（环境科学专业论文）养殖废水微生物脱氮研究.pdf

显，对氨氮和亚硝酸盐有很好的去除效果，硝酸盐增长快，但对养殖废水中 的总氮去除效果很差。采用生物滤池+ 底部常规挂膜的方式，对氨氮去除效果 略低于曝气+ 底部常规挂膜的方式，但对总氮的去除效果要显著好于曝气的处 理，两者对亚硝酸盐去除效果相差较小。从处理工艺看，采用生物滤池+ 底部 常规挂膜的方式对养殖废水中氮的处理效果比较理想，但从管理和运行的角 度看，并不适合室外养殖废水的处理。 因此，从生物脱氮效果、实际运行和管理角度来看，在问歇曝气或不曝 气条件下，阿科蔓生态基技术对养殖废水中的总氮有较明显的去除效果，且 对氨氮和亚硝酸盐的去除率比较理想，比连续曝气的动力损耗小，运行管理 方便，适合进行室外养殖废水的处理应用。 采用阿科蔓生态基技术处理养殖废水，研究盐度、曝气方式、c n 对养殖 废水中氮处理效果的影响。研究结果表明： 盐度对微生物降解能力有一定的影响，在盐度较高的情况下，生物膜法 对氨氮和亚硝酸盐的去除有所下降，影响硝化反应的进程。盐度较高对养殖 系统的反硝化反应有一定的影响，使微生物对总氮的去除能力下降。 连续曝气有利于硝化反应的进行，对去除养殖系统中的氨氮和亚硝酸盐 具有很好的效果，但不利于硝酸盐和总氮的去除：间歇曝气的方式对养殖系 统的氨氮和亚硝酸盐去除效果也具有良好的去除效果，与连续曝气去除效果 相差不大，但对总氮的去除效果明显好于连续曝气的去除效果，且硝酸盐增 长率较低。 c n 高低会影响养殖系统中硝化反应和反硝化反应的进程，c n 较低时， 对氨氮和亚硝酸盐的去除效果良好，但对养殖系统中硝酸盐增加幅度较大， 对总氮的去除效果较差。c n 较高时，对氨氮和亚硝酸盐去除效果降低，硝酸 盐增加幅度较小；但反硝化作用相对较强，对总氮的去除率高。 关键词：养殖废水生物膜法氮 t i t l e ：s t u d yo nd e n i t r i f i c a t i o no fa q u a c u l t u r a lw a s t e w a t e rb yb i o l o g i c a lt r e a t m e n t p r o c e s s m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e n a m e ：z h a n gh a n - b i n g s u p e r v i s o r ：p r o f l x i ab e i - c h e n g a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，a q u a c u l t u r eo fo u rc o u n t r yd e v e l o p e dv e r yq u i c k l y , a n di ta l s o b r o u g h t as e r i e so fe n v i r o n m e n t a lp r o b l e m ss u c ha sd e c r e a s i n go f s p e c i e sd i v e r s i t y a n dw a t e re n v i r o n m e n tp o l l u t i o n a m m o n i a ，n i t r i t ed u et oa q u a c u l t u r ec a u s e d g r e a th a r mt oa q u a t i co r g a n i s m s mo t h e rh a n d , n i t r o g e nc o m p o u n d sa r e a n i m p o r t a n tf a c t o rt of o r me u t r o p h i c a t i o no fw a t e re n v i r o n m e n t a q u a c u l t u r a lw a s t e w a t e r h a sb e e na sa l lu n i g o o r a b l ep o l l u t i o nf a c t o ro fl a k e se u t r o p h i c a t i o na n do u t b r e a k l n g o fi n s h o r er e dt i d e i tb e c a m ea l li n t e r e s t i n gt o p i c sa n dh o tp r o j e c t st oc o n t r o l n i t r o g e np o l l u t i o ni na q u a c u l t u r e s y s t c m s o m eb i o f i l mp r o c e s s e st ot r e a ta q u a c u l t u r ew a s t e w a t e rw e r es i m u l a t e di n l a b o r a t o r y a c c o r d i n g t ot h er e s