生物過濾(Living BiologicalFiltration)是指任何采用活體生物去除水中雜質的廢水處理技術，主要包括植物過濾、微生物過濾、動物過濾等。目前集約化水產養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。傳統的生物膜濾器因具有產生污泥少、運行管理方便、動力消耗少等特點，在水產養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，容易造成硝態氮積累等缺點。植物濾器結構簡單，可以有效吸收養殖廢水中溶解態的氮、磷污染物，并將其轉化為經濟產品，但是單獨使用對養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殖水體中的顆粒物質。大型海藻過濾、生物膜過濾和動物過濾復合處理養殖循環水技術通過優勢互補，達到水質凈化和廢物綜合利用的目的。我國在該領域的研究還為數不多。

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、轉移等作用，達到減少或最終消除養殖循環水污染的目的，使循環水得到凈化。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的氮、磷等營養物質來合成自身，有效降低養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水體中氨的去除和吸收。當這些海藻收獲時，營養鹽就從循環系統內部轉移到系統外部，將環境污染物轉化為海藻產品。因此，該技術具有低成本、低能耗等優點。諸多研究表明，水生植物還能有效增加養殖水體的溶解氧，并可回收植物產品作為養殖生物的餌料，大大增加了水產養殖系統的生產率。但單獨利用水生植物凈化養殖水體，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，使養殖水體得到一定程度的凈化，但不會將溶解態的氮從封閉養殖系統中去除，而是將氨氮轉化為硝酸鹽，從而導致硝酸鹽的大量積累。據報道，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下降，而且富含硝酸鹽的養殖廢水直接排放，還會造成水體富營養化。

動物過濾是指濾食性動物在養殖系統中通過濾食水中的顆粒態物質，從而起到凈化水質的作用。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殖過程中產生的大顆粒殘餌及底質中的有機質而成為水產養殖環境清潔者。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，包括浮游植物、浮游動物、微生物、有機碎屑等，使養殖循環系統有機物負荷大大降低。

復合生物過濾技術根據生態學中的食物鏈關系，最佳配置生物種群，使環境資源得以充分利用，增加系統生產力，并將系統中的營養鹽、有機物等廢棄物最大限度地轉化為環境友好型產品。復合生物過濾技術是遵循生態學原理的工廠化水產養殖工藝設計。

2復合生物過濾技術凈化養殖水體研究

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，對營養物的吸收能力、生長速度和經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，用于水產養殖的廢水處理。

2.2復合生物過濾技術在水產養殖廢水處理中的特點

復合生物過濾技術具有以下特點: (1)提高水產養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的正常運轉。(2)提高閉合水產養殖系統的生產力。利用復合生物過濾技術凈化養殖廢水具有相當大的潛力，因植物和動物的收獲會產生一定的經濟效益和生態效益，最大限度地將投入系統的餌料轉化為環境友好的水產品。(3)實現真正意義上的“養殖污水零排放”，成功解決養殖循環系統中硝酸鹽的積累問題。(4)同時為養殖循環水提供新鮮氧氣，減少能源消耗，有助于降低生產成本。因此，復合生物過濾技術在水產養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養殖中的應用

2.3.1植物濾器與微生物濾器聯合使用復合生物過濾技術在養殖循環水系統中已有了一些研究，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
石莼養殖密度1.0 g/L)與微生物復合生物過濾技術對養魚循環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對鮑魚循環水體中氨氮和有機物的去除率分別保持在80%和40%以上，并且對鮑魚養殖水體溶氧和pH值有良好的調節和改善作用。采用水產養殖機械—細菌—草綜合水處理系統養殖淡水白鯧，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殖過程中產生的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養殖系統水處理，植物(孔石莼)濾器對養殖水體中總氨氮(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，在海帶養殖密度7.5 g/L、石莼養殖密度2 g/L、牡蠣的放養密度為
1 000 g/20 L條件下，對養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養殖也有應用。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殖池污染，微生物制劑質量濃度達到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，結果發現加入大型藻的文蛤養殖系統中氨氮、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系統中氨氮的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，在養殖水體模擬系統中加入蠣菜，對NH4-N及PO4-P有明顯吸收效果。宮西尚一研發出一種使用“特殊生物包”的封閉式循環水海水無脊椎動物養殖系統，在該系統中，海產動物與多毛類動物、微生物、藻類之間形成了食物鏈關系。多毛類動物(沙蠶等)對海產動物(海膽、海參、魁蛤、文蛤等)的殘餌和糞便起凈化作用，對養殖生物有毒的氨氮經由微生物的硝化作用變成了無毒的硝態氮，而硝態氮是藻類的營養物質。線薇薇等發現梭魚對養殖環境中顆粒態有機
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殖循環系統。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，氨氮質量濃度維持在0.3 mg/L以下，亞硝酸鹽質量濃度在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，將氨氮最終轉化為海藻產品。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殖循環系統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展新趨勢

除了濾食性貝類可以用于養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養殖廢水中顆粒態殘餌的能力，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曲線降低。不僅如此，繁茂膜海綿還具有濾食養殖水體中大腸桿菌和弧菌的能力。經24 h處理后，海水中總大腸菌群和弧菌的數量分別比初始數量降低55.1% ~91.3%和55.7% ~96.3%。這些研究表明，養殖循環水處理正在朝著生態型、環境友好型方向發展，處理效率逐漸提高，系統越來越穩定。

3結語

隨著對養殖循環水處理技術的發展，單一的或者2種水處理技術簡單組合已不適應水產養殖廢水處理的需要。設計低成本、低耗能、高凈化效率的符合生態學原理的水處理工藝，達到養殖廢水的重復利用和對環境的無污染是今后養殖廢水處理的發展方向。這些處理技術將更加強調生態系統中生產者、消費者、分解者之間動態和合理的平衡，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，“治”“用”結合，是現代農業綜合利用和可持續發展思想的體現，是對水產養殖污水處理方式的重要補充和發展。
復合生物過濾技術在我國還處于起步階段，缺乏系統的研究資料和成果，其中各種生物濾器之間參數的優化組合、養殖循環系統脫氮技術等需要進一步研究。