基于可持續(xù)發(fā)展的水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水脫氮技術(shù)研究進(jìn)展

楊士超

(河北省生態(tài)環(huán)境工程評估中心，河北 石家莊 050051)

1 引言

過去20年，水產(chǎn)養(yǎng)殖已成為發(fā)展速度最快的生產(chǎn)行業(yè)之一。據(jù)統(tǒng)計，全世界水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)值以每年近6%的速度增長，2016年總產(chǎn)值已超過2320億美元[1]。而且，隨著過度捕撈導(dǎo)致的漁業(yè)資源量下降，捕撈漁業(yè)的全球海產(chǎn)品供應(yīng)將愈加無法跟上人口增長的步伐，這也使得水產(chǎn)養(yǎng)殖成為了長期提高全球食物蛋白質(zhì)產(chǎn)量的唯一真正可行的替代方案。

然而，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在取得巨大發(fā)展的同時，也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞。未經(jīng)利用的飼料及水產(chǎn)品代謝物等導(dǎo)致養(yǎng)殖尾水中含有大量氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)及耗氧有機(jī)物。尤其對于含氮類物質(zhì)，一方面，其有效利用率較低，研究表明，餌料氮素僅13.9%轉(zhuǎn)化為養(yǎng)殖產(chǎn)品，另有13.4%沉積于底泥，其余則以游離氨、離子氨、亞硝酸、硝酸鹽、有機(jī)氮等形式存在于養(yǎng)殖水體中[2]。另一方面，水生生物對含氮物質(zhì)積累極為敏感，養(yǎng)殖水體中的游離氨達(dá)到0.025 mg/L以上時即可引起養(yǎng)殖產(chǎn)品的應(yīng)激反應(yīng)，為了維持養(yǎng)殖水體的生態(tài)功能, 必須通過更新水源來保證水產(chǎn)養(yǎng)殖正常進(jìn)行[3]。這就導(dǎo)致水產(chǎn)養(yǎng)殖的自身污染外擴(kuò)，造成周邊鄰近水體缺氧或引起水體富營養(yǎng)化。可見，在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，對含氮物質(zhì)導(dǎo)致的環(huán)境污染進(jìn)行有效的控制和管理，是保障水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。

本文在分析國外先進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水脫氮技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖多為池塘、網(wǎng)箱等封閉水質(zhì)環(huán)境的特點(diǎn)，從含氮水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水環(huán)境污染的凈化與修復(fù)角度，分別對現(xiàn)有的養(yǎng)殖尾水原位脫氮修復(fù)和異位脫氮修復(fù)技術(shù)加以綜述分析，探討了生物處理單元與生態(tài)處理單元相融合的養(yǎng)殖尾水脫氮處理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀、工藝特點(diǎn)及處理效果，旨在探索可持續(xù)發(fā)展的生物生態(tài)組合脫氮技術(shù)對養(yǎng)殖尾水處理可行性，為進(jìn)一步提高養(yǎng)殖尾水中有害氮素去除效率和廣泛應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)借鑒。

2 養(yǎng)殖尾水異位脫氮凈化技術(shù)

按原理不同，水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水異位脫氮凈化處理系統(tǒng)分為穩(wěn)定塘技術(shù)和與市政污水處理模式相類似的集成顆粒物去除與硝化作用的處理系統(tǒng)。

2.1 穩(wěn)定塘技術(shù)

穩(wěn)定塘處理系統(tǒng)包括穩(wěn)定塘、與養(yǎng)殖池塘相連的處理水進(jìn)水及回用管路。養(yǎng)殖尾水由養(yǎng)殖池塘排入穩(wěn)定塘后，經(jīng)過幾小時到幾天不等的停留處理，通過稀釋、沉淀和絮凝、厭氧微生物的作用、好氧微生物的作用、浮游生物的作用和水生植物的作用，使得有機(jī)物得到降解，凈化后的水體可回流到養(yǎng)殖池塘內(nèi)進(jìn)行回用。

