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【摘要】本文首先对淡水循环水养殖污水处理的必要性进行分析，随后通过实验的方法对对淡水循环水养殖系统中自然微生物生物膜形成过程进行研究。期望能够对提高循环水养殖系统的污水处理效果有所帮助。
【关键词】循环水养殖系统；生物膜；挂膜；实验
循环水养殖系统以其自身诸多的优势，在水产养殖行业获得了广泛应用。然而，在实际应用中发现，系统会产生出大量带有污染物的废水，这极不利于环保。针对这一问题，业内的专家学者进行了相关研究，一些专家提出可以通过生物膜法对养殖废水进行处理，这种方法最大的特点是成本较低，且处理效果较好，非常适合淡水循环水养殖系统。借此本文就循环水养殖系统中自然微生物生物膜形成过程实验展开研究。
1.淡水循环水养殖污水处理的必要性
循环水养殖系统主要应用于鱼、虾、蟹、贝类的养殖产业中，相比较传统养殖方式而言，该系统不仅可以减少对水资源、土地资源的占用，而且还能够满足高密度集约化的养殖需求，有利于大幅度提高水产行业的经济效益。但是，在高密度的水产养殖过程中，养殖生物产生的残骸、残饵以及代谢产物会给养殖水体带来严重污染，成为了养殖水体的污染源。如果将氮、磷含量过高的养殖废水直接排入周围水体中，则会导致周围水体富营养化，对水源及周边环境造成污染。同时，养殖水体的污染会造成水质下降，提高水体氨氮和亚硝酸盐的含量，降低水体中的溶解氧，进而对养殖生物的生长产生毒害作用，甚至会导致大批养殖生物死亡，带来重大经济损失。在传统的水污染控制方式中，常使用沉淀、过滤、换水等物化处理技术，其成本较高且污染控制效果不明显。而循环水养殖系统可利用微生物处理技术实现水体的循环利用，减少污泥产生量，使养殖废水得到原位修复。由于微生物处理技术中的生物膜法具备处理成本小、管理方便等优势，所以已经成为养殖废水处理的重要技术措施之一。为了满足实际应用的要求，有必要对生物膜的形成过程进行研究，鉴于此，下面本文通过实验的方法对循环水养殖系统中，生物膜的形成过程进行论述。
2.淡水循环水养殖系统中的生物挂膜实验研究
2.1实验器材
本次实验在天津锦堂农业科技有限公司水产养殖试验车间内完成，共建立了三套完全相同循环水养殖系统，实验装置主要由以下几个部分组成：生物滤池、配水池、温度控制器、气泵、水泵、流量计等。三套实验装置分别对应的组号为1#、2#、3#，选用的填料为天然植物（竹子）和聚烯烃类两种填料。实验中使用的硝化菌剂是由中科院微生物研究所开发的，养殖废水的成分如下：NaHCO3、NH4Cl、Na2HPO4、KH2PO4等。
2.2实验过程
在实验开始阶段，首先进行曝气，随后提高循环水流速，并在此基础上进行人工挂膜；经过5天时间的挂膜启动之后，维持1小时左右的系统水力，并利用温控器将水温控制在25摄氏度左右，同时保持DO在5mg/L以上；三套实验装置全部经过同样的挂膜启动之后，开始正式实验。实验过程中，对三套装置分别加入氨氮质量浓度为25、5以及5mg/L的养殖废水，然后进行循环运转，于每日上午进行换水，并从滤池出口取开始水样，循环12小时后再取结束水样，之后对水样中所含的氨氮质量浓度进行测定，以此作为表征生物膜活性的主要指标；从第2天开始，每隔四天取一次生物膜样本，共取样8次，同时，在第2、4、6、8、10、12、15、18、21、24、28、32、36天时，取水样。对水质指标的监测依据国家现行的规范标准要求进行，对生物膜的质量监测，采用滤膜烘干法进行侧定。
2.3结果与讨论
（1）浓度变化分析。生物膜质量浓度的变化曲线如图1所示。
图1生物膜质量浓度变化曲线
