隨著傳統(tǒng)集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，由于養(yǎng)殖過程中投放的飼料所含的氮、磷大約只有9.1%和17.4%被魚同化，其殘剩飼料、魚類排泄物形成的污染物對周圍水體及沉積物等造成的污染正越來越受到政府和民眾的關(guān)注；同時，養(yǎng)殖環(huán)境內(nèi)的污染對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)進一步發(fā)展的制約作用也在逐漸顯現(xiàn)。作為一種既能滿足集約化生產(chǎn)需求又不至于污染環(huán)境，符合可持續(xù)發(fā)展觀點的水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)，工廠化循環(huán)海水養(yǎng)殖被寄予厚望，采用循環(huán)養(yǎng)殖可以降低水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水排放對環(huán)境的潛在影響，并能較大幅度節(jié)約占地面積和用水量，同時還具有養(yǎng)殖周期短、產(chǎn)量及產(chǎn)品價格高等優(yōu)點。而該種養(yǎng)殖方式的核心技術(shù)之一就是水處理技術(shù)，作為制約水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的主要脅迫因子，氨氮污染物的有效去除受到了研究者的廣泛關(guān)注，但由于傳統(tǒng)生物脫氮是一個包括硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)在內(nèi)的多步驟生物催化反應(yīng)，受基質(zhì)傳遞速率、底物和產(chǎn)物抑制等因素的制約，加之海水鹽度效應(yīng)，脫氮效率低。如果能較好的解決這一技術(shù)難題，將極大地促進工廠化循環(huán)海水養(yǎng)殖技術(shù)的推廣應(yīng)用，實現(xiàn)海水養(yǎng)殖由資源密集型向技術(shù)密集型的轉(zhuǎn)變，有力地推動水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的進一步發(fā)展。

由于氨氮的傳統(tǒng)去除必須經(jīng)歷硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)兩個順序進行的步驟，加上其對環(huán)境條件的要求不同，硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)一般需分開在不同的反應(yīng)器內(nèi)進行，因此傳統(tǒng)的循環(huán)水養(yǎng)殖廢水處理工藝，或存在分級硝化反硝化帶來的工藝復(fù)雜的問題，或省略反硝化而簡單通過定時換水的方法以降低系統(tǒng)中硝酸鹽的濃度；事實上，這也是目前國內(nèi)工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖普遍采用的方法，這不僅會對周圍環(huán)境造成污染，頻繁的換水也增加了運營成本。因此，尋求低價可靠的生物完全脫氮工藝，成為循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中亟待突破的關(guān)鍵技術(shù)，近年來迅速發(fā)展的生物脫氮新技術(shù)為我們解決這一難題提供了新的思路。

1　循環(huán)養(yǎng)殖廢水脫氮的研究現(xiàn)狀

國外在循環(huán)水養(yǎng)殖廢水處理工藝選擇、運行參數(shù)及處理效果等方面重點針對系統(tǒng)脫氮進行了大量研究，研制了許多商品化的水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理設(shè)備和工藝，可以部分或全部實現(xiàn)養(yǎng)殖水的循環(huán)使用。Blancheton等設(shè)計一套海水閉合循環(huán)養(yǎng)魚系統(tǒng)，系統(tǒng)由養(yǎng)殖單元、懸浮物去除單元、UV消毒單元和生物過濾器單元組成，生物過濾器主體是載體和自然掛膜的硝化細菌，通過細菌的硝化作用將氨氮氧化成毒性相對較小的硝態(tài)氮，從而達到對海水的循環(huán)利用。但該系統(tǒng)長時間運行會使系統(tǒng)中硝態(tài)氮積累，達到一定濃度時也會對魚類等養(yǎng)殖對象造成毒害， Sauthier等采用顆粒物質(zhì)(碎磚等)作為固定化微生物載體，研究固定化脫氮微生物對養(yǎng)殖廢水的脫氮速率和影響因子，所建立的系統(tǒng)具有較強的反硝化能力，可以有效降低硝態(tài)氮對養(yǎng)殖對象的毒害。Aboutboul等進行了以內(nèi)部有機物降解產(chǎn)物揮發(fā)性脂肪酸(VFA)作為有機碳源的流化床反應(yīng)器處理海水養(yǎng)殖廢水的研究，實現(xiàn)了完全脫氮，并測定了脫氮作用動力學(xué)參數(shù)以及VFA吸收和硝酸鹽還原的化學(xué)計量學(xué)參數(shù)。Menasveta等設(shè)計了由循環(huán)養(yǎng)殖水槽、硝化作用濾器和脫氮作用濾器組成的斑節(jié)對蝦封閉循環(huán)海水養(yǎng)殖系統(tǒng)。