穩(wěn)定塘處理技術(shù)的核心參數(shù)包括養(yǎng)殖水體在穩(wěn)定塘和養(yǎng)殖池塘內(nèi)的停留時間、塘內(nèi)尾水均勻混合程度及曝氣-沉積周期等。因此傳統(tǒng)穩(wěn)定塘普遍存在占地面積大、水力停留時間較長、處理效率低、產(chǎn)生臭味、處理效果受氣候條件影響出現(xiàn)較大波動等缺陷[4]。對此，研究人員對傳統(tǒng)穩(wěn)定塘進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)上的改良，研發(fā)了包括高效藻類塘、水生植物塘和養(yǎng)殖塘、高效復(fù)合厭氧塘等塘型。其中，針對養(yǎng)殖尾水，研究者開發(fā)了一種貝藻混養(yǎng)吸收的穩(wěn)定塘處理系統(tǒng)，不僅可對養(yǎng)殖池塘排出的尾水進(jìn)行有效凈化處理，尾水中的懸浮物及營養(yǎng)鹽也可經(jīng)過貝類的濾食和藻類的吸收而轉(zhuǎn)變?yōu)樘崛≡迥z、制取沼氣或肥料的生物來源，使養(yǎng)殖者在養(yǎng)殖對象外，可通過收獲貝類和藻類增加額外的經(jīng)濟(jì)收入[5]。

穩(wěn)定塘處理技術(shù)控制得當(dāng)?shù)脑?，還可以在穩(wěn)定塘與養(yǎng)殖池塘見構(gòu)建起一個平衡的微型生態(tài)系統(tǒng)，自養(yǎng)型藻類依靠養(yǎng)殖塘排出的尾水中的營養(yǎng)鹽生長，而藻類又可成為養(yǎng)殖對象的餌料、其殘體也可為異養(yǎng)微生物提供生長所需碳源，同時藻類的光合作用又能增加水中的溶解氧濃度、調(diào)控水體pH值。可見，穩(wěn)定塘內(nèi)這種綜合生物過濾作用不僅起到了降低水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)環(huán)境影響的目的，更派生出了現(xiàn)代集約化魚、貝、藻同池水產(chǎn)混養(yǎng)系統(tǒng)[6]及結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)和植物栽培技術(shù)于一體的[7]魚菜共生技術(shù)等一系列安全健康生態(tài)環(huán)保的綠色生態(tài)養(yǎng)殖新技術(shù)。

需要注意的是，為了增加處理設(shè)施的使用效率、提高處理系統(tǒng)內(nèi)生物量的穩(wěn)定性，不宜在穩(wěn)定塘內(nèi)構(gòu)建過于復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，如有必要，應(yīng)將沉淀塘、濾食性動物凈化塘、微生物凈化塘、海藻凈化塘等不同穩(wěn)定塘形式按處理流程分設(shè)，來維持穩(wěn)定塘處理系統(tǒng)較好的出水水質(zhì)。

2.2 以生物濾池工藝為核心的工程化尾水處理技術(shù)

與市政污水類似，養(yǎng)殖尾水的工程化處理技術(shù)手段也可分為三類：物理處理、化學(xué)處理和生物處理。其中，物理處理的主要目的是去除水中懸浮物，可通過沉降(大于75 μm的可沉降懸浮物)或機(jī)械過濾完成(小于75 μm的不可沉降懸浮物)。對于養(yǎng)殖尾水中。其中，機(jī)械過濾中最常見的為微網(wǎng)過濾技術(shù)和介質(zhì)過濾技術(shù)，對于30 μm以上的懸浮物可起到較好的去除效果，但更小的懸浮顆粒(30 μm以下)則需要借助蛋白質(zhì)除沫器或泡沫分餾器來去除?；瘜W(xué)處理主要是絮凝法和臭氧氧化法，一般作為物理處理和生物處理的補(bǔ)充工藝，起到深度凈化水質(zhì)、殺毒滅菌的作用。但化學(xué)處理往往會向水中引入一些持續(xù)性有毒污染物，例如，絮凝劑可起到降低水中懸浮物和磷的作用，但也會向水中引入過量的鐵或鋁離子，如回用可能對養(yǎng)殖對象的健康產(chǎn)生影響；養(yǎng)殖尾水采用臭氧消毒后，可能產(chǎn)生致癌消毒副產(chǎn)物等。對此，可采用紫外線消毒來代替臭氧消毒。

