水族館養(yǎng)殖水環(huán)境修復(fù)簡(jiǎn)述

水族館養(yǎng)殖水環(huán)境越來(lái)越受到業(yè)界相關(guān)管理者的重視，其好壞直接影響到生物的生長(zhǎng)或健康水平。水族館水環(huán)境修復(fù)研究的開(kāi)展需要大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然而這些數(shù)據(jù)的獲取需要系統(tǒng)的、完善的試驗(yàn)及長(zhǎng)時(shí)間的積累。針對(duì)我國(guó)水族館行業(yè)還未形成較系統(tǒng)、完善的水環(huán)境修復(fù)方法這一現(xiàn)狀，作者通過(guò)調(diào)查研究、查閱文獻(xiàn)對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有水環(huán)境修復(fù)方法進(jìn)行了梳理和匯總，確定了整體的研究框架。從物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)三個(gè)方面分別對(duì)水質(zhì)凈化進(jìn)行匯總介紹。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了每種修復(fù)的概念、分類(lèi)、不同方法的特點(diǎn)及其之間的比較。

水族館養(yǎng)殖水環(huán)境是一種復(fù)雜而脆弱的人工生態(tài)系統(tǒng)，是一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)。在這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，養(yǎng)殖的魚(yú)類(lèi)或大型水生生物被設(shè)定為生物鏈的頂端，人為地引入了人工餌料，而削弱了其他因子。大量殘餌、生物殘骸、動(dòng)物排泄物等有機(jī)質(zhì)共存于水體中，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，最終影響到生物的健康。王建平等認(rèn)為，飼料自身污染是養(yǎng)殖水環(huán)境惡化的主要因素。在生物總量偏高，水資源有限，而相關(guān)設(shè)備又出現(xiàn)了高負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)水平的情況下，如何防治水環(huán)境的惡化、保持生物基本生存的良好環(huán)境成為了水族館行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。

養(yǎng)殖水環(huán)境修復(fù)是對(duì)健康生態(tài)養(yǎng)殖水環(huán)境保護(hù)的重要措施，是實(shí)現(xiàn)水資源最大利用率的重要手段。按修復(fù)位置可分為原位生態(tài)修復(fù)和異位生態(tài)修復(fù)，水族館水體的修復(fù)可在原位或異位進(jìn)行。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境修復(fù)的各個(gè)領(lǐng)域都進(jìn)行了初步探索，也取得了一定的成果。對(duì)于水族館行業(yè)的水環(huán)境修復(fù)，這種綜合性的探索還很匱乏，本文主要綜合國(guó)內(nèi)外研究成果，匯總水環(huán)境修復(fù)方法從而達(dá)到水質(zhì)凈化的效果。

一、物理修復(fù)

（一）概念

物理修復(fù)是指利用各種材料或機(jī)械對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境施加物理作用，從而達(dá)到改善水環(huán)境的目的，是最傳統(tǒng)的生態(tài)修復(fù)技術(shù)。

（二）方法

1.吸底

由于水體中氮磷懸浮物等大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)往往隨泥沙和動(dòng)植物殘餌沉積水體，在特定條件下，底層營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)又能向水層移動(dòng)，促進(jìn)了上層浮游植物的生長(zhǎng)，在一定程度上加速了水體富營(yíng)養(yǎng)進(jìn)程。用吸底的方法，在改善水體水質(zhì)狀況的同時(shí)，還可以提升養(yǎng)殖水體蓄水量。

2.刷缸（池）

由于展缸中燈照和營(yíng)養(yǎng)鹽的關(guān)系，長(zhǎng)時(shí)間不刷缸，藻類(lèi)等很容易在缸壁附著，形成菌膜，進(jìn)一步會(huì)有寄生蟲(chóng)、水螅、藪枝螅等出現(xiàn)，很是影響觀賞價(jià)值；當(dāng)然了也是致病菌等的棲息場(chǎng)所，對(duì)生物健康造成威脅；同時(shí)動(dòng)植物的呼吸作用也會(huì)影響到pH的波動(dòng)。

3.曝氣

采用人工曝氣裝置向水體充氣或機(jī)械攪動(dòng)等措施增大水與空氣接觸面，以此來(lái)增加溶氧，從而達(dá)到改善水質(zhì)的目的。例如曝氣生物濾池的應(yīng)用，它是封閉循環(huán)海水養(yǎng)殖系統(tǒng)的核心設(shè)備，生物膜成熟快，它能更有效地去除氨氮。還有重力池反沖洗的時(shí)候配以曝氣裝置，效果更好。

