2.1. 物理過濾
物理過濾主要分為機(jī)械過濾和泡沫分離兩種。目前常用的養(yǎng)殖尾水機(jī)械過濾裝置有微濾機(jī)、弧形篩兩種；常用的泡沫分離裝置有氣浮機(jī)和蛋白質(zhì)分離器兩種。
機(jī)械過濾裝置的原理均為養(yǎng)殖尾水在經(jīng)過裝置濾網(wǎng)后，固體物質(zhì)被過濾收集起來，而養(yǎng)殖尾水順利通過篩絹或金屬網(wǎng)進(jìn)入下一個(gè)處理裝置。常見的微濾機(jī)有轉(zhuǎn)鼓式、轉(zhuǎn)盤式、格柵式和履帶式四種，目前海水養(yǎng)殖尾水處理中常用的是轉(zhuǎn)鼓式和履帶式微濾機(jī)。制造成本高、占地面積大、過濾效率低、濾布更換頻繁是困擾微濾機(jī)應(yīng)用的主要問題?；⌒魏Y在使用過程中無機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，不產(chǎn)生能耗，且安裝操作維護(hù)均較為簡單，但弧形篩對(duì)材料的剛性和韌度要求較高，整體造價(jià)較高。
過濾效率及抗腐蝕性是機(jī)械過濾裝置的核心問題。隨著機(jī)械過濾的進(jìn)行，過濾裝置表面的微孔會(huì)被水體中的固形物堵塞，嚴(yán)重影響過濾效率。反沖洗是過濾網(wǎng)再生的重要環(huán)節(jié)，反沖洗效果的好壞對(duì)過濾系統(tǒng)有極大影響。反沖洗的工作原理是：使用反沖洗泵抽取過濾后的水或者新源水，通過噴頭噴射水柱對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行由外往內(nèi)的沖洗，從而清除堆積在濾網(wǎng)表面的固體懸浮物。由于機(jī)械過濾裝置長期在海水中工作，因此其抗腐蝕性尤為重要，其金屬組成部件一般均需采用316L不銹鋼制作。
泡沫分離裝置的原理是通過在水中產(chǎn)生大量的微細(xì)氣泡，使空氣以高度分散的微小氣泡的形式附著在懸浮物顆粒上，造成密度小于水的狀態(tài)，利用浮力原理使其浮在水面，從而實(shí)現(xiàn)固–液分離。目前氣浮機(jī)及蛋白分離器裝置已非常成熟，并廣泛應(yīng)用在海水養(yǎng)殖中 ，其關(guān)鍵點(diǎn)是微細(xì)氣泡的產(chǎn)生及射流距離。
2.2. 生物接觸氧化處理
生物接觸氧化處理是原位水處理工藝的核心，其主要目的是通過生物接觸氧化法降低水體中氨元素，提高養(yǎng)殖水的重復(fù)利用率。生物接觸氧化處理工藝主要由微生物附著基和微生物組成 。微生物附著基的來源和形狀多種多樣，如無機(jī)材料、有機(jī)材料、粒狀、環(huán)狀、球狀、線狀等。目前常見的微生物附著基有沸石、麥飯石、活性炭、纖維球、纖毛刷、陶瓷環(huán)、高分子材料等，這些材料均具有合適的比表面積，既能為硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌提供充足的附著場所，又不易被堵塞；微生物附著基還要具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，能夠抵抗水流的沖擊 ；此外，微生物附著基的形狀和空隙不能阻礙水的流動(dòng)。
生物接觸氧化法的核心是微生物的掛膜，完全成熟的生物膜由硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、微藻、凈化細(xì)菌和一些原生生物組成 ，且以硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌為主。硝化細(xì)菌又分為亞硝酸菌(氨氧化劑)和硝酸菌(亞硝酸氧化菌)，前者負(fù)責(zé)將 NH+4NH4+ 氧化為亞硝酸，后者將亞硝酸氧化成硝酸氮；反硝化細(xì)菌負(fù)責(zé)將硝酸氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)狻?