養(yǎng)殖尾水的核心處理工藝為生物處理工藝，而生物處理過程中最重要的環(huán)節(jié)即為硝化作用，它是利用微生物的吸收、代謝作用，降解養(yǎng)殖尾水中的氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽等有害物質(zhì)。養(yǎng)殖尾水中常見的生物硝化工藝均為生物膜工藝，具體可分為淹沒式生物膜工藝(生物接觸氧化法、曝氣生物濾池)、半淹沒式生物膜工藝(生物轉(zhuǎn)盤)和非淹沒式生物膜工藝(生物滴濾池)。硝化工藝的處理效能受多種因素影響，包括填料材質(zhì)、溶解氧濃度、有機(jī)物種類及濃度、溫度、pH值、堿度、鹽度及布水均勻性等[3]。硝化菌對環(huán)境條件較為敏感，較高的氨氮及亞硝酸鹽濃度、溶解氧濃度不足1 mg/L以及pH值超過7.5～8.6的范圍，均可對其造成抑制作用。沉積物及底泥積累產(chǎn)生的硫化物也對硝化過程也有嚴(yán)重影響。 此外，因?yàn)橄趸鷮儆诤醚踝责B(yǎng)菌，而當(dāng)養(yǎng)殖尾水中C/N較高時，異養(yǎng)菌在反應(yīng)池內(nèi)對生態(tài)位的競爭更具優(yōu)勢，因此，在養(yǎng)殖尾水中維持較低的C/N更有利于硝化作用的進(jìn)行[8]。

2.2.1 生物轉(zhuǎn)盤工藝處理養(yǎng)殖尾水

生物轉(zhuǎn)盤工藝核心為一組固定在水平軸上的圓形聚苯乙烯或聚氯乙烯圓盤，硝化菌可在圓盤表面附著生長并逐漸形成一層生物膜。圓盤上部暴露于空氣中，下部浸沒在待處理尾水中。隨著圓盤轉(zhuǎn)動，生物膜與空氣及尾水輪流交替接觸，帶出硝化菌產(chǎn)生的CO2，并引入O2，并通過旋轉(zhuǎn)擾動使溶解氧在硝化池內(nèi)均勻分布。

一方面，每片生物轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動使得池內(nèi)水體呈現(xiàn)完全混合的流態(tài)，使波動的進(jìn)水水質(zhì)得到均化；另一方面，整個轉(zhuǎn)盤不斷轉(zhuǎn)動又使硝化池內(nèi)的養(yǎng)殖尾水呈現(xiàn)較好的推流流態(tài)，使得微生物所得到的營養(yǎng)及其生長特性沿池長變化，可獲得較高的硝化處理效率。而且，生物轉(zhuǎn)盤不需要額外設(shè)置曝氣設(shè)施和回流設(shè)施，因此動力消耗更低。

生物轉(zhuǎn)盤工藝最先被用于市政污水處理，后被廣泛用于養(yǎng)殖尾水硝化過程。Miller等人最先將生物轉(zhuǎn)盤工藝用于養(yǎng)殖尾水總氨氮的去除處理，其研究結(jié)果表明，在相同處理負(fù)荷條件下，生物轉(zhuǎn)盤對總氨氮的去除能力顯著高于生物滴濾塔或生物流化床工藝。Brazil等人[10]研究了生物轉(zhuǎn)盤對羅非魚養(yǎng)殖尾水的處理效能，發(fā)現(xiàn)該工藝對總氨氮的去除率可達(dá)到0.42 g/(m2·d)，盡管研究人員并未發(fā)現(xiàn)進(jìn)水氨氮負(fù)荷與氨氧化效能見有顯著關(guān)聯(lián)，但進(jìn)水COD負(fù)荷、水力負(fù)荷、圓盤轉(zhuǎn)速和盤片數(shù)量均對生物轉(zhuǎn)盤氨氧化效能有影響。