4.沙缸過(guò)濾、反沖洗

循環(huán)水反復(fù)經(jīng)過(guò)沙缸，水中的糞便或懸浮顆粒被集中在沙層中，通過(guò)壓力表數(shù)值和透視鏡中水體的渾濁程度進(jìn)行定期反沖洗操作，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的作用。

5．換水

水族魚(yú)缸水分的蒸發(fā)，TDS會(huì)升高，硬度會(huì)升高，可溶性有害物質(zhì)會(huì)積累，時(shí)間久了營(yíng)養(yǎng)成分逐漸不平衡，加速水體富營(yíng)養(yǎng)化過(guò)程，很容易引發(fā)暴藻，少量換水，帶走部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可以維持水質(zhì)的穩(wěn)定，從而達(dá)到水體修復(fù)的目的。換水還可以降低硝酸鹽的濃度，減緩碳酸氫根的消耗，維持pH值的穩(wěn)定。

6．緩釋

緩釋通常指向水添加能夠緩慢釋放酸堿物質(zhì)起pH調(diào)節(jié)的作用，一般有珊瑚沙、火山石、欖仁葉、沉木等。珊瑚沙或貝殼碎片本身具弱堿性，具持續(xù)釋放鈣離、鎂離子特性，提高水硬度，珊瑚沙含豐富孔隙結(jié)構(gòu)，作為濾材還可以培養(yǎng)硝化細(xì)菌。

吸底

刷缸

RO機(jī)

砂缸

次氯酸鈉添加泵

7．截污

對(duì)于引用天然海水的水族館，要做到從源頭上保護(hù)水質(zhì)，防止污染物質(zhì)進(jìn)入水體。內(nèi)陸水族館應(yīng)用的RO水應(yīng)該算是一種源頭上的物理和化學(xué)的綜合修復(fù)，精密的物理過(guò)濾和RO膜的反滲透作用，后面再配備離子樹(shù)脂交換，可以調(diào)節(jié)pH值。

二、化學(xué)修復(fù)

（一）概念

化學(xué)修復(fù)是利用化學(xué)制劑與污染物發(fā)生氧化、還原、沉淀、聚合等反應(yīng)，使污染物從養(yǎng)殖環(huán)境中分離或降解轉(zhuǎn)化成無(wú)毒、無(wú)害的化學(xué)形態(tài)。在水族館養(yǎng)殖行業(yè)中已廣泛應(yīng)用的水質(zhì)改良劑、水質(zhì)消毒劑就是基于這個(gè)原理。

（二）方法

1.絮凝

化學(xué)絮凝所處理的對(duì)象，主要是水中的微小懸浮固體和膠體雜質(zhì)，即降低水體的濁度。大顆粒的懸浮固體由于受重力的作用而下沉，可以用沉淀等方法除去。但是微小粒徑的懸浮固體和膠體，會(huì)在水體中長(zhǎng)期保持分散懸浮狀態(tài)，很難自然沉降。在水中投放三價(jià)鐵鹽或鋁鹽以及高分子混凝劑，經(jīng)水解和縮聚反應(yīng)，生成的高分子化合物可被膠體顆粒吸附，同時(shí)又可被另一個(gè)表面有空位的膠粒吸附，這樣聚合物就起了架橋作用。水族館通常采用添加明礬（硫酸鋁鉀）來(lái)實(shí)現(xiàn)絮凝作用。另一方面，絮凝作用還可以除去磷酸鹽等終產(chǎn)物。

影響絮凝效果的因素較多，主要有水溫、水質(zhì)和水力條件等。

（1）水溫：水溫對(duì)絮凝效果有明顯的影響。無(wú)機(jī)鹽類(lèi)絮凝劑的水解是吸熱反應(yīng)，水溫低時(shí)水解困難，特別是硫酸鋁，當(dāng)水溫低于5℃時(shí)，水解速度非常緩慢。也不利于脫穩(wěn)膠粒相互絮凝，從而影響沉淀處理效果。

（2）pH：水的pH對(duì)絮凝的影響視絮凝劑的品種而異，用硫酸鋁的最佳pH范圍在6.5～7.5。

（3）水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度：天然水中主要含有黏土類(lèi)雜質(zhì)，需要投少量絮凝劑，人工海水有機(jī)物較高時(shí)，需要投加較多的絮凝劑才起效果。