u l t s ，e f f i c i e n t p r o c e s so fd e u l t r i f i c a t i o n i n s i m u l a t i v ea q u a c u l t u r es y s t e mw a sf o u n d i tc o u l db ea sar e f e r e n c et om a n a g e a q u a c u l t u r a ls y s t e m a q u a m a t st e c h n o l o g ys h o w e da9 0 0 dr e s u l tt or e m o v ea m m o n i aa n dn i t r i t e f r o ma q u a c u l t u r a lw a s t e w a t e r , b u ti tw a so b v i o u s l yl o we f f i c i e n c yt or e m o v e n i t r a t e t o t a l n i t r o g e nw a sl i a l er e m o v e db ya q u a m a t st e c h n o l o g yu n d e r c o n t i n u o u s a e r a t i o n r e v e r s e l y , t o t a ln i t r o g e nw a so b v i o u s l yr e m o v e du n d e r i n t e r v a la e r a t i o nc o n d i t i o no rw i t h o u ta e r a t i o n a h i g hr e m o v a lr a t eo fa m m o n i aa n dn i t r i t ew a sg o tw i t hb i o l o g i c a lf i l t e r - p o o l p l u sa q u a m a t st e c h n o l o g y , a n da l s oh i g hr e m o v l n go ft o t a ln i t r o g e na p p e a r e di n i l l t h es i m u l a t i v es y s t e m c o m p a r i n gw i t hh i g h o rv e l o c i t yo ff i l t r a t i o n ，l o w e r b i o l o g i c a lf i l t r a t i o nh a sr e l a t i v eh i 曲r e m o v a lr a t eo fa m m o n i aa n dn i t r i t e ，a n di t m a k e sn i t r a t ei n c r e a s em o r eq u i c k l ya n dc o u l dr e m o v el e s s t o t a ln i t r o g e n 弛e v e l o c i t yo fb i o l o g i c a lf i l t r a t i o nd i d n tp 甚u s eo b v i o u sd i f f e r e n c eo fd e n i t r i f i c a t i o u a p p l i c a t i o no fb i o l o g i c a lf i l t e r - p o o lp 1 sa q u a l v l a t st e c h n o l o g ys h o w e dag o o d e f f e c tt ot r e a ta q u a c u l t u r a lw a s t e w a t e r , a n di tw a sb e t t e rt h a ns i m p l ea q u a m a t s t e c h n o l o g y t h ep r o c e s so fn i t r i f i c a t i o ni so b v i o u sb yt r e a t i n ga q u a c u t t u r a lw a s t e w a t c r w i t ha e r a t i o na n db o t t o mb i o l o g i c a lf i l m i n g i tc o u l dr e m o v ea m m o n i aa n dn i t r i t e w e l l , b u ti tm a d en i t r a t ei n c r e a s eq u i c k l ya n dr e m o v e dl i t t l et o t a ln i t r o g e n i t c o u l dr e m o v el i t t l ea m m o n i au n d e rb i o