2.2.2 生物滴濾池工藝處理養(yǎng)殖尾水

生物滴濾池以塑料等輕質(zhì)濾料作為微生物附著生長介質(zhì)，養(yǎng)殖尾水通過布水系統(tǒng)呈滴濾狀態(tài)灑在濾料上，其中的氨氮逐漸被濾料所吸附，而尾水中的微生物則逐漸在濾料上形成生物膜。尾水滴落過程中與空氣持續(xù)接觸而被充氧，尾水、氧氣、生物膜接觸傳質(zhì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了氨氮的硝化作用。目前，已有Finturf人造草、Norton環(huán)、Kaldnes環(huán)和Leca柱制作的生物滴濾池填料對養(yǎng)殖尾水的處理研究[10]。

Kamstra等人[12]研究了工業(yè)規(guī)?；纳锏螢V池對鰻魚養(yǎng)殖尾水的處理效能，結(jié)果表明，總氨氮去除速率為0.24～0.55 g/(m2·d)。另有研究者考察了不同填料材質(zhì)對生物滴濾池硝化作用的影響，最高總氨氮去除速率為1.1 g/(m2·d)，平均總氨氮去除速率為0.16 g/(m2·d)[13]。Lyssenko等人[14]發(fā)現(xiàn)生物滴濾池處理工廠化養(yǎng)殖尾水時，總氨氮去除速率約為0.64 g/(m2·d)，且生物流化床與生物滴濾池的處理效率接近。

2.2.3 生物接觸氧化工藝處理養(yǎng)殖尾水

生物接觸氧化法結(jié)合了滴濾池與粒裝填料生物濾池的特點(diǎn)。在向下流的池型構(gòu)造中使用懸浮填料，因不易堵塞，故可使用尺寸更小的填料，從而可提供更大的比表面積供微生物附著掛膜，而且對細(xì)顆粒懸浮物的截留效果也更好。此外，這種向下流也能承受更大的水力沖擊負(fù)荷，而無須擔(dān)心濾料被沖出池外。例如，Timmons等[15]人所采用的填料為直徑1～3 mm、孔隙度36%～40%的聚苯乙烯小球，這種填料比表面積可達(dá)1150～3936 m2/m3，利用該種填料制作的工業(yè)規(guī)?；锝佑|氧化池總氨氮去除速率約為0.30 g/(m2·d)，但也有研究者發(fā)現(xiàn)生物接觸氧化池的總氨氮去除率可高達(dá)0.45～0.60 g/(m2·d)[16]。

2.2.4 生物流化床工藝處理養(yǎng)殖尾水

生物流化床以砂、活性炭、塑膠等密度大于水的細(xì)小、惰性顆粒為載體，隨著表面微生物掛膜，其密度有所降低。當(dāng)養(yǎng)殖尾水從下向上流動時，即使載體處于流化狀態(tài)，尾水與生物膜充分接觸，也會發(fā)生硝化作用。

盡管該工藝須另外敷設(shè)曝氣設(shè)施使得投資有所升高，但由于生物流化床內(nèi)填料比表面積高達(dá)4000～20000 m2/m3，傳質(zhì)效率極高，因此運(yùn)行費(fèi)用增加并不明顯。但進(jìn)水流速須控制在一定范圍內(nèi)才能維持填料始終處于流化狀態(tài)，因此對布水要求較高。

Miller等人[9]的研究結(jié)果表明，生物流化床對養(yǎng)殖尾水中總氨氮的去除速率約為0.24 g/(m2·d)，Timmons等人[9]的研究也與上述結(jié)果基本一致。

綜上所述，根據(jù)前人研究成果，在用于養(yǎng)殖尾水中的硝化作用時，生物轉(zhuǎn)盤的總氨氮去除能力最高，其次為生物接觸氧化法和生物滴濾池，生物流化床的去除效能最低。但研究結(jié)果也表明，當(dāng)用于羅非魚養(yǎng)殖尾水處理時，生物轉(zhuǎn)盤和生物滴濾池的運(yùn)行費(fèi)用較其他生物處理技術(shù)更高，生物流化床的運(yùn)行成本最低[18]。

3 養(yǎng)殖尾水原位脫氮凈化技術(shù)

