海水养殖已成为最重要的蛋白质来源之一,随着养殖规模和养殖强度的增加,海水养殖日趋规模化和工业化,导致废水排放量迅速增加,并具有水量大、强度高和治理难等特点。大量的海水养殖废水进入海洋水体后,会导致海水中营养盐含量急剧升高,藻类等异常繁殖,赤潮频发,并对海洋物种多样性造成破坏,带来严重的海洋环境污染问题。基于此,本课题针对海水养殖废水的排放特点,通过小试试验考察天然滤料(沸石、火山岩、陶粒)在不同盐度条件下的氨氮吸附性能;结合经济成本分析,选择了沸石滤料生物滤池作为主要研究对象,通过接种不同的污泥种泥,对比考察了不同的进水盐度条件下,沸石生物滤池的挂膜启动及污染物去除情况;在稳定运行的基础上,通过调节运行条件,探究了不同工况下生物滤池的工艺特性;最后,采用PCR-DGGE等分子生物学技术,考察在反应器稳定运行后,系统内微生物种群结构变化规律研究。研究结果表明,随着盐度的增加,火山岩、沸石和陶粒滤料的氨氮吸附性能普遍有所降低,且达到吸附平衡的时间延长。沸石滤料从50min延长到90min,火山岩滤料从30min延长到80min,陶粒滤料从20min延长到90min。盐度为0g/L下,以上三种滤料对氨氮的吸附等温线都更符合Freundlich方程,表明三种滤料既有单层吸附还有多层吸附。随着盐度增加到30g/L,沸石、火山岩对氨氮的吸附既有单层吸附还有多层吸附,陶粒滤料对氨氮的吸附以单层吸附为主。三种滤料在盐度为0g/L下及达到30g/L后,对氨氮的吸附动力学均可以采用准二级吸附动力学模型加以描述。盐度条件下沸石对氨氮吸附效果依然优于火山岩和陶粒,因此,在后续研究中选择沸石作为主要的考察对象。在盐度为30g/L的稳定进水条件下,利用海底底泥和普通活性污泥为种泥,启动1#(接种海底底泥)和2#(接种普通活性污泥)生物滤池反应器,两个模型反应器分别于39天和35天挂膜成功,且2#出水效果好于1#;在进水盐度逐渐升高(从0逐渐增加至30g/L)的启动条件下,3#(接种海底底泥)、4#(接种活性污泥)反应器完成挂膜的启动时间为60和65天,且3#出水效果好于4#。对比1#和3#,2#和4#说明,不论接种普通活性污泥还是海底底泥,对生物滤池的启动时间影响不大,但是直接在高盐度进水条件下启动,有利于耐盐嗜盐微生物的驯化富集,可以有效缩短反应器启动时间。在HRT为30min,气水比为3:1,水温20℃左右时,考察了稳定运行阶段生物滤池对污染物的去除效果。结果表明,1#、2#、3#、4#反应器氨氮平均去除率分别为91%、95.7%、96.5%、88.1%;亚硝态氮平均去除率分别为89.2%、94.8%、97.2%、84.9%;对高锰酸盐指数的平均去除率分别为49.86%、53.9%、54.5%、48.1%。本试验考察范围内,随着温度的升高,生物滤池对氨氮和高锰酸盐指数的去除效果表现出逐渐增强的趋势。通过调整气水比与水力停留时间,考察了模型反应器对氨氮和高锰酸盐指数的去除效果。综合考虑实际工程中的经济成本和处理要求,选择最佳气水比为3:1,最佳水力停留时间为30min,此时出水的氨氮浓度满足海水养殖废水的排放要求。在氨氮冲击负荷条件下,生物滤池对氨氮和高锰酸盐指数的去除稳定,说明生物滤池具有抗氨氮冲击负荷的能力;随着有机物冲击负荷的不断升高,模型反应器对高锰酸盐指数的去除率逐渐升高,而氨氮去除率却出现了下降的趋势,这是由于硝化细菌与异养菌之间存在对溶解氧、营养物质的竞争,从而影响硝化作用的速率。分子生物学分析结果表明,不同的进水方式下接种不同污泥,模型反应器在完成启动30天后,滤池中微生物群落具有良好的丰度,1#、2#、3#、4#样品的香农多样性指数分别为2.65、2.88、2.84、2.85。生物种群相似性分析表明,接种污泥对生物菌群的影响小于启动方式。进水盐度30g/L下生物滤池完成启动30天后,系统中优势种群主要有变形菌门(Proteobacteria)中的Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria菌纲、拟杆菌门(Bacteroidetes)中的黄杆菌纲(Flavobacteriia)以及厚壁菌门(Firmicutes)中的芽孢杆菌纲(Bacilli);进水盐度逐渐升高下生物滤池完成启动30天后,主要的优势种群为γ-变形菌纲中的海洋螺菌目(Oceanospirillales)和硝化菌属(Nitrobacter)、拟杆菌门(Bacteroidetes)中的黄杆菌纲(Flavobacteriia)、厚壁菌门(Firmicutes)中的芽孢杆菌纲(Bacilli)和梭菌纲(Clostridia)。