【智惠農(nóng)民】新型高效海水養(yǎng)殖尾水處理技術——微生物與電氧化法的“夢幻聯(lián)動”

隨著市場對海產(chǎn)品需求的增高，我國海水養(yǎng)殖規(guī)模快速擴大，海水養(yǎng)殖尾水排放量逐年提高，可能導致受納水體富營養(yǎng)化和生物多樣性降低，影響生態(tài)環(huán)境平衡。開發(fā)新型高效的養(yǎng)殖尾水處理技術已經(jīng)成為保護海洋生態(tài)環(huán)境，推動海水養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。生物電氧化法養(yǎng)殖海水處理技術具有效率高、占地面積小、可控性強等諸多優(yōu)點，引起了國內(nèi)外學者和相關從業(yè)人員的廣泛關注。

生物法、電氧化法如何處理養(yǎng)殖海水？

生物處理技術在海水養(yǎng)殖廢水處理中具有廣闊應用前景，通過利用微生物對污染物的吸收和降解作用將廢水凈化并轉化為無害物質(zhì)。生物法處理養(yǎng)殖尾水主要通過微生物的硝化和反硝化作用，使得水體中的氮轉化為氮氣溢出水體，同時對有機物也有一定的去除作用。但是，由于海水含有高鹽度和其他特殊環(huán)境因素，例如低溫和低營養(yǎng)物，生物法的效率和穩(wěn)定性均可能會受到影響。傳統(tǒng)生物技術包括生物膜的技術、人工濕地、沉底濾池或流化床等[1]，在養(yǎng)殖海水處理中會存在啟動周期長、易受環(huán)境影響等問題。針對這一問題，需要在傳統(tǒng)生物技術基礎上，進一步研究新型的生物處理技術來適應高鹽度環(huán)境，優(yōu)化微生物的培養(yǎng)條件、微生物群落結構合功能，提高生物法養(yǎng)殖尾水處理性能。

電氧化指在電化學反應中，通過陽極反應直接或間接地去除污染物的方法。其中間接的途徑是通過電氧化產(chǎn)生的羥基自由基或其他活性物質(zhì)氧化降解污染物。電化學氧化法憑借反應條件溫和、可控性強、反應靈活性高、反應裝置簡單等優(yōu)點被應用于含鹽廢水處理，包括含難生物降解有機物含鹽工業(yè)廢水[2]和海水養(yǎng)殖廢水[3]等，其缺點是電極材料成本相對較高，經(jīng)濟型方面尚需進一步優(yōu)化。

如果將微生物與電氧化法強強聯(lián)合，會有怎樣的奇妙反應？

微生物與電氧化法的“夢幻聯(lián)動”

海水養(yǎng)殖業(yè)具有高密度、集約化的特征，對于養(yǎng)殖海水的處理就需要重點關注其實用性，選用高效率、低成本、操作簡便的處理技術更有利于養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。海水是天然的高含鹽水體，電導率較高，高電導率也決定了電氧化處理海水養(yǎng)殖水先天優(yōu)勢，電化學與微生物相結合脫氮可以有效避免生物法亞硝氮積累問題[4]，又彌補電化學法對水體pH的影響問題。初期僅對微生物與電氧化法結合進行研究，更多關注直接或間接氧化去除污染物方面，微生物與電氧化法以其高速率、高質(zhì)量、穩(wěn)定運行的特征被廣泛應用。

微生物與電氧化法相結合除了通過間接氧化的方式去除污染物，還可以通過低電流改變微生物群落結構和功能，在一定程度上強化脫氮性能，實現(xiàn)穩(wěn)定高效地脫氮。電化學刺激對細胞的生物膜的結構、細胞形態(tài)、細胞行為、新陳代謝和生命過程均有影響，隨著細胞質(zhì)膜通透性的提高，營養(yǎng)物質(zhì)的過膜轉移被促進，細菌代謝分泌出細胞內(nèi)容物和細胞外糖蛋白，以此影響ATP的合成和生產(chǎn)[5]。在電化學參與的微生物脫氮處理過程中，可以有效提高微生物的活性，純電化學作用脫氮率僅占電化學和微生物共同作用時的30%[6]。生物與電化學的“夢幻聯(lián)動”，使其成為一種新型綠色的工藝，可高效、經(jīng)濟、高質(zhì)量地處理養(yǎng)殖海水，具有優(yōu)異的性能和良好的應用前景。

隨著海水水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)不斷發(fā)展，這些新型水處理技術將為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展保駕護航，在環(huán)境保護與養(yǎng)殖生物健康方面保障水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

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作者：王詩涵（大連海洋大學水產(chǎn)設施養(yǎng)殖與裝備工程研究中心研究生）

科學性審核：宋婧（大連海洋大學水產(chǎn)設施養(yǎng)殖與裝備工程研究中心副教授、研究生導師）

策劃：劉雅丹、劉鷹（浙江大學生物系統(tǒng)工程與食品科學學院博士生導師）

編輯：武玥彤