眾多研究報道證實(shí)，水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中利用人工基質(zhì)固著微生物或促進(jìn)致密的微生物絮團(tuán)形成，不僅能改善水質(zhì)，同時也能提高養(yǎng)殖對象的生產(chǎn)力[18]。一方面，固著微生物及微生物絮團(tuán)可通過微生物的吸收、分解和同化等作用，去除氮磷等富營養(yǎng)物質(zhì)；另一方面，這些豐富的生物群體本身就是一種優(yōu)質(zhì)的高蛋白質(zhì)生物餌料，可被養(yǎng)殖對象攝食，從而降低飼料系數(shù)。可見，在養(yǎng)殖水體內(nèi)設(shè)置人工基質(zhì)或促進(jìn)致密微生物絮團(tuán)形成對提高水產(chǎn)養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益具有積極的作用。

3.1 構(gòu)建固定化微生物膜對養(yǎng)殖水體的原位修復(fù)

通過向養(yǎng)殖水體中投入人工基質(zhì)，可在基質(zhì)表面逐步形成由細(xì)菌、藻類、原生動物和后生動物等多生物種類組成的動態(tài)變化的固定化微生物膜。固定化微生物膜可捕獲并吸附水中有機(jī)顆粒物(如殘餌、糞便等)，降解去除養(yǎng)殖水體中的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，并通過光合作用調(diào)節(jié)水體中的溶解氧及pH值。此外，由于固定化微生物膜上具有豐富的水生生物，食植動物、掘食碎屑的底棲生物、及捕食底棲生物的魚類均可直接或間接依靠人工基質(zhì)上的固定化微生物膜生存。

總體來講，固定化微生物膜對養(yǎng)殖水體的原位修復(fù)作用主要體現(xiàn)在以下3個方面。

3.1.1 促進(jìn)藻類及細(xì)菌的生長，凈化水質(zhì)

3.1.2 營養(yǎng)增益，降低飼料系數(shù)

固定化微生物膜內(nèi)含有多種殘餌、糞便等有機(jī)碎屑，以及藻類、浮游動物和浮游植物、原生動物等多生物種類出現(xiàn)，可作為蝦、貝類等底棲生物的天然餌料。事實(shí)上，前人研究結(jié)果表明，固定化微生物膜中蛋白質(zhì)含量約占23%～30%可為養(yǎng)殖對象提供超過1/3的氮源和1/2的碳源[23]。因此可減少養(yǎng)殖過程中餌料投喂量和頻次，達(dá)到營養(yǎng)增益的同時，也可起到降低水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境負(fù)荷的作用。

3.1.3 免疫強(qiáng)化，抑制病原菌數(shù)量

致病菌通常適宜在厭氧、有機(jī)物含量豐富的養(yǎng)殖池塘底部生長繁殖。固定化微生物膜對有機(jī)物的截留和降解作用，增加了水體中的溶解氧、減少了塘底沉降的有機(jī)物，使養(yǎng)殖水體中的厭氧層減少，擴(kuò)展了有益菌的生長、繁殖的空間。從而達(dá)到減少抗生素使用量，降低抗生素引發(fā)環(huán)境污染問題的風(fēng)險，養(yǎng)殖水體中抗性細(xì)菌數(shù)量下降的目的。多位研究者發(fā)現(xiàn)，固定化微生物膜可使養(yǎng)殖水體中的致病弧菌數(shù)量顯著降低[24]。另有研究發(fā)現(xiàn)，盡管產(chǎn)生機(jī)制尚不明確，但固定化微生物膜上的細(xì)菌和微藻可產(chǎn)生特定的抗生素類化合物質(zhì)，并有效地抑制致病菌的生長繁殖速度[25]。

3.2 生物絮團(tuán)技術(shù)對養(yǎng)殖水體的原位修復(fù)

20世紀(jì)70年代中期，以色列養(yǎng)殖專家Avnimelech首先將微生物絮凝技術(shù)引入水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域，并將其命名為“生物絮團(tuán)技術(shù)”(Bio-flocs technology)。2005 年，Avnimelech在印度尼西亞應(yīng)用生物絮團(tuán)技術(shù)凈化養(yǎng)殖廢水試驗(yàn)成功，隨后，該技術(shù)在以色列、美國、泰國、印度及巴西等國家的對蝦及羅非魚養(yǎng)殖上被大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，結(jié)果表明，該技術(shù)具有凈化水質(zhì)、減少換水量、提高飼料利用率可明顯增強(qiáng)養(yǎng)殖對象的抗病能力，并提高存活率等作用。

