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进一步吸附、分解污水中的有机物，直至最后形成一层将载体完全包裹的成熟生物膜[39]。生物膜的形成与载体的性质（粒径、表面电荷、表面粗糙度、级配、强度等有关）和菌种密切相关。 （2）载体
载体比表面积大，单位体积的生物量较高，并且由于水流剪切力及颗粒间碰撞摩擦等原因，形成的生物膜厚度较小，活性大，生化反应速度较高[40]。目前常用的载体有：沙子、碎石、砂砾、塑料蜂窝、陶粒、弹性填料、焦炭、炉渣、石棉瓦等。Thomas Losordo等[41]采用农副产品如（木片、小麦皮）等作为载体，以塑料球作为对照组，实验表明。价格相对低廉的农副产品效果较好；何洁[42]等采用沙子、活性炭与沸石作为生物滤器的载体对牙鲆养殖废水进行处理，它们对废水的平均氨去除率为34.79g/(m3.d)、35.6 g/(m3.d)和36.17 g/(m3.d)，其中沸石的效果最好；生物流化床采用的载体一般为：粒径0.1-0.6mm的砂粒[43]和粒径小于0.5mm的膨胀土[44]以及用颗粒活性炭（GAC）[45]或者颗粒污泥作为载体的。采用GAC为载体可以利用生物处理和吸附作用来联合去除污水中的有机物，采用颗粒物你作为载体，则可以维持很高的生物量浓度。 （3）菌种
最初建立的生物滤器往往因为缺乏足够数量的硝化细菌，不具备完全的硝化能力，都应进行生物滤器的培养及驯化，才能放养生物。由于硝化细菌的生长率比较低，所以在一个新建海水生物滤器形成良好的硝化能力所需的时间很长。研究者发现，生物滤器氨氮氧化成亚硝酸氮最终氧化成硝酸氮，在21℃-26℃时需要28-60d[46，47]。罗国芝等[48]对新建海水生物滤器中接种入已稳定生物滤器的滤料、表层土壤都可以明显加速系统建立硝化作用，加入三种商业“超级硝化菌”和取自城市废水处理厂的活性污泥则并加速新建海水生物滤器的稳定。开发硝化细菌的富集技术，提高硝化细菌的产率，在养殖废水处理中具有重大的意义。屈计宁等[49]用提高基质浓度的方式大幅度提高了硝化细菌的含量，当温度为30℃、pH为6.5-8.0、DO〉2mg/L时，经过12-13周的富集培养每克污泥中硝化菌的数量是未经富集处理的12.5-20倍；张玲华等[50]研究结果表明经富集后的消化细菌的氨氮去除率由原来的54%提高到86%。同时，将具有硝化作用或反硝化作用的细菌固定化作为处理养殖废水的新技术已经受到越来越多的各国学者的重视[51]。吴伟等[52]采用PVA包埋固定的沼泽红假单胞菌、诺卡式菌和假丝酵母菌3种菌株。研究其对养殖水体中NH4+-N和NO2--N转化作用，研究表明菌种经固定后对养殖水体中NH4+-N和NO2--N的转化效率明显优于其游离细胞。Shan等[53]利用固定化的硝化细菌去除对虾养殖池中高浓度的氨氮，结果表明固定化细胞能有效去除养殖池中的总氨氮，去除率高达20mg/L,即使投入的固定化颗粒密度较小，也能获得较高的总氨氮去除率。 （4）生物脱氮的新工艺
传统的生物脱氮工艺如活性污泥法脱氮工艺，主要是根据微生物的普遍生长规律，硝化作用由一类自养好氧微生物完成。它包括两步：第一步为亚硝化过程，第二步为硝化过程。反硝化反应有一群异养型微生物完成，将亚硝酸盐或硝酸盐还原称气态氮或一氧化二氮。A/O工艺、A2/O工艺、UCT工艺等。目前研究表明：生物脱氮过程中出现了一些新的现象，如硝化过程也可由异养菌参与[54]；而有反硝化菌在好氧的条件下也可进行反硝化作用[55]；一些学者在实验室中还发现厌氧反应器中NH3-N减少的现象[55-58]。从而研究和发展了一些新的脱氮工艺。 1）短程硝化反硝化
