膜生物一體化設備凈水技術對養殖尾水的處理效果

摘要為探究膜生物一體化設備（MBR）凈水技術對養殖池塘尾水的處理效果，使用MBR對河蟹養殖尾水進行處理，并與微曝氣技術處理池塘進行比較。于2023年6—10月對養殖池塘（AP）、微曝氣處理池（MAP）和MBR處理池（MBR-P）的總磷（TP）含量、溶解性總磷（TDP）含量、總氮（TN）含量、氨氮（ 含量、硝酸鹽（ ）含量、亞硝酸鹽（ ）含量、溶解性總氮（TDN）含量、高錳酸鹽指數（ ）、懸浮物（SS）含量 和水溫（WT）進行檢測。采用主成分分析研究不同水質參數與各月份、池塘間的關系。結果表明，MBR和微曝氣技術均能有效凈化養殖尾水。不同月份MBR技術對總氮和總磷的去除率分別為 5 4 . 9 0 % ～ 8 7 . 9 9 % 和 2 5 . 0 0 % ～ 9 1 . 3 0 % ，微曝氣技術對總氮和總磷的去除率分別為 2 6 . 2 7 % ～ 7 9 . 8 6 % 和 1 4 . 2 9 % ～ 8 0 . 0 0 % 。與微曝氣技術相比，膜生物一體化設備對主要污染物氮和磷具有更好的去除效果。該研究結果為MBR技術在養殖尾水處理中的應用提供了數據支撐和理論依據。

關鍵詞養殖尾水；MBR；微曝氣；水質參數；凈水技術中圖分類號S714文獻標識碼A文章編號 0517-6611（2025）08-0205-04doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.08.042

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

AbstractInodertoivestgatehereatmentfectofmembraneio-reactor（MBR）equipmentwaterpurificationtecoloyonthetailwater ofaquacultureponds，tetailwaterofrivercrabaquaculturewastreatedbyusingMBR，anditwascomparedwithmicroaerationteology treatmentpodotalososotentotaloledosostettalgenteog （ -N）content，nitrate （ ）content，nitrite（ ）content，total dissolved nitrogen （TDN）content，permanganate index （ ），suspended solids （SS） content， and water temperature （WT） were detected in the aquaculture pond （AP），micro-aeration pond （MAP） and MBRtreatmentpond（MBR-P）respectivelyfromJunetoOctoberof2O23.Theprincipalcomponentanalysiswasalsousedtorevealtherelationshipbetweendiferentwaterqaltfactosandthepondsinachonth.TeresultsshowdtatbothMBR，andmicro-aerationtraet technologiescould efectivelypurifytheaquaculture tailwater.TheremovalrateofTNand TPin diffrent monthswere 5 4 . 9 0 % - 8 7 . 9 9 % and （204號 2 5 . 0 0 % - 9 1 . 3 0 % for MBR，respectively，and 2 6 . 2 7 % - 7 9 . 8 6 % and 1 4 . 2 9 % - 8 0 . 0 0 % for micro-aeration，respectively.Compared with the micro-erationtecologadetermoaltoneainltantsrogendosousissudoviddttat and theoretical basis for the application of MBR in the treatment of aquaculture tail water.

Key wordsAquaculture tailwater；MBR；Micro-aeration； Water quality parameters； Water purification technology

隨著水產養殖業的快速發展，集約化水產養殖規模在我國日益擴大，由于集約化水產養殖的高密度、高投入模式而產生的尾水污染問題受到學者的廣泛關注[1]。養殖尾水中包含養殖殘餌、生物糞便、死亡生物、?；贰B殖藥物和殺蟲劑等，這些有機/無機污染物一旦流入自然生態系統會導致區域地下水、河流和海洋水質受到直接或間接的污染[2]在淡水養殖中，包含氨氮、硝酸鹽和亞硝酸鹽在內的含氮物質、有機物以及溶解性總磷等是水產養殖尾水中的主要污染物[3]。在自然條件下，養殖尾水中的污染物一般很難自我降解并實現水體自凈，尤其是污染情況較為嚴重的尾水，需要利用水質凈化設備或生物凈水技術等對其進行處理才能有效減少養殖尾水對環境的污染[4]。因此，如何有效、低成本地處理/凈化養殖尾水成為實現水產養殖可持續化的關鍵因素。