目前，國內(nèi)對于循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)氨氮污染生物處理技術(shù)的研究報道較少，大多數(shù)國內(nèi)有關(guān)這方面的報道都是針對國外研究工作的綜述性文章，真正開展這方面實際工作的研究報告并不多見。陸斌等采用軟性填料床缺氧-好氧生物脫氮(A/O)工藝進行了水產(chǎn)養(yǎng)殖污水的凈化與回用的研究；江偉等研究了采用生物轉(zhuǎn)盤工藝處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水氨氮的效果；何潔等進行了采用沙子、活性炭與沸石作為生物濾器載體對牙鲆養(yǎng)殖廢水進行處理的研究；馬悅欣等提出一種自凈式養(yǎng)殖方式，通過在牙鲆養(yǎng)殖系統(tǒng)池底增設(shè)生物凈化床，使每個養(yǎng)殖池都有凈化能力，從而達到凈化水質(zhì)的效果。譚洪新等構(gòu)建了一種藻皮凈化裝置作為養(yǎng)殖廢水處理系統(tǒng)的組成單元，提高對閉合循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)和水族館生態(tài)系統(tǒng)中氮、磷營養(yǎng)元素的控制能力。與國外在這方面的研究工作相比，我們已經(jīng)遠遠落后于國外發(fā)達國家，并且由于缺乏經(jīng)濟有效的水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)，我國水養(yǎng)殖業(yè)正越來越成為河流、湖泊、海洋等水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的重要污染源；同時，養(yǎng)殖區(qū)域內(nèi)污染對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)進一步發(fā)展的制約作用也日漸顯現(xiàn)。因此，加大對這方面的研究力度，不僅可以凈化水域環(huán)境，更將對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到積極的推動作用。

2　生物脫氮新技術(shù)

傳統(tǒng)的脫氮理論認為，把NH4+-N從廢水中去除的過程必須通過先硝化而后再反硝化的過程才能實現(xiàn)，而近年來的許多研究表明，硝化反應(yīng)不僅由自養(yǎng)菌完成，某些異養(yǎng)菌也可以進行硝化作用；反硝化不只在厭氧條件下進行，某些細菌也可在好氧條件下進行反硝化；而且，許多好氧反硝化菌同時也是異養(yǎng)硝化菌，基于上述認識，一些脫氮新工藝如同步硝化反硝化和全程自養(yǎng)脫氮等相繼被開發(fā)出來，它們在脫氮過程中成功地解決了碳源矛盾和堿度平衡等傳統(tǒng)硝化反硝化生物脫氮難以解決的問題，極大地推動了高效率生物完全脫氮的發(fā)展，同時也為
各行業(yè)廢水的高效生物脫氮處理技術(shù)的開發(fā)提供了新的思路和依據(jù)。

2.1　同步硝化/反硝化脫氮

傳統(tǒng)生物脫氮必須經(jīng)歷先硝化而后再反硝化兩個過程，因此生物脫氮過程需要在兩個隔離的反應(yīng)器中進行，或者在時間或空間上能形成交替缺氧和好氧環(huán)境的同一反應(yīng)器中進行。傳統(tǒng)的生物脫氮工藝主要有前置反硝化和后置反硝化兩種，前置反硝化利用廢水中易降解有機物作碳源而實現(xiàn)反硝化，雖然可節(jié)約反硝化階段外加碳源的費用，但是，前置反硝化工藝對氮的去除不夠完全，廢水和污泥循環(huán)比也較高，若想獲得較高的氮去除率，則必須加大循環(huán)比，能耗相應(yīng)也會增加。而后置反硝化則有賴于外加快速易降解有機碳源的投入，同時還會產(chǎn)生大量污泥，并且出水中的COD和低水平的DO也影響出水水質(zhì)。所以傳統(tǒng)生物脫氮工藝存在工藝流程長、占地面積大、基建投資高、抗沖擊能力弱、需要外加堿度維持系統(tǒng)酸堿平衡等問題。然而，近年來發(fā)展的同步硝化/反硝化(SimultaneousNitrification and Denitrification， SND)工藝則能較好的解決上述一些問題，是一種具有廣泛應(yīng)用前景和開發(fā)價值的生物脫氮新工藝。

傳統(tǒng)觀點認為硝化和反硝化反應(yīng)不能同時發(fā)生，而近年來好氧反硝化菌和異養(yǎng)硝化菌的發(fā)現(xiàn)以及好氧反硝化、異養(yǎng)硝化和自養(yǎng)反硝化等研究的進展，奠定了SND生物脫氮的理論基礎(chǔ)；最近幾年，國內(nèi)外有不少實驗和報道證明有同步硝化和反硝化現(xiàn)象，尤其在有氧條件下同步硝化與反硝化存在不同的生物處理系統(tǒng)中，如流化床反應(yīng)器、生物轉(zhuǎn)盤、SBR、氧化溝、CAST工藝等。與傳統(tǒng)生物理論相比具有很大的優(yōu)勢，它可以在同一反應(yīng)器內(nèi)同時進行硝化和反硝化反應(yīng)，并且具有曝氣量減少、降低能耗、無需酸堿中和、縮短反應(yīng)時間等優(yōu)點。

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