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也称亚硝酸硝化/反硝化，是将硝化过程控制在亚硝酸盐的形成阶段，造成亚硝酸盐的积累，然后再进行亚硝酸的反硝化。具有几个主要的优点：a.节约了25%左右的需氧量，降低了能耗；b.减少了40%左右的有机碳源，降低了运行费用[59]； c.节省了50%的反硝化反应的容积。然而，实现短程硝化反硝化的成功报道并不多见，由荷兰Delft技术大学开发的脱氮新工艺[60]即：SHARON工艺是利用在高温(30～35℃)下亚硝酸菌的比增长速率大于硝酸菌这一微生物动力学特性来实现短程硝化反硝化生物脱氮工艺. 而对于大多数污水处理工程来说,大水量升温并保持在30～35℃很难实现。高文大[61]等系统研究了温度和曝气时间对短程硝化反硝化生物脱氮工艺稳定性的影响. 结果表明,反应器内温度只有超过28 ℃时,利用温度实现的短程硝化反硝化生物脱氮工艺才能稳定地运行;另外,首次发现过度曝气对短程硝化影响较大,在过度曝气条件下运行12d,硝化类型就由NO-2-N累积率为96 %的短程硝化转变为NO-2-N累积率为39.3 %的全程硝化. 因此,为使短程硝化反硝化生物脱氮工艺稳定、永久地运行必须实现该工艺的实时控制。 2）同时硝化反硝化（SND）
硝化反应和反硝化反应可以在同一操作条件下与同一反应器内进行，称为同步硝化反硝化现象（Simultaneous Nitrification and Detrification）简称SND。同时硝化反硝化的机理可归结为：1.微观环境，在微生物絮体或者生物膜内由于氧扩散的限制，会形成溶解氧的梯度，微生物絮体或生物膜的外表面溶氧浓度高，以好氧硝化菌及氨化菌为主，深入絮体内部，反硝化菌占优，从而形成有利于实现同步硝化反硝化的微环境[62]；2.生物化学理论，好氧反硝化细菌和异养硝化细菌的发现，打破了传统认为的脱氮反应只能由厌氧反硝化细菌和自养硝化细菌来参与反应的观点。目前已知的Pseudomonas Spp、Alcaligenes faecalis、Thiosphaera pantotropha等 既是好氧反硝化菌又是异养硝化菌，能够直接将NH4+直接氧化成N2逸出[63]。具有几个主要优点：a.硝化过程中碱度被消耗，而同时的反硝化过程中产生了碱度，能有效地保持反应器中的pH；b.同一反应器相同的操作条件下,硝化、反硝化应能同时进行；c.节省了反应器的容积[64]。
目前根据同时硝化反硝化发展而来的技术工艺有：OLAND工艺（氧限制自养硝化反硝化）、ANAMMOX工艺（厌氧氨氧化）、好氧反硝化工艺。 (5) 生物脱氮中存在的问题及解决的办法 1) 碳源
在脱氮系统中，由于反硝化细菌利用有机物为电子供体，以硝酸盐和亚硝盐为电子受体，将其还原为氮气，使硝酸盐、有机物得以去除。目前应用在养殖水体中碳源主要为：一、以生物降解有机物，如甲醇、乙酸、乙醇、葡萄糖等，如Suzuli[65]等采用甲醇为有机碳源，取得了良好的效果。陆斌[66]等在反硝化池中投加了适量的葡萄糖为碳源，试验表明，脱氮效果明显提高，且NH4+-N、NO2--N的去除率也有所提高，在硝化、反硝化HRT为4h时，平均去除率NH4+-N提高7.2%，
NO2--N提高1.6%，且随碳源投加量的增加，效果更为明显。二、可慢速降解的有机物，如沉淀、蛋白质。
崔玉波[67]指出，甲醇部分用于微生物细胞的生长，但过量的细胞生长可能导致生物膜脱落，出水悬浮物增加。并且添加外源碳源，会增加运行的成本。针对这些问题，目前出现了一种新的碳源，即利用养鱼池中的粪便和残饵，将其厌氧水解，其水解液就是一种很好的碳源。Arbiv[68]采用了这种碳源净化养殖水体，取得了很好的效果。李娟娟等[69]将有机物进行厌氧水解处理，在其上清液中含有反硝化菌可以利用的有机物，分别对厌氧水解上清液
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和养殖废水进行反硝化处理，测得各自的反硝化速率分别为0.013d-1和0.0017d-1,表明利用厌氧水解进行反硝化处理，可以大大地提高养殖废水的反硝化效率。 2) 反硝化脱氧