生物絮團(tuán)是由細(xì)菌群落、原生動物、后生動物、微藻、有機(jī)碎屑等經(jīng)經(jīng)細(xì)菌胞外聚合物(EPS)粘附或表面電荷吸附而形成的微生物群落的聚合體，絮團(tuán)的大小可從幾微米到幾百微米，甚至達(dá)數(shù)千微米。生物絮團(tuán)技術(shù)類似市政污水處理工藝中的活性污泥法，依靠內(nèi)部含有豐富的微生物菌群，生物絮團(tuán)不僅具有自我繁殖的能力，而且可在養(yǎng)殖水體中建立一個復(fù)雜的食物鏈結(jié)構(gòu)，通過氨化、硝化、反硝化及微生物的同化作用等，降解水中的含氮有害物質(zhì)和殘留的有機(jī)碳等，從而起到對養(yǎng)殖水體進(jìn)行原位修復(fù)的作用，而絮團(tuán)本身又能夠作為養(yǎng)殖對象的餌料，完成對飼料營養(yǎng)的再利用。

3.2.1 生物絮團(tuán)的形成與影響因素

生物絮團(tuán)技術(shù)類似于市政污水處理工藝中的活性污泥法，其核心在于通過添加碳源或提高飼料中碳含量，提高養(yǎng)殖水體中的碳氮比、使養(yǎng)殖水體形成以異養(yǎng)微生物為主的生物絮團(tuán)，利用絮團(tuán)中異養(yǎng)微生物吸收轉(zhuǎn)化各類污染物以達(dá)到實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖水體中有害氮素的轉(zhuǎn)化去除的目的。

生物絮團(tuán)技術(shù)主要受C/N、溶解氧和混合強(qiáng)度的影響。有研究表明，有機(jī)碳源充足的情況下，異養(yǎng)微生物大量增殖并成為優(yōu)勢菌種；否則，菌群中自養(yǎng)硝化菌生長占優(yōu)勢。因此，可向養(yǎng)殖水體中添加廉價碳源或使用低蛋白高C/N的飼料來提高水體的C/N。研究表明，當(dāng)C/N提高到20以上時，10 mg/L的總氨氮可在2 h內(nèi)被生物絮團(tuán)完全轉(zhuǎn)化，且硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮未產(chǎn)生累積現(xiàn)象[26]。朱錦裕等[27]采用糖蜜作為碳源在羅氏沼蝦池塘中構(gòu)建生物絮團(tuán)養(yǎng)殖系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)降低蛋白含量，不會影響羅氏沼蝦的生長，加入碳源后池塘內(nèi)氨氮濃度降低了54%。另有研究者發(fā)現(xiàn)，停止加入碳源雖然不會使的池塘內(nèi)氨氮濃度顯著升高，但會導(dǎo)致硝酸鹽氮的快速積累[28]。

溶解氧和混合強(qiáng)度均受曝氣方式的影響，生物絮團(tuán)技術(shù)的開創(chuàng)者Avnimelech認(rèn)為，持續(xù)曝氣、保持養(yǎng)殖池塘內(nèi)較高的溶解氧濃度，可以增強(qiáng)微生物活性，促使生物絮團(tuán)形成，并維持絮團(tuán)在養(yǎng)殖水體中呈懸浮狀態(tài)，達(dá)到絮團(tuán)與污染物充分混合、快速傳質(zhì)的目的。有研究者考察了對蝦養(yǎng)殖池塘中不同曝氣方式對生物絮團(tuán)水體原位修復(fù)效能的影響，結(jié)果表明，相較于曝氣立式泵和自吸式螺旋曝氣機(jī)，鼓風(fēng)曝氣方式形成的生物絮團(tuán)更高，并使得養(yǎng)殖水體中的氨氮濃度低于1.0 mg/L[29]。