l o g i c a lf i l t e ra n db o t t o mb i o l o g i c a lf i l m i n g , ，b u ti tc o u l do b v i o u s l yr e m o v et o t a ln i t r o g e n i tr e v e a l e dt h a tt h ep r o e e s s ，b i o l 晒c a l f i l t e ra n db o t t o mb i o l o g i c a lf i l m i n gc o u l dm i t i g a t en i t r o g e np o l l u t i o no f a q u a c u l t o r a lw a s t e w a t e r h o w e v e r , i ti sc o m p l i c a t e dt ob em a n a g e d aa q u a e u l t u m l s y s t e m ，a n dt h o s eb i o l o g i c a lt r e t m e n tp r o c e s s e sw o u l d b ed i f f i c u l tt ob e a p p l i e d a q u a m a t st e c h n o l o g yw i t hd i s c o n t i n u o u sa e r a t i o no rw i t h o u ta e r a t i o nc o u l d r e m o v ea m m o n i a , n i t r i t ea n dt o t a ln i t r o g e n a q u a m a t st e c h n o l o g yw a se a s yt ob e a p p l i e da n dc o u l db eu s e dt om a n a g ea q u a c u l t u r a ls y s t e mb e c a u s eo fs a v i n g p o w e r t h ef a c t o r st oa f f e c te f f i c i e n c yo ft r e a t i n ga q u a e u l t u r a lw a s t e w a t e rw 枷h a q u a m a t st e c h n o l o g yw e r ea n a l y z e db yl a b o r a t o r ye x p e r i m e n t s t h o s ef a c t o r s w e r es a l i n i t y , a e r a t i o nm e a l l sa n dt h er a t i oo fct on s a l i n i t yw a sa ni m p o r t a n t f a c t o rw h i c ha f f e c t e dt h ep e r f o r m a n c eo fm i c r o o r g a n i s mt or e m o v ec o n t a m i n a t s f r o ma q u a c u l t u r a ls y s t e m w i t hs a l i n i t yi n c r e a s i n g ，p o p u l a t i o n so fn i t r o b a c t e r i u m a n dd e n i t r o b a c t e r i u md e c r e a s e d c o n t i n u o u sa e r a t i o na n dd i s c o n t i n u o u sa e r a t i o nw e r ee f f e c t i v ep r o c e s s e st o r e m o v ea m m o n i aa n dn i t r i t ei na q u a c u l t u r a ls y s t e m ，b u tn o tg o o df o rr e m o v i n g n i t r a t ea n dt o t a ln i t r o g e n r a t i oo fc na f f e c t e dt h ep r o c e s so fn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o ni n a q u a c u l t u r es y s t e m w h e na l nw a sl o w e r , i tc o u l dr e m o v ea m m o n i aa n dn i t r i t e i v w e l lb yb i o l o g i c a lt r e a t m e n t ，b u ti tm a d en i t r a t ei n c r e a s