亞硝酸菌轉(zhuǎn)化水體中氨氮的反應(yīng)式如下：
NH3+H2O→NH+4+OH?NH3+H2O→NH4++OH?(1)
2NH+4+3O2→2NO2+4H++2H2O2NH4++3O2→2NO2+4H++2H2O(2)
硝酸菌轉(zhuǎn)化水體中亞硝酸的反應(yīng)式如下：
2HNO2+O2→2HNO32HNO2+O2→2HNO3(3)
反硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化水體中硝酸的反應(yīng)式如下 ：
NO?3+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.056C5H7NO2+0.47N2+1.68H2O+HCO?3NO3?+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.056C5H7NO2+0.47N2+1.68H2O+HCO3?(4)
由上述反應(yīng)式可見，硝化和反硝化反應(yīng)的適宜條件是不一樣的，硝化過程需要有氧環(huán)境，反硝化過程需要厭氧和偏堿性環(huán)境。實(shí)驗(yàn)條件下，硝化反應(yīng)過程中，水體中的溶氧下降的很快，如不及時(shí)充氣，硝化反應(yīng)將會(huì)停止。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，水處理的生物濾池硝化部分需要充氣。反硝化細(xì)菌需要厭氧和偏堿性環(huán)境，而在實(shí)際生產(chǎn)中，厭氧條件較容易滿足，而水體的酸堿度調(diào)節(jié)較為復(fù)雜。此外，由于硝化細(xì)菌屬于自養(yǎng)型細(xì)菌，而反硝化細(xì)菌屬于異養(yǎng)型細(xì)菌，故反硝化細(xì)菌比硝化細(xì)菌更為脆弱，不易培養(yǎng)，但工作效率更高。理想的生物濾池可分為兩個(gè)獨(dú)立的部分，前一部分為硝化部分，保證充足供氧，同時(shí)也可以通過吊養(yǎng)大型藻類，降低水體中磷酸鹽、增加溶氧 ；后一部分為反硝化部分，要求保持厭氧環(huán)境，同時(shí)能夠方便的調(diào)整酸堿度。
影響生物接觸氧化法對(duì)養(yǎng)殖尾水處理效果的因素主要有菌水接觸時(shí)間、菌種純度與密度、溫度、酸堿度、溶氧、鹽度、附著基的物理性狀等。一般來說，生物膜處理養(yǎng)殖尾水要求保證尾水與生物膜的接觸超過一定時(shí)間，使菌水有充足的反應(yīng)時(shí)間。故在建設(shè)生物反應(yīng)池時(shí)，需要考慮尾水的流經(jīng)速度、時(shí)間。其次，微生物菌種的純度、密度與養(yǎng)殖尾水的處理效果密切相關(guān)。在適宜的溫度下，保證充足的溶氧及氨氮和亞硝酸氮含量，有助于硝化細(xì)菌的生長，并保持優(yōu)勢菌種的地位；而在厭氧環(huán)境下，適當(dāng)調(diào)節(jié)水體酸堿度，有助于反硝化細(xì)菌的生長，并保持優(yōu)勢菌種的地位；細(xì)菌的密度與微生物附著基的物理性狀有關(guān)，附著基的比表面積大，可以為微生物提供更多的繁衍場所，有利于提高微生物的密度。此外，附著基的物理性狀還與生物濾池的體積密切相關(guān)，物理性狀好(比表面積大)的附著基可以降低生物濾池的體積。
目前常用于養(yǎng)殖尾水處理的微生物多來自池塘 、城市污水、工業(yè)廢水 等，其工作時(shí)的環(huán)境因子(如溫度、溶氧、酸堿度、底物種類與濃度)并不一致 。海水養(yǎng)殖尾水的水體一般較大，且為了提高海水的循環(huán)利用率，海水的溫度、酸堿度和鹽度需要保持相對(duì)穩(wěn)定，而這些環(huán)境因子是影響微生物工作效率的關(guān)鍵因素。在海水工廠化養(yǎng)殖中，生物濾池中的微生物主要以定向條件下的自然繁殖為主。一般的工藝流程為：在已經(jīng)構(gòu)建好的生物濾池中，加入適量的NH4Cl和NaNO2，充氣，定向培養(yǎng)，一定時(shí)間后，通過檢測水體中 NH+4NH4+ 和 NO?2NO2? 濃度的變化，判斷生物濾池是否熟化完全。由于微生物生長存在指數(shù)增長期、平臺(tái)期、老化期，故水體中 NH+4NH4+ 和 NO?2NO2? 濃度變化會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的規(guī)律，這種工藝一般耗時(shí)較長 。針對(duì)這一問題，研究者從微生物的定向篩選方面入手，篩選出了異養(yǎng)硝化細(xì)菌 ，好氧反硝化細(xì)菌 ，采用固定化硝化細(xì)菌 、建立同步短程硝化反硝化 等方式，縮短生物濾池熟化時(shí)間，提高生物濾池處理效率。
