海水循環水養殖系統中的生物脫氮技術淺析

張婷

摘 要 海水循環水養殖所排放的廢水中包含著高濃度的含氮化合物，對水產養殖安全和水環境質量造成嚴重的危害。傳統的脫單技術存在著很多方面的問題，如成本高、工藝復雜等。生物脫氮技術作為水處理的一項重要技術，在廢水的處理等方面得到廣泛的應用。通過對該項技術在海水循環水養殖系統中的應用進行分析，為提高我國海水循環水養殖提供參考的依據。

關鍵詞 海水循環水；養殖系統；生物脫氮

中圖分類號：X714 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2016）09--02

隨著海水養殖業的逐漸發展，海水養殖對周邊環境的影響也普遍受到關注。據相關數據顯示，海水養殖系統中的52%～95%氮、85%磷等固體餌料最終可以分解成常見的污染物——含氮廢物。含量含氮的廢物在水中形成三氮：氨氮、亞硝酸氮以及硝酸氮，這些廢物的長期積累對養殖對象的生長起著嚴重的抑制作用，這也是養殖水域中爆發疾病的重要原因之一。海水循環水養殖系統作為一項先進的養殖技術，其核心是水處理技術。海水循環水養殖技術中的生物凈化系統具有高效率、穩定性等特點，為養殖提供了有益的環境。

1 生物脫氮技術的基本原理

海水循環是養殖系統中存在著大量的廢水，且其中包含著許多的氮廢物，如有機氮、硝態氮等，其中占據龐大比例的要數氨氮和有機氮。在利用生物技術處理廢水的過程中，主要通過異養微生物對有機氮進行生物氧化分解，將氮廢物轉化為氣體的形式，通過氨化作用轉化成氨氮，在經過處理后轉化成硝酸氮和亞硝酸氮，經過反硝化技術成為氨氣釋放到大氣中。因此生物脫氮技術實現了氨化、硝化和反硝化的3個步驟之間的轉換，其關鍵技術在于硝化和反硝化。

2 海水循環水養殖系統脫氮工藝

2.1 常用海水循環水生物脫氮工藝

由于海水中含鹽量度與養殖廢水的貧營養化，增加了養殖廢水脫氮技術的處理難度。因此海水循環養殖脫氮工藝的選擇需要考慮多方面的因素。圖1為海水循環水處理的工藝流程。

由于貧營養的海水養殖廢水多采用生物膜法進行處理，其中最為常見的就是生物濾池、生物轉盤等，而A/O、SBR等活性污泥法的應用比較少。海水循環水生物脫氮技術的速率為1.4～100.0 mg/（h·L），其速率與反應器的結構、填料類型等相關。因此在具體的處理中可以通過優化反應器的結構，填料等方式來減少反應器的有效容積，保障填料均勻分布，提高脫氮的效率[1]。

2.2 同步硝化/反硝化脫氮

傳統生物脫氮要經過硝化后在進行反硝化，因此在此過程中需要在兩個隔離的反應器中進行，或者時間和空間上形成交替循環的缺氧和好氧環境。傳統的生物脫氮工藝主要是有前置反硝化和后置反硝化兩個過程。前置反硝化主要利用廢水中易降解的有機物作為碳源而實現反硝化。雖然這樣可以節約反硝化階段外加碳源的費用，但是目前前置反硝化工藝取出氮不徹底，因此在實際的工藝過程中需要進行大循環比，相應的增加了能耗。后置反硝化主要依賴于外加快速易降解有機碳源的投入，這樣會產生大量的污泥，能夠將水中的COD和低水平的DO，從而提高水質。因此傳統生物脫氮工藝的流程較長，且投資較高，需要外加堿度來維持系統的酸堿平衡[2]。近年來隨著同步硝化/反硝化工藝的逐漸發展，生物脫氮技術在海水循環水養殖中發揮著巨大的作用和價值。

近年來，隨著好氧反硝化菌和異養消化菌的發現，國內外的不少實驗中逐漸應用硝化和反硝化，并且存在于不同的生物處理系統中，如流化床反應器、生物轉盤等，可以在同一反應器內進行硝化和反硝化反應，并且具有曝氣量減少、降低能耗以及縮短反應時間等諸多優良的特點。

2.3 影響生物脫氮的因素

硝化作用是影響生物脫氮的一個重要的影響因素。其影響因素主要有溫度、酸堿度、溶解氧等。在生物硝化系統中，硝化菌對溫度感應十分強烈，硝化菌的正常生理代謝溫度為5～35 ℃范圍內，如果超過或者低于這個溫度，硝化菌就失去正常的代謝活動。硝化菌對酸堿度也十分的敏感，最佳的酸堿度為8.0～8.4.在最佳的酸堿度下，硝化的速度以及硝化菌能夠達到最理想的狀態。硝化反應中電子受體為氧，反應器內的硝化進程受溶解氧高低的影響十分大。溶解氧在活性污泥法系統中的用量一般為1.5～2.0 mg/L，銅梁過高或者過低都發揮不到良好的硝化作用。為了促進硝化菌群能夠在連續性在反應器中實現長期的存活，一般微生物在反應器中停留的時間要比自養型硝化菌的最小時代時間低，否則消化菌的流失率將會大大增加。為了使消化菌從系統中消失，除了重金屬外，高濃度氨氮、高濃度硝酸鹽等對硝化反應也起著抑制的作用。

反硝化作用主要受溫度、溶解氧以及酸堿度等因素的影響。反硝化細菌雖然對溫度的敏感性低于硝化菌，但隨著溫度的變化，反硝化菌也會呈現與之相對應的多樣性。溫度的高低影響著反硝化菌的反應速率。在35℃的溫度下，反硝化的速率會逐漸增大，當溫度降低時，反硝化的速率也會明顯的降低。酸堿度對反硝化也具有一定的影響。反硝化最佳的酸堿度為6.5～7.5，在這樣的酸堿度下。反硝化的速率最高，如果超出或者低于這個范圍內，反硝化的速率就會大大下降。反硝化菌在厭氧的條件下，電子受體為NOx-N，電子供體為有機物。因此碳源是反硝化過程 中必備的物質，進水的C/N對生物脫氮除氮的效果有直接的作用。一般BOD/TKN=3-4有機物越充分，反應的速度越快，如果低于這個范圍，則需要增加碳源，這樣才能夠提高脫氮的效率。因此在生物脫氮技術中，碳源作為重要的物質，對反硝化作用起著重要的影響。研究表明乙醇是生物脫氮技術的有效外加碳源，近年來利用內源性碳源的方法也逐漸廣泛，也就是利用海洋循環水養殖系統中的含碳物質，如糞便、水解產物作為電子供體。

3 結語

生物脫氮技術在海循環水養殖系統中具有廣闊的應用前景，在實際的運用過程中要不斷地進行升級和改造，發揮生物脫氮技術在海水循環水養殖系統中的重要作用，為水產養殖提供一個健康良好的環境。

參考文獻

[1]志斐，王廣軍，陳鵬飛，等.生物浮床技術在水產養殖中的應用概況[J].廣東農業科學，2013（3）：106-108，114.

[2]許育新，孫鸝，喻曼，等. 同步硝化反硝化脫氮在水產養殖廢水處理中的應用[J].浙江農業科學，2015（7）：1119-1121.

（責任編輯：劉昀）