膜生物一體化設備（簡稱MBR）是一種全新的尾水處理裝置，利用膜過濾技術對水中的多價鹽和有機污染物進行高效截留，采用AO生物處理工藝去除氨氮、有機物等污染物[5-6]。MBR的A級池能夠有效地將污水中的有機氮轉化分解成 ，同時利用有機碳作為電子供體，將 轉化成 ，而且還能利用部分有機碳源和 合成新的細胞物質，依靠原水中存在的較高濃度有機物完成反硝化作用，最終消除氮的富營養化污染。盡管有機物濃度已大幅度降低，但仍有一定含量的有機物及較高含量的 存在。為了使有機物得到進一步氧化分解，同時在碳化作用完成的情況下使硝化作用能順利進行，MBR的O級池將有機負荷較低的好氧生物接觸氧化池，O級池中好氧微生物及自氧型細菌（硝化菌）利用有機物分解產生的無機碳或空氣中的 作為營養源，將污水中的 轉化成 ；隨后，0級池的出水部分回流到A級池，為其提供電子受體，通過反硝化作用最終消除氮污染[。因此，基于MBR強大的脫氮去磷能力，有望在養殖尾水處理方面得到推廣應用。

微曝氣技術是一種新型的污水處理技術，能有效增加水體溶氧量，抑制藻類生長，以達到修復廢水生態的目的[7]目前，該技術已經較為成熟，且在污水處理領域得到了廣泛應用[8]。然而，目前關于MBR對養殖尾水的處理研究報道較少。筆者分別利用MBR與微曝氣技術對河蟹養殖池塘尾水進行處理，并對處理后的水質進行檢測，評估新型凈水技術MBR對水產養殖尾水的處理效果，并將其與微曝氣技術處理的尾水水質進行比較，旨在為MBR技術的推廣及其在養殖尾水處理中的應用提供數據支撐與理論依據。

1材料與方法

1.1池塘條件試驗在江蘇省南京市浦口區后圩村某河蟹養殖池塘進行，選用經生石灰清塘、暴曬7d后，底質相同，養殖密度、生產管理模式相同、面積 的成蟹養殖池塘2個（池塘A、B）。從養殖池塘A（AP）抽取養殖水，通過MBR膜生物一體化設施進行處理（MBR-P）；池塘B共設置2組微曝氣裝置，每組20個膜組件，對其中的養殖水進行處理（MAP）。

1.2采樣方法在養殖池塘（AP）、MBR處理池（MBR-P）和微曝氣處理池（MAP）分別設置采樣點，其中AP和MAP在池塘上風口、中央區域和下風口設置3個采樣點，MBR-P在出水口處設置采樣點。使用取水器進行水樣采集，保存后進行水質參數檢測，于2023年6—10月進行水樣收集和檢測。

1.3水質檢測對收集的水樣進行水質檢測，檢測的水質參數包括總磷（TP）含量、溶解性總磷（TDP）含量、總氮（TN）含量、氨氮（ 含量、硝酸鹽（ ）含量、亞硝酸鹽（ ）含量、溶解性總氮（TDN）含量、高錳酸鹽指數（ ）、懸浮物（SS）含量 和水溫（WT）。水質參數檢測由江蘇皓安生態科技有限公司完成。

