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_百度文庫

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(shí)間 :2010-07-10 11:39來源 :未知 作者 :admin 點(diǎn)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(gè)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(xiàng)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(gè)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(xiàng)技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞:

2、工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖,水質(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(diǎn)。 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(shí),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?bào)w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

3、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(gè)生態(tài)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)?；?向發(fā)展過程中產(chǎn)生的一種新的養(yǎng)殖方式, 實(shí)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(diǎn),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,

4、前蘇聯(lián),美國,德國,法國、加拿大、瑞典也都先后設(shè)計(jì)生產(chǎn)了各種類型的工廠化循環(huán)水養(yǎng)魚系統(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(jì)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(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:魚 苗在 10 15萬尾 /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

5、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(gè)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(diǎn)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>100u m ; (2去除微顆粒(粒徑<30u m 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(gè)處理 環(huán)節(jié)所涉及到的有關(guān)設(shè)備及工藝分述如下:

6、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, 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

7、,安裝和反沖洗等操作方便等優(yōu)點(diǎn)。 常見的有固定篩、旋轉(zhuǎn)篩、自動(dòng)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(dòng)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(diǎn), 濾網(wǎng)材質(zhì)為不銹鋼 316 和編織濾 網(wǎng)?？讖椒謩e為 0.23.5

8、mm和 0.0250.5mm。反沖洗時(shí)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(dú)立完成的沉淀過程; (2 絮凝沉淀,顆粒物濃度較高時(shí),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(shí)現(xiàn); (3區(qū)域沉淀,當(dāng)顆粒物濃度繼續(xù)升高時(shí),顆粒之間相互碰撞,在聚合力的作 用下形成一個(gè)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)

9、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%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(199213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(shí), Wheat

10、on(199214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(shí)驗(yàn)表明, 氣浮分 離技術(shù)能提高水體的 pH ; Dwivedy (1973 16的試驗(yàn)表明,養(yǎng)殖水體經(jīng)氣浮分離后,細(xì)菌密度由原 來的 22100 個(gè) /ml 減少到 220 個(gè) /ml,而濃縮泡沫中的細(xì)菌總數(shù)達(dá)到 1115772 個(gè) /ml,證實(shí)了氣浮分 離法有除菌的作用。 總之,氣浮分離法是一項(xiàng)很有前途的技術(shù),隨著對它設(shè)計(jì)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

11、氧供求平衡, 當(dāng)養(yǎng)殖生物的耗氧量大于供氧量的時(shí)候,生物的生長就會受到限制。當(dāng)溶氧在 2-3mg/L 時(shí),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(shí), 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(shí),魚蝦類在幾小時(shí)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(shí),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(shí)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

12、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(dòng)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

13、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、德國等一些國家 成功地開發(fā)、設(shè)計(jì)、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

14、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(shí),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(gè)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(gè)氧原子組成,在常溫常壓下為無色無味的氣 體,有刺激性的氣味。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(shí),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

15、水中的 藻類,還可以將對水生動(dòng)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(shí),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 TSS 、 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(shí),臭氧能迅速分解成氧,處理后

16、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(shí)際應(yīng)用時(shí) , 必須關(guān)注臭氧的毒性問題。首先是臭氧長 期暴露的最大安全水平 , 研究表明 , 當(dāng)臭氧濃度大于 0.008-0.060mg/L時(shí) , 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(shí) , 溴 化物被

17、 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 250 260 nm29。 Hunter 等 30的研究表明 , 6075 m W ·s/ cm2的 UV 劑量可完全破壞高達(dá) 0.5mg/L的殘留臭氧。3.4.2 氯制劑消毒使用氯制劑消毒是一種較為成熟的技術(shù),不僅能夠殺滅細(xì)菌,還能與水中的一些

