海水循环水养殖系统中的生物脱氮技术浅析

张婷

摘 要 海水循环水养殖所排放的废水中包含着高浓度的含氮化合物，对水产养殖安全和水环境质量造成严重的危害。传统的脱单技术存在着很多方面的问题，如成本高、工艺复杂等。生物脱氮技术作为水处理的一项重要技术，在废水的处理等方面得到广泛的应用。通过对该项技术在海水循环水养殖系统中的应用进行分析，为提高我国海水循环水养殖提供参考的依据。

关键词 海水循环水；养殖系统；生物脱氮

中图分类号：X714 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2016）09--02

随着海水养殖业的逐渐发展，海水养殖对周边环境的影响也普遍受到关注。据相关数据显示，海水养殖系统中的52%～95%氮、85%磷等固体饵料最终可以分解成常见的污染物——含氮废物。含量含氮的废物在水中形成三氮：氨氮、亚硝酸氮以及硝酸氮，这些废物的长期积累对养殖对象的生长起着严重的抑制作用，这也是养殖水域中爆发疾病的重要原因之一。海水循环水养殖系统作为一项先进的养殖技术，其核心是水处理技术。海水循环水养殖技术中的生物净化系统具有高效率、稳定性等特点，为养殖提供了有益的环境。

1 生物脱氮技术的基本原理

海水循环是养殖系统中存在着大量的废水，且其中包含着许多的氮废物，如有机氮、硝态氮等，其中占据庞大比例的要数氨氮和有机氮。在利用生物技术处理废水的过程中，主要通过异养微生物对有机氮进行生物氧化分解，将氮废物转化为气体的形式，通过氨化作用转化成氨氮，在经过处理后转化成硝酸氮和亚硝酸氮，经过反硝化技术成为氨气释放到大气中。因此生物脱氮技术实现了氨化、硝化和反硝化的3个步骤之间的转换，其关键技术在于硝化和反硝化。

2 海水循环水养殖系统脱氮工艺

2.1 常用海水循环水生物脱氮工艺

由于海水中含盐量度与养殖废水的贫营养化，增加了养殖废水脱氮技术的处理难度。因此海水循环养殖脱氮工艺的选择需要考虑多方面的因素。图1为海水循环水处理的工艺流程。

由于贫营养的海水养殖废水多采用生物膜法进行处理，其中最为常见的就是生物滤池、生物转盘等，而A/O、SBR等活性污泥法的应用比较少。海水循环水生物脱氮技术的速率为1.4～100.0 mg/（h·L），其速率与反应器的结构、填料类型等相关。因此在具体的处理中可以通过优化反应器的结构，填料等方式来减少反应器的有效容积，保障填料均匀分布，提高脱氮的效率[1]。

2.2 同步硝化/反硝化脱氮

传统生物脱氮要经过硝化后在进行反硝化，因此在此过程中需要在两个隔离的反应器中进行，或者时间和空间上形成交替循环的缺氧和好氧环境。传统的生物脱氮工艺主要是有前置反硝化和后置反硝化两个过程。前置反硝化主要利用废水中易降解的有机物作为碳源而实现反硝化。虽然这样可以节约反硝化阶段外加碳源的费用，但是目前前置反硝化工艺取出氮不彻底，因此在实际的工艺过程中需要进行大循环比，相应的增加了能耗。后置反硝化主要依赖于外加快速易降解有机碳源的投入，这样会产生大量的污泥，能够将水中的COD和低水平的DO，从而提高水质。因此传统生物脱氮工艺的流程较长，且投资较高，需要外加碱度来维持系统的酸碱平衡[2]。近年来随着同步硝化/反硝化工艺的逐渐发展，生物脱氮技术在海水循环水养殖中发挥着巨大的作用和价值。

近年来，随着好氧反硝化菌和异养消化菌的发现，国内外的不少实验中逐渐应用硝化和反硝化，并且存在于不同的生物处理系统中，如流化床反应器、生物转盘等，可以在同一反应器内进行硝化和反硝化反应，并且具有曝气量减少、降低能耗以及缩短反应时间等诸多优良的特点。

2.3 影响生物脱氮的因素

硝化作用是影响生物脱氮的一个重要的影响因素。其影响因素主要有温度、酸碱度、溶解氧等。在生物硝化系统中，硝化菌对温度感应十分强烈，硝化菌的正常生理代谢温度为5～35 ℃范围内，如果超过或者低于这个温度，硝化菌就失去正常的代谢活动。硝化菌对酸碱度也十分的敏感，最佳的酸碱度为8.0～8.4.在最佳的酸碱度下，硝化的速度以及硝化菌能够达到最理想的状态。硝化反应中电子受体为氧，反应器内的硝化进程受溶解氧高低的影响十分大。溶解氧在活性污泥法系统中的用量一般为1.5～2.0 mg/L，铜梁过高或者过低都发挥不到良好的硝化作用。为了促进硝化菌群能够在连续性在反应器中实现长期的存活，一般微生物在反应器中停留的时间要比自养型硝化菌的最小时代时间低，否则消化菌的流失率将会大大增加。为了使消化菌从系统中消失，除了重金属外，高浓度氨氮、高浓度硝酸盐等对硝化反应也起着抑制的作用。

反硝化作用主要受温度、溶解氧以及酸碱度等因素的影响。反硝化细菌虽然对温度的敏感性低于硝化菌，但随着温度的变化，反硝化菌也会呈现与之相对应的多样性。温度的高低影响着反硝化菌的反应速率。在35℃的温度下，反硝化的速率会逐渐增大，当温度降低时，反硝化的速率也会明显的降低。酸碱度对反硝化也具有一定的影响。反硝化最佳的酸碱度为6.5～7.5，在这样的酸碱度下。反硝化的速率最高，如果超出或者低于这个范围内，反硝化的速率就会大大下降。反硝化菌在厌氧的条件下，电子受体为NOx-N，电子供体为有机物。因此碳源是反硝化过程 中必备的物质，进水的C/N对生物脱氮除氮的效果有直接的作用。一般BOD/TKN=3-4有机物越充分，反应的速度越快，如果低于这个范围，则需要增加碳源，这样才能够提高脱氮的效率。因此在生物脱氮技术中，碳源作为重要的物质，对反硝化作用起着重要的影响。研究表明乙醇是生物脱氮技术的有效外加碳源，近年来利用内源性碳源的方法也逐渐广泛，也就是利用海洋循环水养殖系统中的含碳物质，如粪便、水解产物作为电子供体。

3 结语

生物脱氮技术在海循环水养殖系统中具有广阔的应用前景，在实际的运用过程中要不断地进行升级和改造，发挥生物脱氮技术在海水循环水养殖系统中的重要作用，为水产养殖提供一个健康良好的环境。

参考文献

[1]志斐，王广军，陈鹏飞，等.生物浮床技术在水产养殖中的应用概况[J].广东农业科学，2013（3）：106-108，114.

[2]许育新，孙鹂，喻曼，等. 同步硝化反硝化脱氮在水产养殖废水处理中的应用[J].浙江农业科学，2015（7）：1119-1121.

（责任编辑：刘昀）