1.4數據統計與分析數據統計與分析使用R語言（R4.12）和SPSS2020 軟件（IBMCo.，USA）完成。

2結果與分析

2.1水質參數如表1所示，AP中總氮含量8月、10月較高，分別為3.18和 ；經過MBR和微曝氣處理后MBR-P和MAP中總氮含量在每個月份均明顯降低。AP中總磷含量10月較高，為 ；經過處理后，除了6月MAP中總磷含量不變外，其他月份MBR-P和MAP中總磷含量均明顯降低。AP中氨氮含量在7月、8月和10月較高，分別為 月MBR-P和MAP中氨氮含量與AP相比均明顯降低。AP中高錳酸鹽指數8月最高（ ，9月最低 ，其余月份為 與AP相比，除了6月MBR-P中高錳酸鹽指數上升外，其余月份MBR-P和MAP中高錳酸鉀指數均明顯降低。在溶解性總磷方面，MBR和微曝氣處理表現出較好的去除效果。從溶解性總氮含量來看，AP在8月和10月較高，分別為3.09和 ，而在MBR-P和MAP中溶解性總氮含量均低于 。在懸浮物、硝酸鹽和亞硝酸鹽方面，MBR和微曝氣處理未表現出明顯的去除效率，這可能是由于檢測值太低所致。

2.2氮磷去除率為了更好地比較MBR和微曝氣裝置對養殖尾水的去除效率，基于以上檢測的水質參數，篩選出總氮、氨氮、總磷和溶解性總磷作為主要污染指標，并計算出MBR-P和MAP對其去除率。從圖1可以看出，6—10月MBR-P對總氮的去除率為 5 4 . 9 0 % ～ 8 7 . 9 9 % ，MAP對總氮的去除率為 2 6 . 2 7 % ～ 7 9 . 8 6 % ；除了6月水體中氨氮去除率較低外，其他月份MBR-P對氨氮的去除率為 6 2 . 5 7 % ～ 9 3 . 9 4 % ，MAP對氨氮的去除率為 4 3 . 6 9 % ～ 9 0 . 7 9 % ；MBR-P對總磷的去除率為 2 5 . 0 0 % ～ 9 1 . 3 0 % ；MAP除了在6月未對總磷產生去除效果外，7—10月對總磷的去除率為 1 4 . 2 9 % ～ 8 0 . 0 0 % ：在溶解性總磷方面，MBR-P在6月對其去除率為 7 3 . 3 3 % ，而MAP對其去除率僅 6 . 6 7 % 。

2.3水質參數主成分分析為了可視化MBR和微曝氣技術對養殖池塘尾水的處理效果，對檢測的水質參數進行了主成分分析（PCA）。如圖2所示，前2個變量PC1和PC2分別解釋了主成分的 8 7 . 1 2 % 和 1 0 . 2 0 % ，共解釋了總變量的

9 7 . 3 2 % ，表明該結果具有統計學意義。在PC1軸上，懸浮物（SS）含量、溶解性總氮（TDN）含量和總氮（TN）含量具有較高的絕對特征值，分別為0.96、0.18和0.17；在PC2軸上，高錳酸鹽指數（ ）、總氮（TN）含量和溶解性總氮（TDN）含量具有較高的絕對特征值，分別為0.84、0.32和0.31。

Fig.1Removalatesoftotaltrogenmoarogentotalopusnddssedtotaloousb-Pndrat

3討論

集約化水產養殖產生的尾水污染問題已經被多次報道，其排放會導致自然水體富營養化、藥殘風險以及養殖水產品食品安全等問題，對海洋與淡水生態環境造成嚴重威脅[1]淡水養殖是水產養殖業的重要組成部分，成功的淡水養殖通過生物生態修復技術的整合來實現水產養殖生態的可循環[9]。水體富營養化是養殖尾水污染的關鍵問題之一，尤其是氮磷的積累已經成為制約全球水產養殖業發展的重大挑戰之一[10]。集約化的水產養殖不可避免會導致池塘中氮磷的積累，高密度、高投喂的養殖活動中殘餌、糞便等容易導致氮和磷含量的升高，從而造成水體富營養化[]。如果將這些尾水排入自然水域，很容易導致天然水體的污染，從而破壞自然水域的生態系統。因此，如何處理養殖廢水是水產養殖業急需解決的問題之一。

