目前國(guó)內(nèi)外使用最多的微生物凈化技術(shù)是投菌技術(shù)和生物膜技術(shù)等。投菌技術(shù)是直接向污染水體中接入外源的污染降解菌，然后利用投加的微生物激活水體中原本存在的可以自凈的、但被抑制而不能發(fā)揮其功效的微生物，并通過(guò)它們的迅速增殖，強(qiáng)有力地鉗制有害微生物的生長(zhǎng)和活動(dòng)，從而消除水域中的有機(jī)污染及水體的富營(yíng)養(yǎng)化。目前國(guó)內(nèi)外常用的有集中式生物系統(tǒng)(central biological system，CBS)、高效復(fù)合微生物菌群(EM)及固定化細(xì)菌等技術(shù)。
CBS技術(shù)是由美國(guó)CBS公司的科學(xué)家開(kāi)發(fā)研制的一種高科技生物修復(fù)技術(shù)，它是由幾十種具備各種功能的微生物組成的一個(gè)良性循環(huán)的微生物系統(tǒng)。重慶桃化溪在2000年3-4月間曾使
用CBS技術(shù)凈化河水。結(jié)果顯示，BOD的去除率為83.1%~86.6%，COD的去除率為74.3%~80.9%，氮的去除率為53%~68.2%，磷的去除率為74.3%~80.9%，凈化效果十分明顯。固定化微生物技術(shù)是通過(guò)一定的包埋方式將生化處理菌種固定在一個(gè)適宜其繁殖、生長(zhǎng)的微環(huán)境中的技術(shù)，從而達(dá)到有效降解養(yǎng)殖廢水中某些特定污染物的目的。目前一般是經(jīng)過(guò)富集、培養(yǎng)、篩選得到的高密度生化處理混合菌，包埋在海藻酸鈉、PVA等凝膠材料中，結(jié)果使天然海水環(huán)境中相對(duì)貧乏的菌種在包埋體系中形成優(yōu)勢(shì)菌種，并且使包埋體系中的生化處理菌不易隨意流失，從而達(dá)到有效處理養(yǎng)殖廢水的目的。由于固定化微生物密度高、活性強(qiáng)、反應(yīng)速度快，與常規(guī)的微生物掛膜生化處理技術(shù)相比，對(duì)氨氮和某些難生物降解有機(jī)物具有顯著去除作用，因此該技術(shù)有望成為海水工廠化養(yǎng)殖廢水處理的重要生化處理技術(shù)。
生物膜技術(shù)是廢水連續(xù)流經(jīng)固體填料(碎石、塑料填料等)，在填料上就會(huì)生成生物膜，生物膜繁殖著大量的微生物，起到凈化廢水的作用，生物膜法有多種處理構(gòu)筑物，其中有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化和生物流化床等。也可通過(guò)共代謝作用，利用微生物和植物或動(dòng)物的共同作用來(lái)得到除污效果。
植物作用
大型藻類能通過(guò)光合作用吸收固定水體的C、N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)合成自身，同時(shí)增加水體溶解氧。對(duì)大型海藻化學(xué)成分的分析表明，大型海藻組織中具有豐富的氮庫(kù)，可以高效地吸收儲(chǔ)存大量的營(yíng)養(yǎng)鹽。大型海藻組織中的營(yíng)養(yǎng)庫(kù)一般包括:無(wú)機(jī)氮庫(kù)、氨基酸氮庫(kù)和非蛋白可溶性有機(jī)氮庫(kù)(如葉綠素、藻紅素等)、蛋白質(zhì)氮庫(kù)(如酶類)等。在小水體的魚(yú)類養(yǎng)殖系統(tǒng)中，利用海藻吸收養(yǎng)殖廢水中的無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽，能減少水體中約50%的NH4-N，同時(shí)海藻的凈產(chǎn)量可以提高18%，另外，大型海藻對(duì)污染環(huán)境也具有較強(qiáng)的耐受力和清潔作用，有報(bào)道表明在受金屬和有機(jī)污染的海區(qū)種植大型海藻，可以提高水體DO，降低BOD、POC以及銅、鋅、鉛和鎘等金屬含量，促進(jìn)污染區(qū)環(huán)境的恢復(fù)。藻類可以有效地富集和降解農(nóng)藥、烷烴、偶氮染料、淀粉、酚類、鄰苯二甲酸酯及金屬有機(jī)染料物等多種有機(jī)化合物。
