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

隨著市場(chǎng)對(duì)海產(chǎn)品需求的增高，我國(guó)海水養(yǎng)殖規(guī)模快速擴(kuò)大，海水養(yǎng)殖尾水排放量逐年提高，可能導(dǎo)致受納水體富營(yíng)養(yǎng)化和生物多樣性降低，影響生態(tài)環(huán)境平衡。開(kāi)發(fā)新型高效的養(yǎng)殖尾水處理技術(shù)已經(jīng)成為保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，推動(dòng)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(shù)具有效率高、占地面積小、可控性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者和相關(guān)從業(yè)人員的廣泛關(guān)注。

生物法、電氧化法如何處理養(yǎng)殖海水？

生物處理技術(shù)在海水養(yǎng)殖廢水處理中具有廣闊應(yīng)用前景，通過(guò)利用微生物對(duì)污染物的吸收和降解作用將廢水凈化并轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)。生物法處理養(yǎng)殖尾水主要通過(guò)微生物的硝化和反硝化作用，使得水體中的氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)庖绯鏊w，同時(shí)對(duì)有機(jī)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(yíng)養(yǎng)物，生物法的效率和穩(wěn)定性均可能會(huì)受到影響。傳統(tǒng)生物技術(shù)包括生物膜的技術(shù)、人工濕地、沉底濾池或流化床等[1]，在養(yǎng)殖海水處理中會(huì)存在啟動(dòng)周期長(zhǎng)、易受環(huán)境影響等問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，需要在傳統(tǒng)生物技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究新型的生物處理技術(shù)來(lái)適應(yīng)高鹽度環(huán)境，優(yōu)化微生物的培養(yǎng)條件、微生物群落結(jié)構(gòu)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(xué)反應(yīng)中，通過(guò)陽(yáng)極反應(yīng)直接或間接地去除污染物的方法。其中間接的途徑是通過(guò)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(xué)氧化法憑借反應(yīng)條件溫和、可控性強(qiáng)、反應(yīng)靈活性高、反應(yīng)裝置簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)被應(yīng)用于含鹽廢水處理，包括含難生物降解有機(jī)物含鹽工業(yè)廢水[2]和海水養(yǎng)殖廢水[3]等，其缺點(diǎn)是電極材料成本相對(duì)較高，經(jīng)濟(jì)型方面尚需進(jìn)一步優(yōu)化。

如果將微生物與電氧化法強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，會(huì)有怎樣的奇妙反應(yīng)？

微生物與電氧化法的“夢(mèng)幻聯(lián)動(dòng)”

海水養(yǎng)殖業(yè)具有高密度、集約化的特征，對(duì)于養(yǎng)殖海水的處理就需要重點(diǎn)關(guān)注其實(shí)用性，選用高效率、低成本、操作簡(jiǎn)便的處理技術(shù)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(dǎo)率較高，高電導(dǎo)率也決定了電氧化處理海水養(yǎng)殖水先天優(yōu)勢(shì)，電化學(xué)與微生物相結(jié)合脫氮可以有效避免生物法亞硝氮積累問(wèn)題[4]，又彌補(bǔ)電化學(xué)法對(duì)水體pH的影響問(wèn)題。初期僅對(duì)微生物與電氧化法結(jié)合進(jìn)行研究，更多關(guān)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(yùn)行的特征被廣泛應(yīng)用。

微生物與電氧化法相結(jié)合除了通過(guò)間接氧化的方式去除污染物，還可以通過(guò)低電流改變微生物群落結(jié)構(gòu)和功能，在一定程度上強(qiáng)化脫氮性能，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效地脫氮。電化學(xué)刺激對(duì)細(xì)胞的生物膜的結(jié)構(gòu)、細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞行為、新陳代謝和生命過(guò)程均有影響，隨著細(xì)胞質(zhì)膜通透性的提高，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)膜轉(zhuǎn)移被促進(jìn)，細(xì)菌代謝分泌出細(xì)胞內(nèi)容物和細(xì)胞外糖蛋白，以此影響ATP的合成和生產(chǎn)[5]。在電化學(xué)參與的微生物脫氮處理過(guò)程中，可以有效提高微生物的活性，純電化學(xué)作用脫氮率僅占電化學(xué)和微生物共同作用時(shí)的30%[6]。生物與電化學(xué)的“夢(mèng)幻聯(lián)動(dòng)”，使其成為一種新型綠色的工藝，可高效、經(jīng)濟(jì)、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(yīng)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(shù)將為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展保駕護(hù)航，在環(huán)境保護(hù)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(xiàn)

李秋芬,康傳磊,張艷,等.高效脫氮菌強(qiáng)化掛膜生物濾器對(duì)海水養(yǎng)殖尾水凈化效果研究[J].中國(guó)水產(chǎn)科學(xué),2021,28(05):614-623.

劉浩,陳勇,劉曉東,等.電化學(xué)氧化法處理工業(yè)廢水現(xiàn)狀研究進(jìn)展[J].廣東化工,2021,48(05): 100-102+116.

Lin ShiHui ,Wu zhi Long.Electrochemical removal of nitrite and ammonia for aquaculture[J]. Pergamon,1996,30(3):715-721.

楊玉珍,王婷,馬文鵬.水環(huán)境中氨氮危害和分析方法及常用處理工藝[J].山西建筑,2010,36(20):356-357.

Mozah Zeyoudi，Eiman Altenaiji，Lutfiye Y. Ozer a, et al. Impact of continuous and intermittent supply of electric field on the function and microbial community of wastewater treatment electro-bioreactors - ScienceDirect[J]. Electrochimica Acta, 2015, 181:271-279.

Sun Jingqiu, Hu Chengzhi, Tong Tiezheng, et al. Performance and Mechanisms of Ultrafiltration Membrane Fouling Mitigation by Coupling Coagulation and Applied Electric Field in a Novel Electrocoagulation Membrane Reactor[J]. Environmental Science and Technology, 2017, 51(15):8544-8551

作者：王詩(shī)涵（大連海洋大學(xué)水產(chǎn)設(shè)施養(yǎng)殖與裝備工程研究中心研究生）

科學(xué)性審核：宋婧（大連海洋大學(xué)水產(chǎn)設(shè)施養(yǎng)殖與裝備工程研究中心副教授、研究生導(dǎo)師）

策劃：劉雅丹、劉鷹（浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院博士生導(dǎo)師）

編輯：武玥彤