生物過濾(Living BiologicalFiltration)是指任何采用活體生物去除水中雜質(zhì)的廢水處理技術，主要包括植物過濾、微生物過濾、動物過濾等。目前集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖水處理中使用最廣泛的是微生物過濾，即各種類型的生物膜濾器。傳統(tǒng)的生物膜濾器因具有產(chǎn)生污泥少、運行管理方便、動力消耗少等特點，在水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理中得到了廣泛應用。但生物膜濾器存在生物膜熟化時間長，需要定期反沖洗，容易造成硝態(tài)氮積累等缺點。植物濾器結構簡單，可以有效吸收養(yǎng)殖廢水中溶解態(tài)的氮、磷污染物，并將其轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟產(chǎn)品，但是單獨使用對養(yǎng)殖廢水中有機物去除效率較低。濾食性動物可以有效去除養(yǎng)殖水體中的顆粒物質(zhì)。大型海藻過濾、生物膜過濾和動物過濾復合處理養(yǎng)殖循環(huán)水技術通過優(yōu)勢互補，達到水質(zhì)凈化和廢物綜合利用的目的。我國在該領域的研究還為數(shù)不多。

1復合生物過濾技術的原理

植物過濾是指通過水生植物對污染物的吸收、降解、轉(zhuǎn)移等作用，達到減少或最終消除養(yǎng)殖循環(huán)水污染的目的，使循環(huán)水得到凈化。如常用的作為植物濾器的大型藻類通常生命周期長、生長快，能通過光合作用吸收水體中溶解態(tài)的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)來合成自身，有效降低養(yǎng)殖水體中的氨氮含量。對大型海藻化學成分的分析表明，大型海藻組織中具有豐富的氮庫，可以有效吸收、存儲大量的營養(yǎng)鹽，而且大型藻類吸收氨對光照的要求較低，更有利于其對富營養(yǎng)水體中氨的去除和吸收。當這些海藻收獲時，營養(yǎng)鹽就從循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)外部，將環(huán)境污染物轉(zhuǎn)化為海藻產(chǎn)品。因此，該技術具有低成本、低能耗等優(yōu)點。諸多研究表明，水生植物還能有效增加養(yǎng)殖水體的溶解氧，并可回收植物產(chǎn)品作為養(yǎng)殖生物的餌料，大大增加了水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的生產(chǎn)率。但單獨利用水生植物凈化養(yǎng)殖水體，有機物的去除效率比較低。

微生物濾器能將水中有機物和氨氮分別降解、氧化為毒性相對較低的硝酸鹽，使養(yǎng)殖水體得到一定程度的凈化，但不會將溶解態(tài)的氮從封閉養(yǎng)殖系統(tǒng)中去除，而是將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，從而導致硝酸鹽的大量積累。據(jù)報道，水中硝酸鹽的積累會影響魚體的滲透壓和血細胞的運氧能力，特別是引起魚體色澤和肉質(zhì)下降，而且富含硝酸鹽的養(yǎng)殖廢水直接排放，還會造成水體富營養(yǎng)化。

動物過濾是指濾食性動物在養(yǎng)殖系統(tǒng)中通過濾食水中的顆粒態(tài)物質(zhì)，從而起到凈化水質(zhì)的作用。雙殼貝類具有很強的濾水能力，如扇貝、貽貝、文蛤和牡蠣的濾水率均可以達到5 L/(g·h)。腐屑食性的魚類通過攝食養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的大顆粒殘餌及底質(zhì)中的有機質(zhì)而成為水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境清潔者。此外，海綿也有很高的濾水率，它們能夠過濾大量細小的顆粒物質(zhì)，包括浮游植物、浮游動物、微生物、有機碎屑等，使養(yǎng)殖循環(huán)系統(tǒng)有機物負荷大大降低。

復合生物過濾技術根據(jù)生態(tài)學中的食物鏈關系，最佳配置生物種群，使環(huán)境資源得以充分利用，增加系統(tǒng)生產(chǎn)力，并將系統(tǒng)中的營養(yǎng)鹽、有機物等廢棄物最大限度地轉(zhuǎn)化為環(huán)境友好型產(chǎn)品。復合生物過濾技術是遵循生態(tài)學原理的工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖工藝設計。

