粒的大小) , 又可分為機(jī)械過濾和重力分離兩種技術(shù)8。3.1.1 機(jī)械過濾機(jī)械過濾有砂濾和篩濾兩種方法。3.1.1.1 砂濾器： 是填充一定的介質(zhì) （如砂子等） 形成微小間隙來截留循環(huán)水中的懸浮顆粒物，達(dá)到固液分離的目的。是一種傳統(tǒng)的分離方法，但其占地面積大、容易滋生蚊蠅及細(xì)菌，而且反沖洗比較困難。3.1.1.2 篩濾：根據(jù)孔徑的不同來截留固體懸浮物。具有體積小，安裝和反沖洗等操作方便等優(yōu)點。常見的有固定篩、旋轉(zhuǎn)篩、自動清洗篩過濾器9。（1）固定篩過濾器篩網(wǎng)材質(zhì)為不銹鋼、尼綸和錦綸等，網(wǎng)孔根據(jù)海

7、水養(yǎng)殖的要求，配備 60-200 目/寸不同規(guī)格。安裝方便操作簡單，多用于過濾顆粒大于 0.5mm 的固體顆粒，單元過濾能力10100m3/h。（2）旋轉(zhuǎn)篩過濾器篩網(wǎng)材質(zhì)為不銹鋼、錦綸絹等，海水類型網(wǎng)孔為 80150 目/寸?？蛇B續(xù)工作防堵性好。單元過濾能力為 14400m3/h。（3）自動清洗過濾器結(jié)合了固定篩過濾器和旋轉(zhuǎn)篩過濾器的優(yōu)點，濾網(wǎng)材質(zhì)為不銹鋼 316 和編織濾網(wǎng)。孔徑分別為 0.23.5mm和 0.0250.5mm。反沖洗時不斷流、排污量極少。適用于大流量、大過濾面積的過濾系統(tǒng)。3.1.2 重力沉降分離養(yǎng)殖廢水中的懸浮顆粒物也可在重力的作用在沉淀去除。根據(jù)顆粒物的性質(zhì)、濃度及絮凝

8、性能，主要有四種沉淀類型： （1）自由沉淀，當(dāng)顆粒物濃度不高，顆粒物之間不相互碰撞，獨立完成的沉淀過程； （2）絮凝沉淀，顆粒物濃度較高時，相互之間彼此碰撞，聚集成為大的顆粒的沉降過程。也可通過投加明礬、氯化鐵等絮凝劑來實現(xiàn)； （3）區(qū)域沉淀，當(dāng)顆粒物濃度繼續(xù)升高時，顆粒之間相互碰撞，在聚合力的作用下形成一個整體下沉； （4）壓縮沉淀，區(qū)域沉淀的繼續(xù)壓縮，聚集形成團(tuán)的現(xiàn)象10。在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中,因循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中懸浮顆粒物的平均相對密度(1.19)略大于水的相對密度11,可采用重力分離技術(shù)。3.2 氣浮分離技術(shù)去除微顆粒在循環(huán)水養(yǎng)殖過程中，產(chǎn)生的微顆粒主要為溶解蛋白和有機(jī)酸,占總固體顆粒的 90

9、%以上6。而微顆粒的積累會堵塞魚鰓，造成魚類的窒息死亡；微顆粒的分解還會消耗水中的溶解氧，致使水質(zhì)惡化。氣浮分離法用于水處理始于 19 世紀(jì) 90 年代12，是向水體中通入氣體，產(chǎn)生大量的氣泡，使得水中的微顆粒粘附于氣泡的表面，隨氣泡一起上升到水面形成泡沫而得以去除。Weeks(1992)13認(rèn)為，氣浮分離法可去除水中的表面活性的懸浮物和溶解物。同時，Wheaton(1992)14研究指出，利用氣浮分離技術(shù)可以濃縮揮發(fā)性物質(zhì)，降低水中的懸浮物質(zhì)和總氮； Rulin等人15 （1963） 實驗表明， 氣浮分離技術(shù)能提高水體的pH； Dwivedy（1973）16的試驗表明，養(yǎng)殖水體經(jīng)氣浮分離后，