3.2.2 生物絮團(tuán)對養(yǎng)殖水體的原位修復(fù)作用

生物絮團(tuán)不僅能利用藻類的光合作用吸收、自養(yǎng)微生物的硝化作用、異養(yǎng)微生物的氨化和同化作用降低養(yǎng)殖水體中的含氮有機(jī)物濃度，進(jìn)行養(yǎng)殖環(huán)境的修復(fù)。與固定化微生物膜作用類似，生物絮團(tuán)也可作為餌料被養(yǎng)殖對象直接或間接攝食，從而帶動整個養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)流動和物質(zhì)循環(huán)，達(dá)到降低飼料系數(shù)，節(jié)省養(yǎng)殖生產(chǎn)的成本的目的。Burford等人[30]借由同位素示蹤法研究了對蝦對生物絮團(tuán)的利用情況，發(fā)現(xiàn)蝦類日常攝食中18%～29%的N素可由生物絮團(tuán)提供。類似結(jié)果也在針對羅非魚養(yǎng)殖系統(tǒng)的研究中發(fā)現(xiàn)，即兩次投喂間羅非魚的消化道內(nèi)充滿了生物絮團(tuán)，且餌料利用率高20%以上。Hari等也發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)殖對象攝取生物絮團(tuán)后，餌料的蛋白質(zhì)利用率提高了7%～13%[31]。

此外，生物絮團(tuán)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高位池養(yǎng)殖系統(tǒng)的零換水，從而阻斷外來病原體的入侵途徑，降低養(yǎng)殖養(yǎng)殖對象的患病機(jī)率。生物絮團(tuán)中的某些有效成分(免疫促進(jìn)劑和免疫活性因子等物質(zhì))可以起到刺激動物的先天免疫系統(tǒng)、增強(qiáng)養(yǎng)殖對象免疫力的作用。有研究發(fā)現(xiàn)生物絮團(tuán)能顯著提高海參的成活率，其機(jī)理可能是生物絮團(tuán)提高了幼參體內(nèi)主要消化酶的活性，即生物絮團(tuán)不僅可以凈化水質(zhì)，更可以促進(jìn)仿刺參幼參的生長[31]。

值得注意的是，生物絮團(tuán)技術(shù)雖然在降低換水率與減少餌料投加方面提供了更經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)的養(yǎng)殖新思路，但也存在一些應(yīng)用缺陷：①投加碳源將對養(yǎng)殖產(chǎn)生額外成本；②因缺乏某些必要氨基酸，生物絮團(tuán)尚不能完全作為養(yǎng)殖對象的替代餌料；③由于養(yǎng)殖品種和養(yǎng)殖系統(tǒng)的復(fù)雜性、有害污染物的多樣性以及養(yǎng)殖環(huán)境的多變性等因素影響，生物絮團(tuán)處理技術(shù)的運(yùn)行調(diào)控難度較大，運(yùn)行不當(dāng)易導(dǎo)致硝酸鹽氮積累，對養(yǎng)殖對象產(chǎn)生慢性毒性作用。

4 結(jié)論與展望

排泄氮、糞便氮和其它氮在養(yǎng)殖水體中不斷積累，不僅增加了養(yǎng)殖對象病害發(fā)生的風(fēng)險，還導(dǎo)致養(yǎng)殖水域周邊富營養(yǎng)化趨勢加劇，嚴(yán)重破壞養(yǎng)殖水域生態(tài)環(huán)境。因此，利用微生物等水生生物的新陳代謝作用對養(yǎng)殖過程產(chǎn)生的含氮廢物進(jìn)行原位或異位處理，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖尾水資源化利用或達(dá)標(biāo)排放是有效破解水產(chǎn)養(yǎng)殖的環(huán)境制約、減少水產(chǎn)動植物病害頻繁發(fā)生的有限途徑。在選擇養(yǎng)殖尾水脫氮技術(shù)時，還應(yīng)具體考慮養(yǎng)殖模式、養(yǎng)殖品種、占地面積、投資成本等多方面因素，因地制宜。隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)、納米材料技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)為核心的養(yǎng)殖尾水脫氮處理技術(shù)必將具有極大的研究價值和廣泛的開發(fā)利用前景。