在1#、2#、3#实验组中，在经过初始适应期之后，附着微生物开始不断增加，一直到实验后期，附着微生物的增长速度变慢，逐步达到相对稳定的速度。1#实验组在实验30d后，附着生物膜的质量浓度达到最大值，而后开始降低，这是生物膜的生长周期，此时一部分附着生物膜脱落，由此说明30d为1#实验组生物膜的增长周期。而2#、3#实验组在相同时段的附着生物膜质量浓度没有达到最大值，造成这种现象的原因在于模拟废水质量浓度偏低，从而延缓了生物膜的增长速度，使生物膜的生长周期较之1#实验组相比有所延长；1#与2#实验组的填料相同，但2#实验组的模拟废水氨氮质量浓度较低，使该组的生物膜质量浓度也较低，延缓了生物膜的增长速度。这说明氨氮质量浓度对生物膜的形成过程有着显著影响，氨氮质量浓度越高，越有利于促进生物膜形成和增长，进而促使生物膜形成与代谢周期明显缩短；2#与3#实验组的质量浓度相同，但是载体填料不同，通过实验可以看出，采用天然植物载体填料的实验组附着生物膜的速度较快，在实验初期已经附着一定量的生物膜，即便是到了后期其生物膜的增长速度也较快。由此可以得出以下结论，即天然植物载体填料比聚烯烃类塑料填料更能促进生物膜附着的增长速度。
（2）氨氮去除率。运用12h 氨氮的百分去除率来表示生物滤池的氨氮去除特性，其实验结果如图2所示。
图2氨氮去除率变化曲线
在1#、2#、3#实验组中，随着实验进程的不断推进，氨氮的百分去除率会随之增加，当分别达到最大值并维持一段时间之后开始下降。尤其对于1#实验组而言，在实验30d之后，氨氮百分去除率会骤然下降，而后又开始恢复，并出现一定程度的提高。该实验组中氨氮去除率的变化与附着生物膜质量浓度的变化基本吻合，而氨氮百分去除率的骤然下降与部分生物膜脱落有着直接关系，在经过短期调整后，生物膜增长速度得到了稳定，使得生物滤池的氨氮去除能力也随之恢复。在1#、2#、3#实验组中，其氨氮去除情况存在着明显差异，1#实验组明显高于2#、3#实验组的氨氮去除率，但是当实验进入稳定状况后，三组实验的氨氮去除效率相差不多。同时，在实验前18d，天然植物载体填料实验组的氨氮去除率明显高于聚烯烃类塑料填料实验组，高出约10%，这与实验初期附着微生物的程度有着直接关系，也验证了氨氮去除百分率随着生物膜质量浓度的变化而变化。
3.结论与建议
综上所述，在循环水养殖系统的生产过程中，污（下转第346页）（上接第232页）水处理是非重要的环节之一，处理效率的高低直接关系到养殖效益。为了提高污水处理效果，可以采用生物膜法，本文重点对生物膜的形成过程进行了研究。结果表明，以天然植物作为填料能够进一步促进生物膜的增长速度。为此，建议在实际养殖中，可以采用天然植物作为生物挂膜的填料，这样不但有助于提高成膜速度，而且还能增强污水处理效果。由于生物挂膜具有阶段性和周期性的特点。所以，在成膜之后，需要采取相应的措施对生物膜进行维护，目前比较常用的方法为反冲洗法，冲洗的时间可依据成膜周期进行确定。在反冲洗的过程中，还应当对水力负荷进行控制，这是因为大部分养殖废水全部都是低浓度水，适当的水力负荷有助于提高微生物与底物的接触几率，从而确保微生物不会被冲脱。[科]
【参考文献】
［1］赵倩.水质调控对生物滤器生物膜培养的影响研究[D].中国海洋大学，2013.
［2］徐勇.循环水养殖系统生物挂膜的消氨效果及影响因素分析[J].渔业科学进展，2010(2).
［3］李华龙.循环水养殖系统主要氨氮降解微生物的初步研究[D].中国海洋大学，2013.
［4］王岚，李彬.海水循环水养殖系统生物膜快速挂膜试验[J].农业工程学报，2012(8).