目前，應用于水產養殖尾水處理的技術主要包括物理、化學和生物3種手段，具體包括微曝氣、機械過濾、泡沫分離、臭氧凈化技術等[12-13]。MBR是一種結合膜分離技術與生物技術的新型水處理技術，被認為是膜分離過程與生物反應的巧妙結合，具有廣闊的應用前景[14]。20世紀90年代后期，許多歐洲國家將MBR技術用于生活污水和工業廢水的處理。它利用膜分離設備將生化反應池中的活性污泥和大分子有機物截留，不需要經過沉淀池。膜生物反應器工藝通過膜的分離技術強化了生物反應器的功能，使活性污泥濃度提高，其水力停留時間和污泥停留時間可以分別得到控制，從而有效實現水質的凈化乃至有機物污染的修復[15-17] O

該研究結果表明，在總氮、氨氮、總磷和溶解性總磷的去除率方面，MBR與微曝氣技術相比表現出一定的優勢。氨氮是水環境中最常見的污染物之一，能夠為藻類提供氮源，最終導致水體富營養化、產生水華等[8]。該研究結果表明，MBR處理8月水體中氨氮含量為 ，對其去除率達到 9 3 . 9 4 % ，說明其能夠有效凈化水體中的氨氮，且6一10月其去除率均高于微曝氣技術處理。磷的累積會導致水體污染，影響水生態系統，并對人類造成一定程度的危害，因此水體中磷的含量受到學者的廣泛關注[19]。該研究中MBR和微曝氣技術均有效降低了養殖尾水中總磷和溶解性總磷的含量，且MBR技術處理中總磷和溶解性總磷在含量和去除率上與MAP相比總體上有更好的表現，以上結果均說明

MBR對總磷和溶解性總磷的去除具有良好的效果。Li等[5]使用厭氧缺氧膜生物反應器（ ），利用反硝化磷積累生物和反硝化糖原積累生物進行脫氮除磷，顯著降低了城市污水中氮、磷的含量。該研究結果與Li等的研究結果類似，表明MBR膜生物技術能夠有效降解污水中的氮和磷；Liang等[20使用MBR膜生物系統與好氧污泥顆粒協同對污水進行處理，有效降解了污水中的氮、磷。在Li等[5]和Liang等[20]的研究中，將微生物與MBR技術結合，在氮、磷污染更嚴重的水體中獲得了較好的去除效果，且篩選出相關的菌株用于降解氮和磷，而合適的微生物種類與MBR聯動可能會成為繼續改進養殖尾水處理工藝的有效方案之一。

為了對AP、MBR-P和MAP的水質參數進行可視化分析，使用主成分分析（PCA）對檢測數據進行降維，分析水質參數與各月份和池塘之間的關聯性。結果表明，除了6月外，AP、MBR-P和MAP中各水質參數的主成分均較為離散，與AP關聯性較強的水質參數主要有懸浮物（SS）含量、總氮（TN）含量、溶解性總氮（TDN）含量、氨氮（ 含量和高錳酸鹽指數（ ）；與MAP關聯性較強的水質參數主要為硝酸鹽（ ）含量，與MBR-P關聯性較強的水質參數主要為懸浮物（SS）含量、硝酸鹽（ ）含量。總氮（TN）含量和溶解性總氮（TDN）含量與MAP和MBR-P均呈反向關聯性，這能夠在一定程度上反映MAP和MBR-P對池塘尾水的降氮效果，并揭示池塘的整體水質狀況?？傮w來說，盡管與其他使用MBR技術的試驗[5，20]相比，該試驗中池塘養殖尾水污染較輕，但MBR技術對養殖尾水中氮、磷的去除率整體上優于微曝氣技術，表明MBR技術能夠更好地用于處理/凈化養殖尾水。

該研究對MBR凈化水產養殖尾水的效果進行了評價，并與微曝氣技術處理進行了比較，結果發現在養殖尾水的凈化技術中膜生物一體化凈水技術的效果優于微曝氣技術，能夠有效實現池塘養殖尾水的降氮、減磷。該研究結果為膜生物一體化凈水設備在水產養殖尾水處理中的應用提供了理論依據和數據支撐。

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