2.3. 消毒、增氧及調(diào)溫
水產(chǎn)養(yǎng)殖中常用的消毒方法分為物理消毒(紫外光)和化學(xué)消毒(二氧化氯、臭氧)，海水工廠化養(yǎng)殖中常用的是物理消毒法，即紫外殺毒法和臭氧殺毒法，關(guān)于這兩種方法的研究報(bào)道已經(jīng)較多 ，在此不再贅述，這兩種技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)是要控制好殺毒的時(shí)間和距離。
集約化養(yǎng)殖過程中，養(yǎng)殖密度較大，水體中溶氧消耗很快，因此需要及時(shí)向水體中增加氧氣。通常是利用空氣壓縮機(jī)通過管道將空氣輸送至養(yǎng)殖水體中，養(yǎng)殖水體中溶氧的含量要保持在6 mg/L以上。有研究表明，隨著養(yǎng)殖水體中溶氧含量的增加，養(yǎng)殖生物的生長速度加快，而水體水質(zhì)指標(biāo)更穩(wěn)定 ，且能緩解養(yǎng)殖密度帶來的脅迫 。因此，純氧充氣已成為高密度循環(huán)水養(yǎng)殖必不可少的裝備之一。
研究表明，水體溫度直接影響?zhàn)B殖魚類的存活、生長和攝食，工廠化養(yǎng)殖的優(yōu)點(diǎn)是能維持養(yǎng)殖環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定，其中維持養(yǎng)殖水體的溫度是整個(gè)養(yǎng)殖過程中能耗部分，也是限制海水工廠化養(yǎng)殖規(guī)模發(fā)展的主要瓶頸問題。由于國家環(huán)保政策的改變，燃煤調(diào)溫被逐漸取締，電能、地?zé)?、空氣熱逐漸成為海水工廠化養(yǎng)殖的主要調(diào)溫手段。冷水機(jī)組常被用來降低養(yǎng)殖水的溫度，而熱泵機(jī)組常被用來提高養(yǎng)殖水的溫度 ，前者主要依賴的是電能，而后者的能源有地?zé)帷⒖諝鉄岬榷喾N形式。隨著技術(shù)的進(jìn)步，毛細(xì)管換熱器 、溫室調(diào)溫 、太陽能調(diào)溫等技術(shù)發(fā)展日趨成熟，為海水工廠化養(yǎng)殖的快速發(fā)展提供基礎(chǔ)。
3. 海水魚類工廠化養(yǎng)殖尾水異位水處理技術(shù)
海水魚類工廠化養(yǎng)殖尾水異位處理的設(shè)計(jì)理念是針對(duì)原位水處理設(shè)備集成度高、造價(jià)高、能耗高等問題，將尾水引出養(yǎng)殖系統(tǒng)，利用各種方法處理養(yǎng)殖尾水后循環(huán)使用，其特點(diǎn)是占地面積大、營養(yǎng)素利用充分、系統(tǒng)穩(wěn)定、維護(hù)方便。按照處理養(yǎng)殖尾水的方法，可分為物理處理法、化學(xué)處理法、生物處理法，按照處理的形式，可分為生物浮床法、人工濕地法、生物絮團(tuán)法、藻類藕聯(lián)法等。下面按照養(yǎng)殖尾水的處理形式對(duì)其一一介紹。
3.1. 生物浮床法
生物浮床法目前多見于淡水池塘養(yǎng)殖水處理中 ，其原理是在池塘養(yǎng)殖水上部建立浮床，上面栽種空心菜、水雍菜等挺水性或漂浮性水生植物 ，利用水生植物的生長吸附水體中氮磷等營養(yǎng)素。魚菜共生模式是生物浮床法的具體體現(xiàn)。海水池塘中常用的浮床植物有海馬齒 、堿蓬 、海蓬子和堿菀。海水養(yǎng)殖生物浮床對(duì)水生植物的要求是根系發(fā)達(dá)、耐鹽堿、溫度耐受度高，一般選擇海水養(yǎng)殖當(dāng)?shù)赝林参餅橐恕?