10、細(xì)菌密度由原來的 22100 個/ml 減少到220 個/ml,而濃縮泡沫中的細(xì)菌總數(shù)達(dá)到 1115772 個/ml,證實了氣浮分離法有除菌的作用。 總之，氣浮分離法是一項很有前途的技術(shù)，隨著對它設(shè)計參數(shù)的不斷優(yōu)化，將會很好的應(yīng)用于循環(huán)水養(yǎng)殖中。3.3 增氧技術(shù)在循環(huán)水養(yǎng)殖中，隨著養(yǎng)殖的密度不斷提高，對溶氧的需求也越來越大，打破了原來的溶氧供求平衡，當(dāng)養(yǎng)殖生物的耗氧量大于供氧量的時候，生物的生長就會受到限制。當(dāng)溶氧在 2-3mg/L 時，魚蝦類攝食減少，生長停滯，開始出現(xiàn)浮頭現(xiàn)象；當(dāng)溶氧濃度在 1-2mg/L 時，魚蝦類基本不吃食，而且浮游出水面，形成浮頭現(xiàn)象；當(dāng)溶氧濃度小于 0.5mg/L時

11、，魚蝦類在幾小時就會全部窒息死亡17。而且，缺氧的水體會造成水中的有機(jī)物、氨氮等厭氧分解，產(chǎn)生亞硝酸鹽等一些有毒物質(zhì)，同時，缺氧的水體還容易滋生細(xì)菌，造成養(yǎng)殖生物的大量死亡。隨著水體中溶氧的增加，養(yǎng)殖生物的生長速率加快、飼料系數(shù)降低，可見，充足的溶氧是實現(xiàn)循環(huán)水養(yǎng)殖穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)外使用與研制開發(fā)的增氧系統(tǒng)有許多種，大致可以分為以下幾類：（1） 充氣式增氧 ；是目前工廠化養(yǎng)殖中應(yīng)用較多的一種方法。 用空氣壓縮機(jī)將空氣或純氧通過氣石等散氣裝置，釋放為小的氣泡，小氣泡與水進(jìn)行傳質(zhì)，將氧慢慢溶于水體中，成為溶解氧。由于形成的氣泡直徑大，所以傳質(zhì)面積有限，溶解效果不理想，氧氣利用率低，成本

12、高。（2） 重力跌水式增氧；通過重力作用跌水濺起水花，擴(kuò)大氣水接觸面積，從而達(dá)到增氧的目的。但是增氧效率低；而且噪聲大，會影響魚類的正常生長。（3） 機(jī)械式增氧；在池塘養(yǎng)殖中大量使用的增氧機(jī)就是屬于這種類型。增氧機(jī)是根據(jù)雙膜理論，在人工的控制下攪動水體，激起的水躍和浪花，擴(kuò)大了氣液接觸的比表面積，是雙膜變薄不斷更新，使池水增加溶解氧的裝置。目前，國內(nèi)外水產(chǎn)養(yǎng)殖中應(yīng)用的增氧機(jī)主要有葉輪式、水車式、射流式、噴水式、等幾種增氧機(jī)類型。（4） 純氧增氧為了適應(yīng)集約化的養(yǎng)殖模式，增氧的模式已經(jīng)由過去的機(jī)械增氧向純氧增氧的趨勢轉(zhuǎn)化。純氧的氧分壓大于空氣中的氧分壓，可以顯著的提高氧的轉(zhuǎn)移速率18，19。丹麥

13、、德國等一些國家成功地開發(fā)、設(shè)計、建造了使用液氧向養(yǎng)魚池和生物過濾器增氧的設(shè)備，大大提高了單位魚的產(chǎn)量；而美國、瑞典等國則研制了壓力振蕩吸收制氧裝置，可在養(yǎng)魚場直接生產(chǎn)含量為 85%-95%的富氧。目前該純氧技術(shù)正在完善及普及推廣中20。3.4 殺菌消毒由于在工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中參與了一些生物處理單元，一些細(xì)菌、致病菌等很容易生長繁殖，處理的不及時，還會很容易引起魚病，給養(yǎng)殖生產(chǎn)帶來損失。而且投放一些化學(xué)藥品還會對整個循環(huán)系統(tǒng)造成影響。因此，在養(yǎng)殖生產(chǎn)中多用以下幾種方法進(jìn)行處理。3.4.1 臭氧殺菌（1）臭氧消毒的原理臭氧是氧的同素異形體，臭氧由三個氧原子組成，在常溫常壓下為無色無味的氣體，有