18、還原性物質(zhì)反應(yīng), 降 低它們對養(yǎng)殖生物的毒性。 但經(jīng)過氯消毒后會留有余氯, 會對養(yǎng)殖生物有影響,必須附設(shè)一些除余氯的 工藝設(shè)施,或者在進(jìn)入養(yǎng)殖池前,充分曝氣以降低影響;同時(shí),也可采用活性碳進(jìn)行吸附。3.4.3 紫外線消毒目前應(yīng)用較多的一種殺菌消毒技術(shù),在海水養(yǎng)殖中用的比較廣泛。有浸沒式和水面式兩種類型。紫外 燈發(fā)射的 200-300nm 的紫外線都有殺菌能力,其中以 265-266nm 的的殺菌力最強(qiáng),在波長一定的情況 下,紫外線的殺菌效率與強(qiáng)度和時(shí)間的乘積成正比。可以穿透細(xì)菌的細(xì)胞膜,被細(xì)胞核吸收,對細(xì)菌 DNA 造成損傷,抑制了 DNA 的復(fù)制,破壞了菌體的繁殖能力,從而達(dá)到了殺菌的目的。

19、但是紫外線殺菌需要 穿透水層才能起作用,因?yàn)槲鬯械膽腋∥?、濁度等都回干擾紫外光的傳播。所以處理水的水質(zhì)是保證紫 外線消毒的先決條件。3.5 生物脫氮3.5.1“ 三氮 ” 的危害在循環(huán)水養(yǎng)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

20、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)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(shí),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(shí)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

21、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(xiàng)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

22、 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(shí)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?dú)獾倪^程,即反硝化作用。實(shí)現(xiàn) 了反硝化,才能真正地實(shí)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(dòng) 的狀態(tài)。 生物流化床, 生物膜載

23、體在高速水流和氣流或機(jī)械攪拌作用下不斷運(yùn)動(dòng) (攪動(dòng)、 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(dòng)并附著在載體的表面上; 然后附著在載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

24、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、小麥皮等作為載體,以塑料球作為對照組,實(shí)驗(yàn)表明。價(jià)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

25、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?；钚蕴?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?yàn)槿狈ψ銐驍?shù)量的硝化細(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(gè)新建海水生物濾器形 成良好的硝化能力所需的時(shí)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(shí)需要 28-60d4

26、6, 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(jì)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 、 pH 為 6.5-8.0、 DO 2mg/L 時(shí),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 8

27、6%。同時(shí),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

28、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(shí)驗(yàn) 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

29、,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(gè)主要的優(yōu)點(diǎn):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(yùn)行費(fèi)用 59; c. 節(jié)省了 50%的反硝化反應(yīng)的容積。然而,實(shí)現(xiàn) 短程硝化反硝化的成功報(bào)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(dòng)力學(xué)特性來實(shí)現(xiàn)短程硝化反 硝化生物脫氮工藝 . 而對于大多數(shù)污水處理工程來說 , 大水量升溫并保持在 3035 很難實(shí)現(xiàn)。 高文大 61等系統(tǒng)研究了溫度和曝氣時(shí)間對短程硝化反硝化生物脫氮

30、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(shí) , 利用溫度實(shí)現(xiàn)的短程硝化反硝化生物脫氮工藝才能穩(wěn)定地運(yùn)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(yùn)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)?NO-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(yùn)行 必須實(shí)現(xiàn)該工藝的實(shí)時(shí)控制。 2）同時(shí)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（Simultaneous Nitrification and Detrificat

31、ion）簡稱 SND。同時(shí)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(shí)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(diǎn)。目前已知的 Pseudomonas Spp、Alcaligenes faecalis、Thiosphaerapantotropha 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

32、氧化成 N2逸出63。具有幾個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：a.硝化過程中堿度被消耗， 而同時(shí)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(shí)進(jìn)行；c.節(jié)省了反應(yīng)器的容積64。 目前根據(jù)同時(shí)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?dú)猓瓜跛猁}、有機(jī)物得以去除。目前應(yīng)用在養(yǎng)殖 水體中碳源主要為：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(yàn)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(shí)，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