［5］曲克明.循环水养殖系统(RAS)生物载体上微生物群落结构变化分析[J].环境科学，2011(1).
【关键词】循环水养殖系统；生物膜；挂膜；实验
循环水养殖系统以其自身诸多的优势，在水产养殖行业获得了广泛应用。然而，在实际应用中发现，系统会产生出大量带有污染物的废水，这极不利于环保。针对这一问题，业内的专家学者进行了相关研究，一些专家提出可以通过生物膜法对养殖废水进行处理，这种方法最大的特点是成本较低，且处理效果较好，非常适合淡水循环水养殖系统。借此本文就循环水养殖系统中自然微生物生物膜形成过程实验展开研究。
1.淡水循环水养殖污水处理的必要性
循环水养殖系统主要应用于鱼、虾、蟹、贝类的养殖产业中，相比较传统养殖方式而言，该系统不仅可以减少对水资源、土地资源的占用，而且还能够满足高密度集约化的养殖需求，有利于大幅度提高水产行业的经济效益。但是，在高密度的水产养殖过程中，养殖生物产生的残骸、残饵以及代谢产物会给养殖水体带来严重污染，成为了养殖水体的污染源。如果将氮、磷含量过高的养殖废水直接排入周围水体中，则会导致周围水体富营养化，对水源及周边环境造成污染。同时，养殖水体的污染会造成水质下降，提高水体氨氮和亚硝酸盐的含量，降低水体中的溶解氧，进而对养殖生物的生长产生毒害作用，甚至会导致大批养殖生物死亡，带来重大经济损失。在传统的水污染控制方式中，常使用沉淀、过滤、换水等物化处理技术，其成本较高且污染控制效果不明显。而循环水养殖系统可利用微生物处理技术实现水体的循环利用，减少污泥产生量，使养殖废水得到原位修复。由于微生物处理技术中的生物膜法具备处理成本小、管理方便等优势，所以已经成为养殖废水处理的重要技术措施之一。为了满足实际应用的要求，有必要对生物膜的形成过程进行研究，鉴于此，下面本文通过实验的方法对循环水养殖系统中，生物膜的形成过程进行论述。
2.淡水循环水养殖系统中的生物挂膜实验研究
2.1实验器材
本次实验在天津锦堂农业科技有限公司水产养殖试验车间内完成，共建立了三套完全相同循环水养殖系统，实验装置主要由以下几个部分组成：生物滤池、配水池、温度控制器、气泵、水泵、流量计等。三套实验装置分别对应的组号为1#、2#、3#，选用的填料为天然植物（竹子）和聚烯烃类两种填料。实验中使用的硝化菌剂是由中科院微生物研究所开发的，养殖废水的成分如下：NaHCO3、NH4Cl、Na2HPO4、KH2PO4等。
2.2实验过程
在实验开始阶段，首先进行曝气，随后提高循环水流速，并在此基础上进行人工挂膜；经过5天时间的挂膜启动之后，维持1小时左右的系统水力，并利用温控器将水温控制在25摄氏度左右，同时保持DO在5mg/L以上；三套实验装置全部经过同样的挂膜启动之后，开始正式实验。实验过程中，对三套装置分别加入氨氮质量浓度为25、5以及5mg/L的养殖废水，然后进行循环运转，于每日上午进行换水，并从滤池出口取开始水样，循环12小时后再取结束水样，之后对水样中所含的氨氮质量浓度进行测定，以此作为表征生物膜活性的主要指标；从第2天开始，每隔四天取一次生物膜样本，共取样8次，同时，在第2、4、6、8、10、12、15、18、21、24、28、32、36天时，取水样。对水质指标的监测依据国家现行的规范标准要求进行，对生物膜的质量监测，采用滤膜烘干法进行侧定。
2.3结果与讨论
（1）浓度变化分析。生物膜质量浓度的变化曲线如图1所示。
图1生物膜质量浓度变化曲线