14、刺激性的氣味。它極不穩(wěn)定，易分解產(chǎn)生氧原子?；瘜W(xué)方程式為：O3=O2+O氧原子具有極強(qiáng)的氧化能力，對具有頑強(qiáng)抵抗力微生物如病毒或芽胞有極大的殺傷力；同時，可以滲入細(xì)胞壁，破壞細(xì)菌有機(jī)體的鏈狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致細(xì)菌死亡。（2）臭氧的應(yīng)用由于以上臭氧所具有的性質(zhì)，廣泛地被用于殺滅養(yǎng)殖水體中的細(xì)菌、病毒和原水中的藻類，還可以將對水生動物有害的重金屬、氧化成無害的氧化物。臭氧的殺菌能力非常強(qiáng)，對僅含細(xì)菌的水體只需投加少量臭氧，投加量不足0.5mL/g時，殺菌率就可達(dá)97%以上21。有的資料顯示，用臭氧對養(yǎng)殖循環(huán)水進(jìn)行處理，能抑制魚類病原微生物、氧化有機(jī)廢物和亞硝酸鹽22-24以及總氨氮23，25 , 可降低TS

15、S、COD、DOC和顏色分別為35%、36%、17%、82% 26,降低TAN、亞硝酸鹽、硝酸鹽分別為67%、85%、67%23。但也有研究顯示, 用臭氧處理養(yǎng)殖廢水并不能顯著降低亞硝酸鹽的濃度25。同時，臭氧能迅速分解成氧，處理后的水含有飽和的溶解氧，還可以調(diào)節(jié)水的pH。臭氧殺菌與泡沫分離法結(jié)合可去除水中的微量金屬元素， 有效地氧化和分解有機(jī)物和有毒代謝物27。與紫外線組合使用，可較大的降低BOD、COD值，使硝酸鹽達(dá)到很低的程度，將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，改善水質(zhì)。殺菌效果優(yōu)于氯氣和次氯酸鈉。（3）臭氧殺菌中存在的問題及解決的辦法在實際應(yīng)用時, 必須關(guān)注臭氧的毒性問題。首先是臭氧長期暴露的最大安

16、全水平, 研究表明, 當(dāng)臭氧濃度大于0.008-0.060mg/L時, 可損害淡水魚的鰓22，使之分泌物增加并形成凝結(jié)，阻礙了魚類的正常呼吸；其次是將臭氧應(yīng)用于半咸水和海水養(yǎng)殖系統(tǒng)時, 溴化物被臭氧氧化形成相對穩(wěn)定且對魚、貝類有毒性的次溴酸(HOBr)、次溴酸鹽(OBr-)和溴酸鹽(BrO-3 ) 24，28。對臭氧殘留的去除主要采取以下幾種方法: 1)添加1mg/L 硫代硫酸鈉；2)充氣；3)通過生物濾器或用石英、活性炭吸附； 4)與低含量H2O2反應(yīng)； 5)接觸高強(qiáng)度紫外光,波長一般為250260 nm29。Hunter等30的研究表明, 6075 mW·“三氮”的危害在循環(huán)水養(yǎng)

17、殖系統(tǒng)中，魚類所食餌料的70%-80%通過腮的擴(kuò)散、離子交換以代謝產(chǎn)物或殘餌（主要為有機(jī)物和氨氮）的形式排入水中31,32。這些物質(zhì)在微生物的作用下，會生成“三氮”。氨態(tài)氮(TNH4-N)是指NH3和NH4+的總和，其中離子氨基本無毒，而非離子氨的毒性很大。非離子氨具有很強(qiáng)的脂溶性，能夠透過魚鰓和皮膚很快進(jìn)入血液，干擾魚的三羧酸循環(huán)，改變魚的滲透壓及降低魚體對氧的利用能力，甚至引起魚的死亡9。有資料顯示,當(dāng)養(yǎng)殖水體中的溶解氧小于3-5mg/L非離子氨的含量大于25微克/L，就會造成魚類的鰓損傷，甚至窒息死亡33。亞硝酸氮能迅速滲透到魚體，導(dǎo)致血液中的亞鐵紅蛋白失活，從而使其失去攜氧能力；硝酸態(tài)