2復合生物過濾技術凈化養(yǎng)殖水體研究

2.1復合生物過濾技術的種類

目前復合生物過濾技術主要有大型海藻+微生物過濾，水草+濾食性動物(貝類、海綿等)過濾，以及人工濕地過濾技術。就植物濾器的選擇而言，對營養(yǎng)物的吸收能力、生長速度和經(jīng)濟價值是需要考慮的主要因素。動物濾器選擇的標準有動物的顆粒物去除效率、生長速度、經(jīng)濟價值高低等。動物濾器主要有濾食性的貝類，如牡蠣、扇貝、文蛤、貽貝等;腐屑食性魚類，如梭魚;此外還有最新研究證實的海綿也可以作為動物濾器，用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的廢水處理。

2.2復合生物過濾技術在水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理中的特點

復合生物過濾技術具有以下特點: (1)提高水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中氨氮和有機物的去除效率，彌補使用單一生物濾器的缺點。如微生物濾器生物膜成熟時間長，需要定期進行反沖洗，此時植物濾器可以替代其功能保持系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。(2)提高閉合水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的生產(chǎn)力。利用復合生物過濾技術凈化養(yǎng)殖廢水具有相當大的潛力，因植物和動物的收獲會產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益，最大限度地將投入系統(tǒng)的餌料轉(zhuǎn)化為環(huán)境友好的水產(chǎn)品。(3)實現(xiàn)真正意義上的“養(yǎng)殖污水零排放”，成功解決養(yǎng)殖循環(huán)系統(tǒng)中硝酸鹽的積累問題。(4)同時為養(yǎng)殖循環(huán)水提供新鮮氧氣，減少能源消耗，有助于降低生產(chǎn)成本。因此，復合生物過濾技術在水產(chǎn)養(yǎng)殖水處理中具有廣闊的應用前景。

2.3復合生物過濾技術在工廠化和池塘水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應用

2.3.1植物濾器與微生物濾器聯(lián)合使用復合生物過濾技術在養(yǎng)殖循環(huán)水系統(tǒng)中已有了一些研究，取得了較好的效果。一般將植物濾器和微生物濾器復合使用。如利用大型海藻(孔
石莼養(yǎng)殖密度1.0 g/L)與微生物復合生物過濾技術對養(yǎng)魚循環(huán)水體的凈化效果表明，由微生物和大型海藻濾器組成的復合生物過濾系統(tǒng)對鮑魚循環(huán)水體中氨氮和有機物的去除率分別保持在80%和40%以上，并且對鮑魚養(yǎng)殖水體溶氧和pH值有良好的調(diào)節(jié)和改善作用。采用水產(chǎn)養(yǎng)殖機械—細菌—草綜合水處理系統(tǒng)養(yǎng)殖淡水白鯧，牧草的凈化使主要污染物去率達到了90%。利用石莼生物濾器可吸收養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的50%以上的可溶性氮。大型植物濾池和固定生物膜濾池的復合生物過濾技術用于鮑魚循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)水處理，植物(孔石莼)濾器對養(yǎng)殖水體中總氨氮(TAN))具有很高的吸收效率，從而降低了硝化濾器的硝化負荷，大大減少了TAN、NO2-N、NO3-N和COD的積累。