3.2. 人工濕地法
人工濕地處理養(yǎng)殖尾水的原理是利用“土壤–植物–微生物”三者構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)，通過物理和生物的方法去除水體中的懸浮物、氮磷元素。目前研究最多的、應(yīng)用最為成熟的處理養(yǎng)殖尾水的人工濕地是紅樹林人工濕地 。紅樹林被稱為海洋“清道夫”，具有“抗污”和“降污”的功能。但紅樹林生長于熱點(diǎn)、亞熱帶，不適應(yīng)于北方海水工廠化養(yǎng)殖尾水的處理。張海耿等利用蘆葦、細(xì)沙、蛭石等構(gòu)建了人工濕地處理海水工廠化養(yǎng)殖尾水，得到了較好的處理效果。
3.3. 生物絮團(tuán)法
生物絮團(tuán)是通過人為調(diào)節(jié)水體中的C/N，提高水體中異養(yǎng)微生物的活性和數(shù)量，將水體中的氨氮轉(zhuǎn)化為菌體蛋白，形成的絮團(tuán)狀物質(zhì)。這些絮團(tuán)狀物質(zhì)可被養(yǎng)殖動(dòng)物攝食，從而降低水體中的氮元素。研究表明：生物絮團(tuán)可以有效控制水質(zhì)，增加水體微生物的代謝活性，影響水體微生物代謝功能。但生物絮團(tuán)除了培養(yǎng)時(shí)要額外添加碳源外 ，對(duì)維護(hù)的技術(shù)要求也相對(duì)較高 。
3.4. 藻類藕聯(lián)法
藻類是海水中的土著植物，適應(yīng)力強(qiáng)、生長速度快，是處理養(yǎng)殖尾水的生物。研究表明大藻 、微藻 均能快速處理尾水中的無機(jī)氮和活性磷酸鹽。目前常用的方法有菌藻藕聯(lián)處理法 、蝦–貝–藻藕聯(lián)處理法 、及魚–貝–藻–參藕聯(lián)處理法等。該方法的優(yōu)點(diǎn)是能充分利用養(yǎng)殖尾水中的營養(yǎng)素，但缺點(diǎn)也十分明顯，即藕聯(lián)的生物種類越多，各生物容量和最適生長環(huán)境越難調(diào)和，系統(tǒng)越脆弱。
上面介紹的幾種養(yǎng)殖尾水的異位處理方法，比較適合對(duì)養(yǎng)殖尾水進(jìn)行二級(jí)處理，一級(jí)處理(養(yǎng)殖尾水中固體懸浮物的去除)需提前進(jìn)行。一級(jí)處理過濾出的主要為殘餌和糞便等固形物，這些固形物中氮元素含量較高，但由于鹽度較高，較難重復(fù)利用，目前已在研究將其開發(fā)為刺參配合飼料原料，或者利用特種蚯蚓將其轉(zhuǎn)化為生物有機(jī)肥料。