18、氮的毒性較小，但隨著氮代謝的不斷持續(xù)和氮總量的積累，達(dá)到60mg/L-70mg/L以上時，會對魚類造成危害34，還會引起魚體色澤和肉質(zhì)下降35。3.5.2 除氨氮的方法3.5.2.1 吹脫法除氨氮養(yǎng)殖水的pH較高的時候，可以通過曝氣或攪拌的方式來使氨從水中逸出，并使亞硝酸態(tài)氮氧化成毒性較低的硝酸態(tài)氮。3.5.2.2 藻類除氨氮藻類進(jìn)行光合作用利用水中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)合成自身的有機(jī)物，從而起到除氨氮的目的。研究表明，許多的藻類如石莼Ulva pertusa 36等可以去除水中的營養(yǎng)性污染物。3.5.2.3 魚菜共生裝置9一項去除硝酸鹽的技術(shù)，在養(yǎng)魚循環(huán)系統(tǒng)中串聯(lián)栽培盤、槽、缽和基質(zhì)等，進(jìn)行無土

19、栽培蔬菜和花卉。不僅能達(dá)到凈水的目的。還能獲得第二產(chǎn)出，是目前解決循環(huán)中養(yǎng)殖系統(tǒng)中氮循環(huán)的最有效和關(guān)鍵的技術(shù)，具有良好的生態(tài)效應(yīng)。用于海水養(yǎng)殖中的生物需要栽培耐鹽品種或淡水植物逐步耐鹽馴化。3.5.2.4 “三氮”的危害在溶氧充足的水體中，養(yǎng)殖水體中的氨在氨化細(xì)菌的作用下，進(jìn)行有機(jī)氮化合物的脫氨基作用，生成氨態(tài)氮，即氨化作用；氨氮在亞硝化單胞菌和硝化單胞菌的作用下，使氨氮轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽再轉(zhuǎn)化成硝酸鹽的過程，即硝化作用；在溶氧不足的時候，反硝化菌以有機(jī)碳化合物如甲醇、乙酸等為電子供體，硝酸態(tài)氮或亞硝態(tài)氮為電子受體，將硝酸鹽或亞硝酸鹽還原稱一氧化二氮或氮氣的過程，即反硝化作用。實現(xiàn)了反硝化，才能真

20、正地實現(xiàn)脫氮。目前常用的方法是在生物濾器上附著生物膜進(jìn)行脫氮。劉雨等人37根據(jù)反應(yīng)器內(nèi)微生物附著載體生長的狀態(tài)，將生物膜反應(yīng)器分為固定床和流化床兩類。在固定床中生物膜載體固定不東，在反應(yīng)器內(nèi)的相對位置基本不變；在流化床中生物膜載體不固定，在反應(yīng)器內(nèi)處于連續(xù)流動的狀態(tài)。 生物流化床， 生物膜載體在高速水流和氣流或機(jī)械攪拌作用下不斷運動 （攪動、流化、循環(huán)等）的生物膜反應(yīng)器。在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中，最常用的固定床生物濾器有：滴流式生物濾、淹沒式生物濾、生物轉(zhuǎn)盤38和生物轉(zhuǎn)筒等。（1）生物膜的形成生物膜是一穩(wěn)定的、多樣的微生物生態(tài)系統(tǒng)。懸浮于液相中的有機(jī)污染物及微生物移動并附著在載體的表面上； 然后附著在載

21、體上的微生物對有機(jī)物進(jìn)行降解， 并發(fā)生代謝、 生長、繁殖等的過程，并逐漸在載體的局部區(qū)域形成薄的生物膜，這層生物膜具有生化活性，有可進(jìn)一步吸附、分解污水中的有機(jī)物，直至最后形成一層將載體完全包裹的成熟生物膜39。生物膜的形成與載體的性質(zhì)（粒徑、表面電荷、表面粗糙度、級配、強(qiáng)度等有關(guān)）和菌種密切相關(guān)。（2）載體載體比表面積大，單位體積的生物量較高，并且由于水流剪切力及顆粒間碰撞摩擦等原因，形成的生物膜厚度較小，活性大，生化反應(yīng)速度較高40。目前常用的載體有：沙子、碎石、砂礫、塑料蜂窩、陶粒、彈性填料、焦炭、爐渣、石棉瓦等。Thomas Losordo 等41采用農(nóng)副產(chǎn)品如（木片、小麥皮）等作為載

22、體，以塑料球作為對照組，實驗表明。價格相對低廉的農(nóng)副產(chǎn)品效果較好；何潔42等采用沙子、活性炭與沸石作為生物濾器的載體對牙鲆養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理，它們對廢水的平均氨去除率為 34.79g/(m3.d)、35.6 g/(m3.d)和 36.17g/(m3.d)，其中沸石的效果最好；生物流化床采用的載體一般為：粒徑 0.1-0.6mm的砂粒43和粒徑小于 0.5mm的膨脹土44以及用顆粒活性炭（GAC）45或者顆粒污泥作為載體的。采用 GAC 為載體可以利用生物處理和吸附作用來聯(lián)合去除污水中的有機(jī)物，采用顆粒物你作為載體，則可以維持很高的生物量濃度。（3）菌種最初建立的生物濾器往往因為缺乏足夠數(shù)量的硝化