i n gm o r eq u i c k l ya n d r e m o v e dl i t t l e w h e nc ni sh i g h e r , d e n i t f i f i c a t i o ni ss t r o n g e ri na q u a c u l t u r a l s y s t e m k e yw o r d s ：a q u a e u l t u r a lw a s t e w a t e r ；b i o f i l mp r o c e s s ；n i t r o g e n v 养殖废水微生物脱氮研究 第1 章养殖水体氮污染及其控制研究 我国拥有丰富的水域资源，海岸线长达1 8 万k m ，海域面积达4 7 2 7 万k m 2 内陆水域面积达1 8 0 0 万k m 2 ，孕育了丰富的水生生物资源，为我国渔业发展 提供了良好的基础。2 0 0 0 年，全国水产品产量达4 2 7 9 万吨，其中养殖产量2 5 7 8 万吨，占总产量6 0 【1 j a 近2 0 年来，我国的水产养殖业取得蓬勃发展，成为国民经济的重要支柱。 然而，在水产业迅猛发展的同时，养殖品种出现退化，特别是池塘的高密度养殖 和海水的网箱养殖，工业废水和生活污水的任意排放，使养殖水体的自净与调 节能力的降低，水域环境恶化。养殖废水不经处理外排，也会影响到邻近的湖 泊和近海地区，是引起湖泊富营养化和近海赤潮的重要诱因之一。 1 1 水产养殖产生的污染物类型 水产养殖产生的一系列污染问题主要是与集约化养殖方式有关，这种方式 的养殖系统多是投喂人工饲料的单一种类养殖系统。不同养殖系统排放废物成 分的质和量的差异主要与养殖系统的形式和养殖生物的种类有关。大多数水产 养殖尤其是集约化投饵养殖系统产生的废物主要是未被摄食的残饵( 食物废 物) 、养殖生物的排泄物和分泌物、化学品和治疗剂。广义的“废物”还包括 死亡和濒死的鱼以及逃逸的鱼、病原体等【2 】。 i i 1 饵料的污染 目前的水产养殖已由一般品种的养殖过渡到名特优水产品的养殖。为了追 求经济利益，往往采用高密养的养殖方式。高密度养殖势必采用过量投饵，大 养殖废水微生物脱氨研究 量残剩的饵料积聚于水底，引起生态的破坏，从而导致疾病的频发。 g o w e n 等( 1 9 8 7 ) 对网箱养殖大马哈鱼作了研究，结果表明饵料中7 6 的碳 和7 6 的氮将以颗粒态和溶解态的形式进入海水环境中1 3 】李卓佳等( 1 9 9 7 ) 研究也发现，投喂的饲料，即使在管理良好的池中，也只有7 5 8 0 为对虾所 食用，而在这些提供给对虾食用的饲料中，则仅有一半或少于一半的营养物质 供给对虾的生长，一半以上的物质则变成各种有机废物排入养殖池中1 4 1 饵料 中5 3 0 的磷被鱼利用，1 6 2 6 溶解在水中，5 1 5 9 以颗粒态存在 嘲。残饵以颗粒态或溶解态存在于水体，成为有机污染及营养盐的重要来源， 颗粒态的残饵还会对鱼腮等器宫产生损害。 1 1 2 养殖生物的排泄物和分泌物 鱼类可排泄或分泌大量的含氮化合物，包括氨、尿素、三甲基胺、肌酸、 肌酸酐、蛋白质等。根据被消化的食物，生产l k g 的鱼类生物量估计可产生1 6 2 9 有机物的粪便废物，其中包含5 0 9 蛋白质、3 1 9 脂质和8 1 9 碳水化合物，营养盐 废物的产生量为包括8 9 蛋白氮和2 2 9 总氨态氮( t a n ) ，合计为3 0 9 的总氮( t n 以及7 9 的总磷( t p ) 【q ，由此可见，约有5 1 的氮和6 4 的磷成为废物。 硬骨鱼的主要分泌产物是t a n 及少量的尿素，它们在肝脏中合成并通过鳃 分泌。f i v e ls t a d e t a l 【刀( 1 9 9 0 ) 的研究表明，养殖鲑、鳟鱼类的氮分泌物中总氨 态氮和尿素的含量分别占8 0 9 0 9 6 和1 0 2 0 。鱼类也分泌矿物质，尤其是磷。 k a u t s k y 和e v a n s 研究( 1 9 8 5 ) 贻贝产生粪便情况，结果显示，每年每克千重 贻贝产生粪便量为1 7 6 9 干重物，其中含碳0 1 3 9 ，氮0 0 0 1 7 9 ，磷o 0 0 ( ) 2 6 9 8 1 。 1 1 3 药物及抗生素 在养殖过程中经常应用许多药物，如疫苗、激素、色素、麻醉剂和水处理 化合物等有些药物使用后直接进入水环境，如孔雀石绿、福尔马林等，有的通 过粪便排入水中，或通过未食饲料散失，如抗生素据报道，1 9 9 0 年挪威在养殖 上使用的抗生素比农业上使用的还多【9 】由于病害的频繁发生，人们使用药物的 2 养殖废水微生物脱氮研究 频率不断缩短，剂量不断加大，使水体中药物残留越来越多，浓度不断增大而 现在水产药物市场比较混乱，一些不能及时被分解的药物，或具有生物积累效 应、三致作用( 致癌、致畸、致突变) 的药物随处可见由于养殖者的文化素质 较低，及传媒狂轰滥炸式的宣传，对渔民极易产生误导，有的厂家则利用养殖者 “病急乱投药”的心理，造成这些药物广泛滥用【1 0 1 甜同时，农民使用防治农业 害虫的农药，有的能持续数年之久，随着降雨，也逐渐汇集到海水中，使海水中 的药物浓度也不断上升1 1 3 1 卯此外，重金属和饲料添加剂的滥用及生活的污水 和工业废水排放等，都会造成水体有害物质的积累，导致海水药物化程度不断 提高这些物质都直接损害了养殖生态环境，阻滞了动物的生长造成水产品的 质量下降同时，也会使细菌产生抗药性，给病害防治带来新的、更大的困难此 外，由于药物的使用，破坏了原有的生态平衡( 菌相被破坏) ，使本来十分脆弱的 生态系统更加脆弱f 1 扣拥。 