（4）水力條件：整個(gè)混凝過(guò)程中主要分兩個(gè)階段：混合和反應(yīng)?；旌想A段要求使藥劑迅速均勻地?cái)U(kuò)散到整個(gè)水體中以創(chuàng)造良好的水解和聚合條件，使膠體脫穩(wěn)并借顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)和水流進(jìn)行凝聚。反應(yīng)階段要求使混凝劑的微粒通過(guò)絮凝形成大的具有良好沉淀性能的絮凝體。

2.氧化

（1）氯制劑：水族館常用的氯制劑包括次氯酸鈉和二氧化氯。氯制劑水解均產(chǎn)生次氯酸，次氯酸釋放出原子態(tài)氧，其氧化能力比氯高10倍。二氧化氯是一種廣譜殺菌消毒劑和水質(zhì)凈化劑，具有高度的氧化能力和殺菌作用，對(duì)細(xì)菌、病毒、霉菌、真菌、細(xì)菌芽孢、噬菌體原蟲(chóng)和藻類(lèi)具有較強(qiáng)的殺滅作用，而且對(duì)病毒的抑制能力強(qiáng)于臭氧。與次氯酸鈉對(duì)比，純度高，投量小，而且解決了次氯酸鈉對(duì)投加設(shè)備的堵塞等問(wèn)題。據(jù)實(shí)驗(yàn)研究表明，在人造海水維生系統(tǒng)的水體中，二氧化氯濃度維持在0.03mg/L～0.05mg/L，能有效改善水質(zhì)和預(yù)防海洋動(dòng)物疾病，且不傷害維生系統(tǒng)的功能。

（2）臭氧：臭氧融入水體后其氧化還原電位高于氯和二氧化氯，為廣譜性、高效、快速殺菌劑，具有極強(qiáng)的破壞病毒的能力，一般病毒、細(xì)菌、真菌、芽孢、病菌原蟲(chóng)包囊等在極短的時(shí)間之內(nèi)便可殺滅99%以上。同時(shí)臭氧對(duì)水生生物的毒害性較使用氯制劑小得多。

蛋白分離器

硝化細(xì)菌添加設(shè)備

目前國(guó)內(nèi)外均利用臭氧進(jìn)行殺菌消毒，效果顯著。利用臭氧進(jìn)行消毒不增加水體中的固體物，有利于循環(huán)用水，臭氧與泡沫分離技術(shù)配合使用，能有效地去除養(yǎng)殖水體的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，減少生物過(guò)濾器的負(fù)載。魚(yú)類(lèi)和水族類(lèi)生物添加的目的是為了配合蛋分的使用，一般濃度是0.03ppm～0.07ppm。而大型生物應(yīng)用臭氧是為了殺菌，往往濃度在0.1ppm以上。

臭氧極強(qiáng)的氧化能力對(duì)水生生物也具有傷害作用，其實(shí)從根本上威脅水生生物生命的是TRO（Total Residual Oxidants，總殘留氧化物），該物質(zhì)會(huì)氧化養(yǎng)殖生物上皮細(xì)胞細(xì)胞膜的脂質(zhì)層，從而影響到呼吸功能和滲透調(diào)節(jié)。目前，水族館鮮少關(guān)注TRO在海水循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)中的濃度檢測(cè)、衰減規(guī)律以及對(duì)生物濾池運(yùn)行效果的影響。

（3）紫外線：也可用作處理水質(zhì)，但由于紫外線是一種低能量的電磁輻射，對(duì)水體穿透力較差，故要求處理水流較慢，水層較淺，加之燈管使用期有限而價(jià)高，因此目前大規(guī)模的養(yǎng)殖水體難以推廣使用，不過(guò)小展缸可以加以應(yīng)用。

3.吸附

活性炭具有吸附容量大、性能穩(wěn)定、抗腐蝕、穩(wěn)定性好，可反復(fù)使用。

沸石是一類(lèi)鋁硅酸鹽晶體，孔徑大小均一，內(nèi)表面積大，具有離子交換功能，也可反復(fù)使用。此外，沸石還可以作為生物菌膜的載體，這就是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的沸石系統(tǒng)，即zeo系統(tǒng)。據(jù)張森森研究成果，改性的沸石還可以大大提高氨氮吸附量和掛膜原位生物再生速率。