23、細(xì)菌，不具備完全的硝化能力，都應(yīng)進(jìn)行生物濾器的培養(yǎng)及馴化，才能放養(yǎng)生物。由于硝化細(xì)菌的生長率比較低，所以在一個新建海水生物濾器形成良好的硝化能力所需的時間很長。研究者發(fā)現(xiàn)，生物濾器氨氮氧化成亞硝酸氮最終氧化成硝酸氮，在 21-26時需要28-60d46，47。羅國芝等48對新建海水生物濾器中接種入已穩(wěn)定生物濾器的濾料、表層土壤都可以明顯加速系統(tǒng)建立硝化作用，加入三種商業(yè)“超級硝化菌”和取自城市廢水處理廠的活性污泥則并加速新建海水生物濾器的穩(wěn)定。開發(fā)硝化細(xì)菌的富集技術(shù)，提高硝化細(xì)菌的產(chǎn)率，在養(yǎng)殖廢水處理中具有重大的意義。屈計寧等49用提高基質(zhì)濃度的方式大幅度提高了硝化細(xì)菌的含量，當(dāng)溫度為 30、

24、pH 為6.5-8.0、DO2mg/L 時，經(jīng)過 12-13 周的富集培養(yǎng)每克污泥中硝化菌的數(shù)量是未經(jīng)富集處理的 12.5-20 倍；張玲華等50研究結(jié)果表明經(jīng)富集后的消化細(xì)菌的氨氮去除率由原來的 54%提高到 86%。同時，將具有硝化作用或反硝化作用的細(xì)菌固定化作為處理養(yǎng)殖廢水的新技術(shù)已經(jīng)受到越來越多的各國學(xué)者的重視51。吳偉等52采用 PVA包埋固定的沼澤紅假單胞菌、諾卡式菌和假絲酵母菌 3 種菌株。研究其對養(yǎng)殖水體中 NH4+-N 和 NO2-N轉(zhuǎn)化作用，研究表明菌種經(jīng)固定后對養(yǎng)殖水體中 NH4+-N 和 NO2-N的轉(zhuǎn)化效率明顯優(yōu)于其游離細(xì)胞。Shan 等53利用固定化的硝化細(xì)菌去除對

25、蝦養(yǎng)殖池中高濃度的氨氮， 結(jié)果表明固定化細(xì)胞能有效去除養(yǎng)殖池中的總氨氮，去除率高達(dá) 20mg/L,即使投入的固定化顆粒密度較小，也能獲得較高的總氨氮去除率。（4）生物脫氮的新工藝傳統(tǒng)的生物脫氮工藝如活性污泥法脫氮工藝，主要是根據(jù)微生物的普遍生長規(guī)律，硝化作用由一類自養(yǎng)好氧微生物完成。它包括兩步：第一步為亞硝化過程，第二步為硝化過程。反硝化反應(yīng)有一群異養(yǎng)型微生物完成，將亞硝酸鹽或硝酸鹽還原稱氣態(tài)氮或一氧化二氮。A/O工藝、A2/O工藝、UCT 工藝等。目前研究表明：生物脫氮過程中出現(xiàn)了一些新的現(xiàn)象，如硝化過程也可由異養(yǎng)菌參與54； 而有反硝化菌在好氧的條件下也可進(jìn)行反硝化作用55；一些學(xué)者在實驗

26、室中還發(fā)現(xiàn)厭氧反應(yīng)器中 NH3-N 減少的現(xiàn)象55-58。從而研究和發(fā)展了一些新的脫氮工藝。1）短程硝化反硝化也稱亞硝酸硝化/反硝化，是將硝化過程控制在亞硝酸鹽的形成階段，造成亞硝酸鹽的積累，然后再進(jìn)行亞硝酸的反硝化。具有幾個主要的優(yōu)點：a.節(jié)約了25%左右的需氧量，降低了能耗；b.減少了40%左右的有機(jī)碳源，降低了運行費用59； c.節(jié)省了50%的反硝化反應(yīng)的容積。然而，實現(xiàn)短程硝化反硝化的成功報道并不多見，由荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)開發(fā)的脫氮新工藝60即：SHARON工藝是利用在高溫(3035)下亞硝酸菌的比增長速率大于硝酸菌這一微生物動力學(xué)特性來實現(xiàn)短程硝化反硝化生物脫氮工藝. 而對于大多