1 2 养殖废水对水环境的危害 1 2 1 对养殖水体自身的污染 养殖中产生的所有残饵、残骸和排泄物都要在水体中分解并消耗溶解氧。 分解的产物主要成分为氨氮。从而使水中溶解氧减少，氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸 盐氮增加，水中孳生积累大量的病毒、细菌、浮游生物等微生物，引起水体自净 能力降低，导致水体富营养化或永质恶化，严重影响水产养殖。 如在以投饵为主的养殖模式下，残饵、粪便，n 、p 等富营养因子排入水体， 使养殖水体中化学需氧量( c o d ) ，生物耗氧量( b o d ) 严重超标，有的已超过国家 三类水质标准。据估计每生产1 屯虾可向水体中增加0 2 吨的n 元素和o 0 5 吨 的p 元素，其结果导致鱼虾病害频频发生，已成为影响我国水产养殖生物存活率 和产量的瓶颈【1 8 】。 经过一定时期的养鱼，池塘底就会淤积一定厚度的淤泥，使池塘原来的土 质对水质的影响逐渐减弱，并逐步被池塘淤泥所代替由于池塘下层氧气条件 养殖废水微生物脱氮研究 差，大量的残存饲料、有机物、死亡的生物体以及生物的排泄物等无法及时分 解而不断沉积，与泥沙混合，形成池塘淤泥【1 9 j 同时由于有机物氧化分解时耗氧 很大，造成下层水长期缺氧，致使下层氧债高，容易造成鱼类缺氧浮头，甚至泛 池死亡：而且有机物在厌氧条件下分解，会产生大量还原物质( 如有机酸、氨等) ， 使p h 下降，从而抑制鱼类生长，并危及鱼类生存，甚至会导致药物失效等问题 f 1 5 1 在这种不良环境中，动物抵抗力弱，新陈代谢能力下降，极易感染有害微生 物而发病：同时，由于池底温度相对稳定，有机物和营养元素丰富，为有害微生 物的繁殖提供了“温床”这些微生物大量繁殖，使养殖动物处于一个细菌丛生 的环境中，极易发生大趣模暴发性疾病瑚 2 复，但是，由于养殖条件的限制，不能 及时地清除池塘底部的沉积物，减少池底淤泥，因此，随着养殖的进行，养殖密 度的提高，池塘底部淤泥越集越多，有害物质和致病微生物也越来越多，对养殖 的危害也越来越大 传统的水产养殖主要靠投饵料或施肥来提高水产品产量。生产中产生的残 饵、残骸、渔体排泄物等使水产养殖产生自污染，尤其是随着养殖方式向集约化、 工厂化发展，养殖密度和投饵量大大增加，残饵量和渔体排泄物也相应增加，养殖 污染更趋严重。 1 2 2 对周围永环境的影晦 由于养殖区大部分位于风平浪静的池塘或湖泊，或者是近岸浅滩、港湾， 水体交换条件差，高密度的水产养殖很可能成为诱发水体富营养化和赤潮的一 个重要原因。 为增加单位面积养殖产量，养殖户多采用增加养殖密度，实行多投饵、多产 出的不合理养殖方式，缺乏科学管理，使养殖水体中剩余饵料大大增加。这些饵 料中含有大量溶解性有机物、无机氮和磷等营养物质，它们在水中溶解，以养殖 废水的形式排入周围水体。另外，养殖鱼、虾、贝类等的排泄物中含有大量溶解 性营养物质，如氨、尿素等，也以养殖废水的形式排入周围水体。如果养殖周围 的水体交换不畅，这些营养物质不能及时得到扩散或不能被其他生物所利用，它 们就会在水体中积累，使水体中营养物质浓度逐渐升高，局部水体出现富营养化， 4 养殖废水微生物脱氮研究 为赤潮生物大量繁殖和赤潮发生提供了物质基础【矧。 程育芝研究发现，人工水产养殖是湖泊富营养化限制因子的重要不定来 源，对南湖水体富营养化有着重要影响。7 、8 、9 月是南湖的丰水期，但2 0 0 0 年丰水期南湖水质最差，经调查是渔场为提高鱼产量从7 月开始至8 月向南湖 投放了几十吨的磷酸二氢钾、尿素和碳胺【纠。 大连市南部沿海的大面积裙带菜、贻贝养殖，使海域交换能力下降近4 0 ， 是导致该海域赤潮频发的原因之一，1 9 9 7 1 9 9 8 年，该市政府下决心在近岸砍了 部分台筏，使水质交换能力得到改善，2 0 0 0 年大连市南部沿海未发生赤潮【矧。 因此改善水产养殖水域环境已成为养殖业生产可持续发展的关键技术和 研究热点。 1 3 水产养殖废水中氮的存在形式及其危害 1 3 1 氮的存在形式 由养殖水体造成的污染特征来看，主要是有机物污染和n ，p 营养元素过剩， 对周围水体的影响是引发水体富营养化和近海赤潮。对养殖水体自身环境的影 响较大的氮化合物，会消耗水体中大量溶解氧，而且氨氮和亚硝酸盐对水产动 物具有较大的毒害作用。 水中氮的存在形态以过滤法分为颗粒态和溶解态，二者均包括有机氮和无 机氮有机氮有蛋白质、氨基酸、脂肪胺、氨基糖等含氮有机物，可溶性有机 氮主要以尿素和蛋白质形式存在，可通过氨化反应转化为氨氮。溶解的无机氮 主要由一些可溶的氨盐( 氨氮) 、硝酸盐和亚硝酸盐组成。 一般水体中，有效氮主要以n 0 3 n 的形式存在，而i n 吼+ - n 和n 0 2 。n 的含 量均较少，同时，有效氮的几种形态随季节会发生变化，而且各种形态之间的相互 转化，除受非生物活化和光活化的氧化还原作用外，主要为生物过程所控制瞵 ”。