4.pH調(diào)節(jié)劑

水體中大部分氨都有效分解為亞硝酸鹽并再分解為硝酸鹽，所以會(huì)出現(xiàn)降酸的情形，再加上水中生物的排泄物為硝化細(xì)菌提供能源，最終導(dǎo)致硝酸鹽濃度會(huì)很高，致使水中的HCO-3的消耗很大，造成pH值降低。

添加劑的添加

市面上pH調(diào)高劑的成分無(wú)非就是氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉或碳酸氫鈣，而我們不能盲目的選擇，要針對(duì)我們的水源水的情況單一地或綜合地選擇具體的成分。

KH是衡量水中碳酸氫根離子濃度的指標(biāo)，是無(wú)脊椎動(dòng)物與植物的命脈，它起到緩沖作用，要調(diào)整pH值首先要調(diào)整KH。單純地添加氫氧化鈉，即使添加完會(huì)使pH上升很快，這只是短暫的數(shù)據(jù)，不久也會(huì)掉下來(lái)，最好是提升KH（HCO3-）來(lái)增加維持pH值。單純地添加碳酸鈉，pH值高時(shí)，會(huì)形成碳酸鈣沉淀。

水草缸常遇到的問(wèn)題是降酸，可以通過(guò)加入二氧化碳、磷酸二氫鹽、沉木或各種腐殖質(zhì)比如草泥丸、酸葉等來(lái)調(diào)節(jié)。

5.其它添加劑

珊瑚缸的養(yǎng)護(hù)通常會(huì)涉及到添加鈣、鎂、鍶等添加劑，貝類(lèi)螺類(lèi)還會(huì)涉及到添加銅等?，F(xiàn)在市面上有好多成品的陰陽(yáng)離子水，因?yàn)殡S著生物飼養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，所消耗的陰陽(yáng)離子比例也會(huì)不同，以此添加來(lái)達(dá)到離子間的平衡。

三、生物修復(fù)

（一）概念

生物修復(fù)指利用各種生物的特性，吸收、降解、轉(zhuǎn)化環(huán)境中的污染物，使受污染的環(huán)境得到改善的治理技術(shù)。與傳統(tǒng)的物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)相比，它有費(fèi)用低、耗時(shí)短、凈化徹底、不易產(chǎn)生二次污染、不危害養(yǎng)殖功能、不破壞生態(tài)平衡等優(yōu)點(diǎn)。生物修復(fù)按修復(fù)主體可分為微生物修復(fù)、植物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)三種類(lèi)型，三者之間相互聯(lián)系、相互制約。

（二）方法

1.微生物修復(fù)

微生物修復(fù)技術(shù)是最早也是目前最主要的生物修復(fù)方法。其原理是在有氧或無(wú)氧的條件下，利用自然環(huán)境中生存的微生物或投加的特定微生物，在人為促進(jìn)工程化條件下，將有機(jī)物或其它污染物進(jìn)行分解并釋放氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素，或者無(wú)機(jī)物固定營(yíng)養(yǎng)元素不同形式的轉(zhuǎn)化，從而修復(fù)被污染的環(huán)境。綜述各文獻(xiàn)，微生物還具有殺藻、抑藻和有效降解藻毒等作用，對(duì)水體改良和修復(fù)效果非常明顯。

一般認(rèn)為微生物制劑對(duì)水質(zhì)凈化的作用至少有兩方面:第一，降低有機(jī)負(fù)荷，去除氨氮、亞硝酸氮、硫化氫等有毒物，改善養(yǎng)殖環(huán)境；第二，形成有益菌優(yōu)勢(shì)種群，競(jìng)爭(zhēng)性排斥病原菌。目前用于生物修復(fù)的微生物主要包括細(xì)菌、真菌以及原生動(dòng)物三大類(lèi)，在水族館中得以應(yīng)用的常見(jiàn)種類(lèi)有光和細(xì)菌、酵母菌、芽孢桿菌、弧菌、硝化細(xì)菌等。