水生動(dòng)物作用
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者和研究人員致力于利用水生動(dòng)物對(duì)水體中有機(jī)和無(wú)機(jī)物質(zhì)的吸收和利用來(lái)凈化污水，通過(guò)水生動(dòng)物直接吸收營(yíng)養(yǎng)鹽類、有機(jī)碎屑、細(xì)菌和浮游植物，取得明顯的效果。能凈化污水的水生動(dòng)物主要有濾食性魚(yú)類，雙殼貝類以及水氵蚤等小型浮游動(dòng)物等。
魚(yú)類的凈化作用 遮目魚(yú)在海中生活時(shí)以底棲藻類及多細(xì)胞植物碎屑為餌，它是我國(guó)臺(tái)灣省蝦池中混養(yǎng)的主要魚(yú)類，另外，梭魚(yú)、鯔魚(yú)、莫桑比克羅非魚(yú)等也能利用藻類及有機(jī)碎屑，可與對(duì)蝦混養(yǎng)，起凈化水質(zhì)的作用。據(jù)對(duì)鯔魚(yú)食性分析，腐敗有機(jī)物占38%~50%，砂粒28%~30%，藍(lán)綠藻12%~16%，硅藻15%~18%，無(wú)脊椎動(dòng)物0.2%~2%(費(fèi)鴻年，1960)。
雙殼貝類的凈化作用 雙殼貝類多是濾食水中的浮游生物、有機(jī)碎屑等餌料的，通過(guò)其濾食活動(dòng)，起到凈化水質(zhì)的作用。在對(duì)蝦養(yǎng)殖池塘中，可混養(yǎng)縊蟶、牡蠣、文蛤、扇貝等，來(lái)減輕池水的富營(yíng)養(yǎng)化，而且其本身也具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。據(jù)張德玉報(bào)道(1991)蝦池混養(yǎng)適量扇貝會(huì)起到凈水的作用，放養(yǎng)扇貝前化學(xué)耗氧量在6.5mg/L，放養(yǎng)扇貝后到8月10日降到2.70mg/L，8月15日降到2.24 mg/L。
水氵蚤等小型浮游動(dòng)物的凈化作用 水氵蚤等小型浮游動(dòng)物的食物主要是細(xì)菌、單細(xì)胞藻類和有機(jī)碎屑等，其濾食活動(dòng)也有凈化水質(zhì)的作用。
固定化微生物
固定化微生物技術(shù)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一門新興生物技術(shù)。該技術(shù)利用物理或化學(xué)的措施將游離微生物細(xì)胞或酶定位于限定的空間區(qū)域，并使其保持活性從而反復(fù)利用，具有效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、反應(yīng)易控制、對(duì)環(huán)境耐受力強(qiáng)、保持菌種高效等優(yōu)點(diǎn)。目前經(jīng)常采用的生物固定化方法主要有吸附法、包埋法、交聯(lián)法和共價(jià)結(jié)合法，尤以包埋法和吸附法最為常用。選擇合適的固定化細(xì)胞載體是這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵，固定化細(xì)胞載體主要有天然高分子凝膠載體(瓊脂、海藻酸鈣等)和有機(jī)合成高分子凝膠載體(如聚乙烯醇PVA、聚丙烯酰胺ACAM等)。因?yàn)镻VA凝膠具有無(wú)毒、廉價(jià)、對(duì)細(xì)胞活性損傷小、抗微生物分解和機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)，被認(rèn)為是目前最有效的固定化載體之一。Nagadomi等使用由PVA-硼酸和海藻酸材料固定化的光合細(xì)菌處理水產(chǎn)廢水，試驗(yàn)結(jié)果表明，固定化PVA球的水質(zhì)凈化能力比海藻酸鹽固定化球強(qiáng)。