但是在养殖水体中，由于人为的干扰和介入，使得养殖水环境中氮的形态特 征和转化过程发生了很大改变。赵卫红、吴庆龙等f 2 0 】【2 8 】( 2 0 0 0 ，1 9 9 5 ) 分别 养殖废水微生物脱氮研究 对养殖水域氮的存在形态进行调查，发现养殖水环境中总氮主要以溶解态氮为 主，其中溶解有机氮为主要存在形式，而溶解无机氮中又以氨氮为主，而n 0 3 。n 、 n 0 2 - n 所占比例很小。这表明，养殖环境中相当一部分氮是以残饵、粪便等悬 浮物形式存在的。同时，在养殖水环境中，n h 4 + - n 和n 0 2 - n 的含量往往超过 n 0 3 - n1 2 ”3 3 l ，有时甚至单n i - h + - n 一项已远远超过n 0 3 - n , 特剔是在8 9 月份 高温期间，氨氮的含量可构成有效氮的主要成分( 5 0 9 0 ) m ，这主要是因为 养殖生物产生的大量排泄物中含有较多的。同时，由于养殖水体中d o 一般较低， 导致水体中硝化作用减弱而生成n h 4 + - n 和n o f 埘的缘故。在养殖水体中，有 效氮随时间的季节交化已不再受季节的影响，面主要为养殖活动所控制。 1 3 2 氮的危害 在评价养殖水质的多项指标中，氨氮和亚硝酸盐尤为突出。氨氮和亚硝酸 盐是水产养殖的水体中化合态氮的两种存在形式，对动物均有较大的毒性。水 中氨浓度过高，会对鱼虾体内酶的催化作用和细胞膜的稳定性产生严重影响， 并破坏排泄系统和渗透平衡。水中亚硝酸盐浓度过高，会影响鱼虾体内氧的运 输、重要化合物的氧化及损坏器官。而且，随养殖时间的延长，养殖密度的增 大，水体中氨氮和亚硝酸氮是不断上升的，这也是造成养殖病害频繁发生的重 要原因之一1 3 5 】。 一般说来，水产养殖生态系统中的氨氮来自三个方面：一是鱼类新陈代谢 的产物：另一种是水体中有机物经细菌分解的产物；最后一种是水体中所施的氮 肥。水体中的氮氮以两种形式存在：非离子氨和铵离子) ，两者之问 的平衡关系是由p h 值和水温直接调整，当p h 值和水温升高时，非离子氨所 占的比例将增大，例如p h 值从8 升到9 时，非离子氨将增加7 倍，非离子氨 对鱼类有很强的毒性，当浓度达到o 0 2 毫克升时就会引起鱼类慢性应激，达 到0 0 5 毫克，升时会引起鱼类急性应激，而达到0 4 毫克升时鱼类已经开始死 亡。这是因为非离子氨有相当高的脂溶性，能穿透细胞膜毒害细胞，最终可损 害腮、肝等组织。研究发现，高浓度的氨氮对虾有致死作用，是发病的诱因之一 低浓度的氨氮对养殖动物有胁迫作用，可增加对氧的消耗，降低动物自身氨氮 6 养殖废水微生物脱氮研究 的排泄同时，还会造成血细胞数目下降，对p o 、s o d 、p o d 等多种酶产生抑制作 用，使溶菌、抗菌能力降低，提高了对致病菌的易感性i 3 6 】。 亚硝酸盐的毒性在于它会破坏红血球，使血液的供氧能力逐渐丧失，并使 鱼类的肝、脾脏和肾脏的功能不彰，导致鱼类的体力衰退、精神不佳，因此而 容易感染各种疾病。这种现象只要亚硝酸盐的浓度含量高于0 1 5 毫克升就会 产生，只不过仍依鱼种不同而异。亚硝酸盐对鱼类等水生生物是有一定毒害作 用的，只不过它的毒性要比氨小得多，致命的浓度含量为1 0 - 2 0 毫克升，也 就是说一般水生生物必须要接触到这个浓度的亚硝酸盐后，才会造成中毒而迅 速死亡。但在环境中，亚硝酸盐不可能累积到这么高的浓度含量，这是因为亚 硝酸盐很不安定，在含氧的水域中很容易被氧化为硝酸盐。虽然如此，却并不 表示亚硝酸盐不可怕。低浓度含量的亚硝酸盐经常使鱼类等水生生物的抵抗力 降低，而容易感染各种疾病。亚硝酸盐可以使血红蛋白变为高铁血红蛋白，失 去携带氧气的机能，造成组织缺氧，从而削弱动物抗病原体能力，影响生长，为 致病菌入侵创造了条件1 3 7 1 。 硝酸盐是硝化反应的最终产物。硝化反应是由好氧性硝化细菌进行一串的 氧化作用，将氨转变为亚硝酸盐。再由亚硝酸盐氧化为硝酸盐。硝酸盐含量不 高时( 3 0 0 毫克升以下) ，除了极少数对硝酸盐极度敏感的的水生物可能有害 之外，硝酸盐不仅对水中生物没有直接的毒害作用，而且也是水草最重要的养 分之一。 硝酸盐有可能又因为还原反应，将有毒的亚硝酸盐及氨重新给还原释放出 来。如果，硝酸盐的含量很多，还原反应就会被催化而加速进行，当其进行的 速度高于硝化作用时，有毒的亚硝酸盐和氨的累积就势不可免，于是，形成水 中生物的中毒现象；硝酸盐的积累会影响鱼体的渗透压和血细胞的运氧能力， 特别是引起鱼体色泽和肉质下降，而且可以造成水体富营养化，蓝绿藻类疯长， 使水体缺氧，水质恶化。水质中的硝酸盐的含量也是必须进行严格检测、控制 的。 7 养殖废水微生物脱氮研究 1 4 养殖水体氨污染控制措施 基于水资源利用和水资源保护的双重考虑，采取措施控制养殖水体中的氮 污染并对养殖水体加以循环利用，是目前养殖水体污染控制研究的热点。城市 污水和工业污水中氮的去除都有相对完善的处理王艺和处理方法，养殖废水处 理方面研究则不够深入。综合国内外的养殖水氮污染控制措施，主要有如下方 法。 1 4 1 采取科学合理的饲喂技术，控制氮营养元素的输入 因鱼类所食饵料的7 0 一8 0 以废弃物( 主要是有机物和氮磷) 的形式排 入水中【嚣】，因此提高饵料的利用率是控制养殖污染的一个重要环节。 