2.3.2動物濾器與植物濾器或微生物濾器聯(lián)合使用

將植物濾器和動物濾器復合使用的生物過濾技術也有研究。大型海藻海帶和石莼與牡蠣組成的復合生物過濾器，在海帶養(yǎng)殖密度7.5 g/L、石莼養(yǎng)殖密度2 g/L、牡蠣的放養(yǎng)密度為
1 000 g/20 L條件下，對養(yǎng)殖廢水中氨氮去除率達到67.1%，對懸浮顆粒物的去除率達到了82.5%;海帶與牡蠣組成的復合生物濾器對氨氮去除率達到46%，對懸浮顆粒物的去除率達到了84.5%。大型海藻和微生物制劑在池塘水產(chǎn)養(yǎng)殖也有應用。利用微生物、底棲濾食性貝類、大型藻類復合生物過濾技術控制養(yǎng)殖池污染，微生物制劑質(zhì)量濃度達到6mg/L時，即可顯著降低池塘底泥的自污染速率，底泥中總氮積累速率僅為對照組的45.4%，對蝦存活率提高53.25%。將龍須菜與貝類混養(yǎng)，結果發(fā)現(xiàn)加入大型藻的文蛤養(yǎng)殖系統(tǒng)中氨氮、亞硝酸鹽、磷酸鹽的含量顯著降低，大型藻和文蛤的生長率也有所提高。毛玉澤等人也證實使用龍須菜作為生物濾器可以去除混養(yǎng)系統(tǒng)中氨氮的46.6% ~83.7%。岳維忠等用蠣菜(Ulva conglobata)和草葉馬尾藻(Sargassum graminifolium)進行了NH4-N濃度梯度試驗，在養(yǎng)殖水體模擬系統(tǒng)中加入蠣菜，對NH4-N及PO4-P有明顯吸收效果。宮西尚一研發(fā)出一種使用“特殊生物包”的封閉式循環(huán)水海水無脊椎動物養(yǎng)殖系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，海產(chǎn)動物與多毛類動物、微生物、藻類之間形成了食物鏈關系。多毛類動物(沙蠶等)對海產(chǎn)動物(海膽、海參、魁蛤、文蛤等)的殘餌和糞便起凈化作用，對養(yǎng)殖生物有毒的氨氮經(jīng)由微生物的硝化作用變成了無毒的硝態(tài)氮，而硝態(tài)氮是藻類的營養(yǎng)物質(zhì)。線薇薇等發(fā)現(xiàn)梭魚對養(yǎng)殖環(huán)境中顆粒態(tài)有機
氮的清潔能力。

2.3.3復合生物過濾技術初步研究

劉長發(fā)等[21]設計了包括沉淀池、水力旋流器、微生物濾器(硝化濾器)、大型海藻(孔石莼)濾器和紫外消毒裝置為主要處理單元的牙鲆魚養(yǎng)殖循環(huán)系統(tǒng)。魚池和藻池水體積均為1.5 m3，水力停留時間5.6 h。試驗進行9 d，氨氮質(zhì)量濃度維持在0.3 mg/L以下，亞硝酸鹽質(zhì)量濃度在0.2 mg/L以下，微生物濾器—大型海藻復合生物過濾技術可以有效地控制氨氮的含量，將氨氮最終轉(zhuǎn)化為海藻產(chǎn)品。結合斜板式沉淀池、水力旋流器和紫外消毒設備，復合生物過濾技術在養(yǎng)殖循環(huán)系統(tǒng)中的應用達到了更高的污染物去除效率。

2.4復合生物過濾技術發(fā)展新趨勢

除了濾食性貝類可以用于養(yǎng)殖廢水顆粒有機物的去除，還有人嘗試了新的物種作為動物濾器去除水中的顆粒物。如繁茂膜海綿具有很強的濾食水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中顆粒態(tài)殘餌的能力，由于海綿的濾食作用，海水中餌料顆粒物含量隨時間延長而呈指數(shù)曲線降低。不僅如此，繁茂膜海綿還具有濾食養(yǎng)殖水體中大腸桿菌和弧菌的能力。經(jīng)24 h處理后，海水中總大腸菌群和弧菌的數(shù)量分別比初始數(shù)量降低55.1% ~91.3%和55.7% ~96.3%。這些研究表明，養(yǎng)殖循環(huán)水處理正在朝著生態(tài)型、環(huán)境友好型方向發(fā)展，處理效率逐漸提高，系統(tǒng)越來越穩(wěn)定。

3結語

隨著對養(yǎng)殖循環(huán)水處理技術的發(fā)展，單一的或者2種水處理技術簡單組合已不適應水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理的需要。設計低成本、低耗能、高凈化效率的符合生態(tài)學原理的水處理工藝，達到養(yǎng)殖廢水的重復利用和對環(huán)境的無污染是今后養(yǎng)殖廢水處理的發(fā)展方向。這些處理技術將更加強調(diào)生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者、消費者、分解者之間動態(tài)和合理的平衡，進一步挖掘生物作用的潛力。復合生物過濾技術從“變廢為寶”的角度出發(fā)，“治”“用”結合，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綜合利用和可持續(xù)發(fā)展思想的體現(xiàn)，是對水產(chǎn)養(yǎng)殖污水處理方式的重要補充和發(fā)展。
復合生物過濾技術在我國還處于起步階段，缺乏系統(tǒng)的研究資料和成果，其中各種生物濾器之間參數(shù)的優(yōu)化組合、養(yǎng)殖循環(huán)系統(tǒng)脫氮技術等需要進一步研究。