成功進(jìn)行原位生物修復(fù)，必須包括具有活性的專(zhuān)性微生物及形成生物膜的載體、適宜生物生長(zhǎng)并發(fā)揮作用的處理場(chǎng)地、水體容量和酸堿度適中的水環(huán)境、充足并投放合理的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)、充分的氧氣與電子受體以及有機(jī)質(zhì)或無(wú)機(jī)鹽含量等因素。養(yǎng)殖水環(huán)境異位微生物修復(fù)技術(shù)中，應(yīng)用最廣泛的生物膜反應(yīng)器，也稱(chēng)生物膜法。從構(gòu)造物的形式分類(lèi)，生物膜反應(yīng)器有四種形式：生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤(pán)、流化床和生物接觸氧化。

微生物修復(fù)技術(shù)尚存在一定的局限性：不能降解所有進(jìn)入水環(huán)境中的污染物；特定微生物只降解特定類(lèi)型的化學(xué)物質(zhì)；其活性受溫度和其他環(huán)境條件影響大。團(tuán)隊(duì)以后的工作應(yīng)該是同時(shí)加大開(kāi)展上述兩方面的研究，使原位和復(fù)位微生物修復(fù)技術(shù)相結(jié)合，更好地應(yīng)用到養(yǎng)殖水環(huán)境修復(fù)中。

2.水生植物修復(fù)

水生植物主要包括水生維管束植物、水生蘚類(lèi)和高等藻類(lèi)三大類(lèi)。水生植物修復(fù)技術(shù)主要是利用植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收、氧氣釋放及對(duì)藻類(lèi)的克生效應(yīng)或化感作用來(lái)改善水環(huán)境的。目前被應(yīng)用于湖泊、河流、養(yǎng)殖池塘等淡水水域生態(tài)修復(fù)的植物比較廣泛，有苦草、輪葉黑藻等，在海水池塘、海灣用于生態(tài)修復(fù)的種類(lèi)主要有大型海藻，如海帶等，這些都能有效地改善養(yǎng)殖水體的水質(zhì)，而水族館水環(huán)境生態(tài)修復(fù)的植物相對(duì)較少，我們常應(yīng)用到的ATS、UAS系統(tǒng)也只適合小型展缸的吸附，考慮到作用面積和人工成本不適用大水體。此外，鹿角藻、火焰藻、羽毛藻等藻缸的建立也是對(duì)水體修復(fù)的一種方式。

3.水生動(dòng)物的修復(fù)

水生動(dòng)物修復(fù)技術(shù)主要依靠水生動(dòng)物對(duì)有機(jī)污染物的吸收以及對(duì)浮游藻類(lèi)的攝食作用，把營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移到食物鏈等級(jí)較高的水生動(dòng)物體內(nèi)，再通過(guò)人為捕撈形式，把營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從水體中去除或是及時(shí)清理它們的糞便等來(lái)達(dá)到修復(fù)環(huán)境的目的。

食藻螺、寄居蟹、蝦類(lèi)等甲殼動(dòng)物，它們是清理缸體中藻類(lèi)和有機(jī)碎屑的好幫手，是生物鏈中必不可少的環(huán)節(jié)；蝦虎魚(yú)等能處理砂床上的碎屑和有機(jī)物；還有一些濾食性貝類(lèi)對(duì)藻類(lèi)和有機(jī)物的攝食，某些雜食性的棘皮動(dòng)物海參、翻砂海星等，海綿類(lèi)生物等，都可以起到水質(zhì)凈化的作用。

貝類(lèi)對(duì)系統(tǒng)中的營(yíng)養(yǎng)鹽循環(huán)會(huì)產(chǎn)生一定的影響，R i c h a r d和Ranghild1991年，Harald和Prins1995年的研究表明濾食性貝類(lèi)能通過(guò)生物過(guò)濾作用和生物沉積作用從水體中去除懸浮的顆粒物質(zhì)，除此之外，Manahan和Wright發(fā)現(xiàn)濾食性貝類(lèi)也能直接利用水體中的小分子有機(jī)物，如氨基酸、脂類(lèi)等。還有報(bào)道，菲律賓蛤仔、長(zhǎng)牡蠣、櫛孔扇貝對(duì)牙鲆的糞便、殘餌、沉降物都可攝食，且吸收率很明顯。

四、小結(jié)

物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)及生物修復(fù)，三種修復(fù)方法各有各的特點(diǎn)，應(yīng)用過(guò)程中也各有利弊，我們?cè)趹?yīng)用時(shí)，針對(duì)不同的水體、不同的生物要選擇最合適的，可以單一、也可以綜合應(yīng)用，最終達(dá)到修復(fù)水環(huán)境、凈化水質(zhì)的目的。