进一步提高饲料加工工艺水平，通过合理的加工方法，提高饲料中各种营养 成分的有效性、消化吸收率与利用率，这同样对减少氮磷的排放、降低水产养殖 对水体环境的污染起至n 关键的作用。饵料颗粒的大小对鱼类的采食量以及饲料 的有效利用率同样有较大的影响。无论是硬颗粒饲料还是膨化饲料，颓粒过大， 影响鱼类吞食；颗粒过小，将增加鱼类摄食时间，这两种情况都会导致饲料在水中 停留时间过长，造成饲料营养成分的流失或浪费。因此应根据不同的养殖品种以 及不同的生长阶段及时调整饵料的颗粒大小。 低含氮有机物污染饲料的开发。开发这种饲料的目的是明显促进鱼类对氮 和能量的保留，即提高养殖鱼类对营养物质的利用率，降低含氮废物的产生。 应根据不同的养殖品种使用具有较高消化利用率的原料，提高饲料中碳水化台 物及脂肪的供能作用。对鱼类来说，蛋白质是最主要的能源物质，它以糖元异生 的方式转化为血糖，这比直接从食物中的碳水化合物转变为血糖要快得多，蛋白 质虽然可以作为鱼类的能源，但它并不是一个商效的能源，因为蛋白质中约1 6 是氮，不能用于能量，而以氨、尿素等形式被排出体外，进入养殖水体，这将造成水 体中氮的蓄积，从而严重影响到水体环境，因此，如何提高饵料中碳水化合物及脂 8 茎堕壅查塑生塑堕壅堡塞 肪的供能能力，对减少蛋白质作为能源被消耗，降低氮的排放起到重要的作用。 水产动物饲料中使用适当和适量的碳水化合物对蛋白质的节约能够起到良好 的效果。适当提高脂肪在饲料中的比例和提高脂肪的供能能力同样能够提高蛋 白质的利用率。 采用立体养殖的方式，特别是投喂沉性颗粒饵料时，放养适量的底层生活的 鱼、虾、贝类将有助于减少饵料的浪费，增加养殖效益，降低水体污染。从饵料 的形式方面考虑。根据主养殖品种与搭配养殖品种的生活习性，变以往的单一投 喂沉性颗粒饵料为投喂浮性颗粒饵料，或同时投喂沉性颗粒饵料和浮性颗粒饵 料，并在投喂之前进行过筛，可防止饵料的流失而造成污染水体【3 9 1 。 1 4 2 物理方法 ( 1 ) 网栏通常在水源进水口设置栅栏或筛网，来清除粪便、残饵和悬浮 物，用于养殖水的循环利用、幼体孵化等。 ( 2 ) 沉淀在养殖区进水口设置沉淀处理池，借助沉降作用将水中的悬浮 物分离出来，尤其当迸水浑浊度大，养殖面积相对较大时，更应设置沉淀池， 并在池中栽植水草，提高截留效果。 ( 3 ) 过滤使养殖水体通过具有孔隙的粒状滤层( 石英沙、煤渣、砾石等) ， 使水体中的悬浮物被截留下来。通常根据养殖用水的要求和用水量，设计滤池 的功能和规模，生产中常采用正滤池和反滤池并用。在名贵水产品人工繁殖生 产和设施渔业中，应增加生物过滤功能删。 ( 4 ) 进行水体深层曝气、定时进排水：通过深层曝气，将池底因缺氧而产 生的硫化氢、氨氮等有毒有害物质氧化为硫酸盐、硝酸盐等，并转化为植物所 需的营养。同时也可改善底部缺氧的状态。 1 4 3 化学方法 ( 1 ) 药物消毒法 9 养殖废水微生物脱氮研究 常见的药物有生石灰、氯化物等。生石灰是最佳水质调节剂，它能中和过 量酸，沉淀有毒重金属离子，提高水体p h 值、硬度、碱度、底质盐基饱和度， 促进水体中有机物、悬浮物凝聚，减少水体中有机物的好氧，促进固氮、脱氮， 对一些毒物起到一定的拮抗作用。此外，用e d t a 钠盐去除重金属离子，用熟 石灰、苏打使硬水软化，用明矾、硫酸铝、硫酸囊铁、三氯化铁去除胶体颗粒 等在工厂化育苗、养殖生产中也是常用的化学处理方法。 ( 2 ) 氧化消毒 氧化处理印用臭氧、高锰酸钾、次氯酸等氧化剂对废水中的有机物质加以 氧化的方法目前国内研究较多的是臭氧在营辩臭氧处理技术已趋成熟。炱氧 消毒不受水中氨氮含量及p h 值的影响，高效、快速、消毒时间短( 1 1 0 m i n ) ， 且不增加水体中盼固形物，有利于循环用水。氯化物中新兴的二氧化氯在水 中的氧化还原电位为1 5 0 v , 是一种较安全有效的消毒剂。 1 4 4 生态型养殖 推行生态养殖和换茬养殖：积极推行生态养殖措施，推广稻田养殖、茭白 养殖、莲田养殖等技术，营造适应水生动物生长的生态因子，确保合理的放养 密度，适当降低产量，以减轻池塘的生物承载力，减少水生经济动物自身对其 生存环境的影响和破坏；适度套养滤食性鱼类如花自鲢和异育银鲫，以清除残 饵，净化水质。鱼菜共生、鱼藻共生系统【4 2 j 。近年来，美国、丹麦、日本和我 国等国家，发展了鱼菜共生、鱼藻共生系统。利用养殖肥水培育蔬菜、花卉、 水果、藻类，既能最大陋度地提高水产品和蔬菜的产量，又能净化水质，把污 染降至最低程度，从而形成小环境生态系统良性循环。美国布林汉扬大学的s 克莱教授曾对商业性水产养殖与鱼菜共生系统作了经济比较，认为鱼菜共生系 统不仅在技术上而且在经济上都是可行的，具有很大的开发价值。 在水质污染严重的池塘，可采用换茬养殖的方法，如种植浅水藕、菱角、 栽稻、种麦与养殖轮作，每2 3 年轮作一次，利用生物问相互作用来达到减 轻污染的目的【4 3 】。 养殖废水微生物脱氮研究 1 4 5 生物脱氮方法 国内外含氮废水的处理方法，主要有吹脱法、汽提回收法、化学沉淀法、离 子交换法、电化学氧化法和折点加氯法等，各种方法都存在一些问题，诸如处理 效果不佳，工艺复杂，工况难以掌握和处理成本偏高。