27、數(shù)污水處理工程來說,大水量升溫并保持在3035很難實現(xiàn)。 高文大61等系統(tǒng)研究了溫度和曝氣時間對短程硝化反硝化生物脫氮工藝穩(wěn)定性的影響. 結(jié)果表明,反應(yīng)器內(nèi)溫度只有超過28 時,利用溫度實現(xiàn)的短程硝化反硝化生物脫氮工藝才能穩(wěn)定地運行;另外,首次發(fā)現(xiàn)過度曝氣對短程硝化影響較大,在過度曝氣條件下運行12d,硝化類型就由NO-2-N累積率為96 %的短程硝化轉(zhuǎn)變?yōu)镹O-2-N累積率為39.3 %的全程硝化. 因此,為使短程硝化反硝化生物脫氮工藝穩(wěn)定、永久地運行必須實現(xiàn)該工藝的實時控制。2）同時硝化反硝化（SND）硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)可以在同一操作條件下與同一反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行， 稱為同步硝化反硝化現(xiàn)象（S

28、imultaneous Nitrification and Detrification）簡稱SND。同時硝化反硝化的機(jī)理可歸結(jié)為：1.微觀環(huán)境，在微生物絮體或者生物膜內(nèi)由于氧擴(kuò)散的限制，會形成溶解氧的梯度，微生物絮體或生物膜的外表面溶氧濃度高，以好氧硝化菌及氨化菌為主，深入絮體內(nèi)部，反硝化菌占優(yōu)，從而形成有利于實現(xiàn)同步硝化反硝化的微環(huán)境62；2.生物化學(xué)理論，好氧反硝化細(xì)菌和異養(yǎng)硝化細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)， 打破了傳統(tǒng)認(rèn)為的脫氮反應(yīng)只能由厭氧反硝化細(xì)菌和自養(yǎng)硝化細(xì)菌來參與反應(yīng)的觀點。目前已知的Pseudomonas Spp、Alcaligenes faecalis、Thiosphaerapantotrop

29、ha等 既是好氧反硝化菌又是異養(yǎng)硝化菌，能夠直接將NH4+直接氧化成N2逸出63。具有幾個主要優(yōu)點：a.硝化過程中堿度被消耗，而同時的反硝化過程中產(chǎn)生了堿度，能有效地保持反應(yīng)器中的pH；b.同一反應(yīng)器相同的操作條件下,硝化、反硝化應(yīng)能同時進(jìn)行；c.節(jié)省了反應(yīng)器的容積64。目前根據(jù)同時硝化反硝化發(fā)展而來的技術(shù)工藝有：OLAND工藝（氧限制自養(yǎng)硝化反硝化） 、ANAMMOX工藝（厭氧氨氧化） 、好氧反硝化工藝。(5) 生物脫氮中存在的問題及解決的辦法1) 碳源在脫氮系統(tǒng)中， 由于反硝化細(xì)菌利用有機(jī)物為電子供體， 以硝酸鹽和亞硝鹽為電子受體，將其還原為氮氣，使硝酸鹽、有機(jī)物得以去除。目前應(yīng)用在養(yǎng)殖水

30、體中碳源主要為：一、以生物降解有機(jī)物，如甲醇、乙酸、乙醇、葡萄糖等，如Suzuli65等采用甲醇為有機(jī)碳源，取得了良好的效果。陸斌66等在反硝化池中投加了適量的葡萄糖為碳源，試驗表明，脫氮效果明顯提高，且NH4+-N、NO2-N的去除率也有所提高，在硝化、反硝化HRT為4h時，平均去除率NH4+-N提高7.2%，NO2-N提高1.6%，且隨碳源投加量的增加，效果更為明顯。二、可慢速降解的有機(jī)物，如沉淀、蛋白質(zhì)。崔玉波67指出，甲醇部分用于微生物細(xì)胞的生長，但過量的細(xì)胞生長可能導(dǎo)致生物膜脫落，出水懸浮物增加。并且添加外源碳源，會增加運行的成本。針對這些問題，目前出現(xiàn)了一種新的碳源，即利用養(yǎng)魚池中的糞便和殘餌，將其厭氧水解，其水解液就是一種很好的碳源