目前對(duì)處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的固定化菌株研究得較多的是光合細(xì)菌和硝化細(xì)菌。將光合細(xì)菌同載體結(jié)合并固定化，不僅可以增強(qiáng)沉降性，使水質(zhì)凈化效率提高、穩(wěn)定性增強(qiáng)，微生物質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高；同時(shí)還具有抗環(huán)境因子影響能力強(qiáng)，可長(zhǎng)期保持包埋菌占優(yōu)勢(shì)而防止其它有害菌生長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。鄭耀通等[16]凈化模擬養(yǎng)殖水質(zhì)的試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)PVA、SiO2、CaCO3、海藻酸鈉組成的凝膠液固定化后的光合細(xì)菌可顯著提高氨氮和COD的去除率，并能增加溶解氧。加入固定化光合細(xì)菌15d后，氨氮含量下降98.9 %，溶解氧增加63.4%，COD去除率為70.6%。由此可以看出，固定化光合細(xì)菌在去除氨氮、有機(jī)物質(zhì)和增加溶解氧方面有明顯的優(yōu)越性。硝化細(xì)菌主要用于生物脫氮。黃正等選用PVA作為硝化細(xì)菌包埋體，添加適量粉末活性炭包埋固定化硝化污泥，制備固定化小球，經(jīng)6周馴化后處理養(yǎng)殖廢水，COD的去除率為74.9 %，氨氮的去除率達(dá)82.5 %。Kim等為評(píng)估固定化硝化細(xì)菌處理海水循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)廢水的脫氮特性，以PVA-硼酸法制備凝膠固定硝化細(xì)菌，試驗(yàn)結(jié)果表明，運(yùn)行30~40 d后，氨氮的去除率達(dá)98%，亞硝酸鹽的累計(jì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)從6 mg/L降到0.1 mg/L以下；當(dāng)海水鹽度不同時(shí)，硝化細(xì)菌的活性恢復(fù)時(shí)間相同；在條件適宜、RHT為0.3 h時(shí)，氨氮的最高去除率可達(dá)82 g/m3.d?？梢?jiàn)固定化硝化細(xì)菌技術(shù)對(duì)處理海水循環(huán)養(yǎng)殖廢水表現(xiàn)出很好的脫氮效果。
藻類固定化技術(shù)起始于20世紀(jì)80年代，與游離藻類相比，固定化藻類具有細(xì)胞密度高、反應(yīng)速度快、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、藻細(xì)胞流失少等優(yōu)點(diǎn)。嚴(yán)國(guó)安用海藻酸鈣凝膠包埋固定斜生柵藻凈化廢水，試驗(yàn)結(jié)果表明，固定化斜生柵藻對(duì)氨氮和正磷酸鹽的凈化效果明顯高于未固定斜生柵藻。W ilkinson對(duì)活性藻類的固定化研究結(jié)果表明，固定化藻類對(duì)重金屬的去除效率要比懸浮藻高，速率更快。藻類固定化技術(shù)在廢水處理中具有廣闊的應(yīng)用前景，但是，該技術(shù)目前主要處于實(shí)驗(yàn)研究階段，在實(shí)際應(yīng)用中還存在許多問(wèn)題，如對(duì)固定化微生物的凈化機(jī)制及其保存、批量生產(chǎn)等的研究尚未完善。
微生物固定化技術(shù)能夠有效凈化養(yǎng)殖水體，降低環(huán)境污染并有利于建立高效率的循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)，降低生產(chǎn)成本，從而促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。相信經(jīng)過(guò)不斷的研究和改進(jìn)，固定化微生物技術(shù)一定能在養(yǎng)殖廢水生物處理的實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮巨大潛力。