而近年来研究较为活跃的 生物脱氮法由于其经济有效，引起了广泛关注。生物脱氮技术充分利用天然水 体的自净能力，采取一定的措施创造有利于微生物生长繁殖的环境，从而提高 微生物对污染水体的净化效率。该方法具有能耗低，投资省，处理效果较好等 特点，而且能使污染水体的自净能力逐渐恢复，可以从根本上解决水质污染的 问题，对推动我国水产养殖业的可持续发展具有重大意义。 ( 1 ) 投菌技术 直接向污染水体中投加人工培养的污染降解菌，利用投加的微生物来降解 水体中的污染物，投加的微生物也可激活水体中原本存在的、具有自净能力但 被抑制的微生物，使它们迅速增殖，有力钳制有害微生物的生长活动，从而消 除水体的富营养化和黑臭，而且对底泥具有一定的硝化作用。常用于水产养殖 的细菌主要有e m 菌、光合细菌、硝化细菌等。 李平等( 2 0 0 2 ) 开展了e m 菌在罗氏沼虾养殖中的应用试验，发现施用e m 菌能抑制和消灭病原微生物，有效分解氨、硫化氢等有害物质，净化水质，改 善养殖环境，提高虾产量和品质。 辛福言等( 2 0 0 2 ) 进行了虾池环境生物修复作用菌的模拟应用研究，发现 筛选出的作用菌可以在虾池环境中生长繁殖，快速降解虾池中的有机物，并且 对养殖对虾没有毒害作用【4 5 】。 ( 2 ) 好氧生物处理方法 好氧生物处理方法主要包括活性污泥法和生物膜法。活性污泥法是利用活 性污泥中的微生物在好氧条件下，利用有机物开始生长，有机物部分被微生物降 解，水体中c o d 和b o d 得到降低。活性污泥法在大规模水处理工厂中是最常 用的一种废水处理方法，还结合其他方式以提高处理效果、改善出水水质。 生物膜法则是渔业废水处理上较新的一种处理方法，是通过生长在填料表 养殖废水微生物脱氮研究 面的生物膜进行工作的。在水处理上起主要作用的生物膜由水、微生物、细胞 外粘多糖聚合物和缩多氨酸聚合物等组成。研究表明，生物膜不是连续的层状结 构，而是附着在一起的堆体或群藻的随机组合，这些堆体或群落周围存在许多通 道，水和捕食的原生动物可以通过这些通道移动。目前使用较多的有滴滤式生物 滤床、浸没式生物滤床、生物转盘等，研究盼热点是序批式反应器、生物流化床、 升流式污泥床的反应器、膜生物反应器、接触式生物滤池、脉冲生物过滤器， 这些反应器在一定的条件下，都是有效的和先进的。同着生物膜的滤料在生物膜 形成之前主要起物理过滤作用，随着生物膜的生长逐步转为生物过滤作用。并且 过滤的有机颗粒粒径越来越小，氨氮、亚硝氮等有毒物质也被硝化细菌利用，出 水水质越来越好。 国外很多工厂化养鱼场已经大量采用生化手段治理养殖水体污染，去除养 殖过程中有害的氮化合物，并取得耗水量少，养殖密度高，产量大的效果，净 化技术应用较多的是生物膜法，包括生物转盘、生物接触氧化池，生物滤池等 【】。 国内对生物膜法处理养殖废水也有较多研究。江伟等进行了利用生物转盘 处理养殖废水中氨氮的研究，研究发现生物转盘适合超低浓度c o d 污染的养 殖废水处理，实现废水循环利用，减轻养殖内外环境的污染m 。 李秀辰等【删( 2 0 0 b ) 开展了对集成生物净化系统用于鱼池水质控制的初步试 验研究，发现由生物膜和水生植物组成的生物净化系统在养鱼水体的净化方 面，有明显的优势互补和净化作用。系统连续运行9 天不换水，水体中氨氮和 有机物指标一童保持在理想水质指标内( 氨氮保持在0 3 m g t 以下) ，鲍鱼生长 良好。 ( 3 ) 其它生物技术 固定化微生物技术( i m m o b i l i z e dm i c r o o r g a n i s m s 简称i m o ) 、膜生物反应 器处理技术( m e m b r a n eg i o r e a c t o r 简称m b r ) 、微生态制剂法是近年来兴起的 生物处理技术，对养殖废水中氮的去除效果要优于传统工艺。 固定化微生物单级脱氮技术可分为三种工艺：分层包埋、混合包埋和碳源 循环固定工艺。其中通过聚乙烯醇( p v a ) ，海藻酸钠，光致交联树脂等多聚 体化合物将硝化菌和反硝化菌混合包埋工艺是生物脱氮中最常见的固定化方 式。 黄正等( 2 0 0 2 ) 研究了固定化硝化细菌去除养殖废水中氨氮的效果，研究发 现固定化硝化细菌对养殖废水中n h 4 + - n 去除率达8 2 5 ，c o d 去除率达7 4 9 ，固定化硝化细菌去除养殖废水中的n h 4 + - n 具有良好的应用前景m 。 1 5 生物脱氮处理 1 5 1 传统的生物脱氮途径 生物脱氮是污水中的含氮有机物，在生物处理过程中被异养型微生物氧化 分解，转化为氨氮，然后由自养型硝化细菌将其转化为n 0 3 , 最后再由反硝化 细菌将n 0 3 - i 丕原为n 2 ，从而到达脱氮的目的。 ( i ) 氨化反应 在未经处理的新鲜废水中，含氮化合物主要是以有机氮，如蛋白质、尿素、 胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式存在的，此外也含有少数的氨态氮， 如n h 3 及n h 4 + 等。 在氮化菌的作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮，以氨基酸为例， 其反应式为： r