大多数的反硝化细菌都在溶氧为0.5mg/L时才能正常地进行反硝化作用，而养殖水体是富氧水体，溶氧大约为4-6mg/L，因此如何在养殖废水进入反硝化系统前将溶氧降到较低的水平，是目前需要亟待解决的问题。Whitson[70]等通过不断向水体吹脱氮气的方法来去除水中的溶解氧，效果良好。当然适当地延长水力停留时间也是造成厌氧的一种方法。但是这两种方法都造成了成本的升高。寻找一种经济有效的办法来造成反硝化的缺氧条件将是未来研究的重点。
3.6 水质调控
在循环水养殖中，良好的水质条件是实现集约化养殖的保证，在水质诸因子中，非常重要并且要经常监测的项目有：溶解氧、盐度、温度、pH值、氨氮、亚硝态氮、硝态氮、COD、和硫化物等，同时要保证这些水质指标都控制在养殖对象的适应范围内。一般要求养殖池内水的溶氧在5-8mg/L之间，pH值在6.5-8.5之间；氨氮的含量低于1mg/L之间；亚硝态氮低于0.1mg/L；盐度因养殖对象的不同而异。对于以上指标应每天监测，发现某个指标异常，须及时调整。水质调节方法很多，一般是多种方法并用。在保证循环水系统正常运行的同时，应注意对滤池的及时反冲，必要时还须更换滤料；同时，须定时对滤池和沉淀池排污，并博保证有充足的充气、增养和消毒；再次要调节好池水的流量，池水流量的调节取决于池水中的氨氮、溶氧和水温。以养殖牙鲆为例，一般应保证水温在15-22℃左右，水流量为每日5-10个循环，温度升高时还要加大水循环的次数，并注意要及时地排除粪便和残饵[71]。
4. 结语
工厂化水产养殖系统用于养殖生产，已取得了很好的效果。但是目前处理的成本还是很高，许多的工艺参数还未达到设计的要求，需要在理论突破的基础上实现技术上的突破，诸如，如何在水产养殖废水处理中更好地匹配各个处理单元之间的工艺和运行参数及对养殖水体生物脱氮方法更深探讨等，开发适合我国国情的、效率更高的养殖水处理模式。随着我国工厂化养殖规模的不断扩大，将会给循环水养殖技术提供更大的发展空间。
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Advances in Research of Water quality Controlin Industical
Aquaculture
Li Lili, Li Xiuchen, Nie Dandan
College of Mechanical Engineering, Dalian Fisheries University, Dalian (116023)
Abstract
With the rapid development of industrial fish farming, system of water quality control in industical aquaculture is primarily important during these years.The paper summarizes the development station of wastewater-recirculating treatment system and has a detailed summary about its units and their applications as well as their drawbacks .Meanwhile this paper has a forward with the technique in the future.
Keywords: water quality control; water quality control ; research advance.
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工厂化水产养殖水质调控技术的研究进展