在1#、2#、3#实验组中，在经过初始适应期之后，附着微生物开始不断增加，一直到实验后期，附着微生物的增长速度变慢，逐步达到相对稳定的速度。1#实验组在实验30d后，附着生物膜的质量浓度达到最大值，而后开始降低，这是生物膜的生长周期，此时一部分附着生物膜脱落，由此说明30d为1#实验组生物膜的增长周期。而2#、3#实验组在相同时段的附着生物膜质量浓度没有达到最大值，造成这种现象的原因在于模拟废水质量浓度偏低，从而延缓了生物膜的增长速度，使生物膜的生长周期较之1#实验组相比有所延长；1#与2#实验组的填料相同，但2#实验组的模拟废水氨氮质量浓度较低，使该组的生物膜质量浓度也较低，延缓了生物膜的增长速度。这说明氨氮质量浓度对生物膜的形成过程有着显著影响，氨氮质量浓度越高，越有利于促进生物膜形成和增长，进而促使生物膜形成与代谢周期明显缩短；2#与3#实验组的质量浓度相同，但是载体填料不同，通过实验可以看出，采用天然植物载体填料的实验组附着生物膜的速度较快，在实验初期已经附着一定量的生物膜，即便是到了后期其生物膜的增长速度也较快。由此可以得出以下结论，即天然植物载体填料比聚烯烃类塑料填料更能促进生物膜附着的增长速度。
（2）氨氮去除率。运用12h 氨氮的百分去除率来表示生物滤池的氨氮去除特性，其实验结果如图2所示。
图2氨氮去除率变化曲线
在1#、2#、3#实验组中，随着实验进程的不断推进，氨氮的百分去除率会随之增加，当分别达到最大值并维持一段时间之后开始下降。尤其对于1#实验组而言，在实验30d之后，氨氮百分去除率会骤然下降，而后又开始恢复，并出现一定程度的提高。该实验组中氨氮去除率的变化与附着生物膜质量浓度的变化基本吻合，而氨氮百分去除率的骤然下降与部分生物膜脱落有着直接关系，在经过短期调整后，生物膜增长速度得到了稳定，使得生物滤池的氨氮去除能力也随之恢复。在1#、2#、3#实验组中，其氨氮去除情况存在着明显差异，1#实验组明显高于2#、3#实验组的氨氮去除率，但是当实验进入稳定状况后，三组实验的氨氮去除效率相差不多。同时，在实验前18d，天然植物载体填料实验组的氨氮去除率明显高于聚烯烃类塑料填料实验组，高出约10%，这与实验初期附着微生物的程度有着直接关系，也验证了氨氮去除百分率随着生物膜质量浓度的变化而变化。
3.结论与建议
综上所述，在循环水养殖系统的生产过程中，污（下转第346页）（上接第232页）水处理是非重要的环节之一，处理效率的高低直接关系到养殖效益。为了提高污水处理效果，可以采用生物膜法，本文重点对生物膜的形成过程进行了研究。结果表明，以天然植物作为填料能够进一步促进生物膜的增长速度。为此，建议在实际养殖中，可以采用天然植物作为生物挂膜的填料，这样不但有助于提高成膜速度，而且还能增强污水处理效果。由于生物挂膜具有阶段性和周期性的特点。所以，在成膜之后，需要采取相应的措施对生物膜进行维护，目前比较常用的方法为反冲洗法，冲洗的时间可依据成膜周期进行确定。在反冲洗的过程中，还应当对水力负荷进行控制，这是因为大部分养殖废水全部都是低浓度水，适当的水力负荷有助于提高微生物与底物的接触几率，从而确保微生物不会被冲脱。[科]
【参考文献】
［1］赵倩.水质调控对生物滤器生物膜培养的影响研究[D].中国海洋大学，2013.
［2］徐勇.循环水养殖系统生物挂膜的消氨效果及影响因素分析[J].渔业科学进展，2010(2).
［3］李华龙.循环水养殖系统主要氨氮降解微生物的初步研究[D].中国海洋大学，2013.
［4］王岚，李彬.海水循环水养殖系统生物膜快速挂膜试验[J].农业工程学报，2012(8).
［5］曲克明.循环水养殖系统(RAS)生物载体上微生物群落结构变化分析[J].环境科学，2011(1).