水族馆养殖水环境修复简述

文//裴月 陈成功 陈志伟

水族馆养殖水环境越来越受到业界相关管理者的重视，其好坏直接影响到生物的生长或健康水平。水族馆水环境修复研究的开展需要大量的实践经验及实验数据，然而这些数据的获取需要系统的、完善的试验及长时间的积累。针对我国水族馆行业还未形成较系统、完善的水环境修复方法这一现状，作者通过调查研究、查阅文献对国内外现有水环境修复方法进行了梳理和汇总，确定了整体的研究框架。从物理修复、化学修复、生物修复三个方面分别对水质净化进行汇总介绍。在此基础上，重点介绍了每种修复的概念、分类、不同方法的特点及其之间的比较。

水族馆养殖水环境是一种复杂而脆弱的人工生态系统，是一个封闭的循环系统。在这个生态系统中，养殖的鱼类或大型水生生物被设定为生物链的顶端，人为地引入了人工饵料，而削弱了其他因子。大量残饵、生物残骸、动物排泄物等有机质共存于水体中，导致水体富营养化，最终影响到生物的健康。王建平等认为，饲料自身污染是养殖水环境恶化的主要因素。在生物总量偏高，水资源有限，而相关设备又出现了高负荷的运转水平的情况下，如何防治水环境的恶化、保持生物基本生存的良好环境成为了水族馆行业亟待解决的问题。

养殖水环境修复是对健康生态养殖水环境保护的重要措施，是实现水资源最大利用率的重要手段。按修复位置可分为原位生态修复和异位生态修复，水族馆水体的修复可在原位或异位进行。目前，国内外对水产养殖环境修复的各个领域都进行了初步探索，也取得了一定的成果。对于水族馆行业的水环境修复，这种综合性的探索还很匮乏，本文主要综合国内外研究成果，汇总水环境修复方法从而达到水质净化的效果。

一、物理修复

（一）概念

物理修复是指利用各种材料或机械对养殖环境施加物理作用，从而达到改善水环境的目的，是最传统的生态修复技术。

（二）方法

1.吸底

由于水体中氮磷悬浮物等大量营养物质往往随泥沙和动植物残饵沉积水体，在特定条件下，底层营养物质又能向水层移动，促进了上层浮游植物的生长，在一定程度上加速了水体富营养进程。用吸底的方法，在改善水体水质状况的同时，还可以提升养殖水体蓄水量。

2.刷缸（池）

由于展缸中灯照和营养盐的关系，长时间不刷缸，藻类等很容易在缸壁附着，形成菌膜，进一步会有寄生虫、水螅、薮枝螅等出现，很是影响观赏价值；当然了也是致病菌等的栖息场所，对生物健康造成威胁；同时动植物的呼吸作用也会影响到pH的波动。

3.曝气

采用人工曝气装置向水体充气或机械搅动等措施增大水与空气接触面，以此来增加溶氧，从而达到改善水质的目的。例如曝气生物滤池的应用，它是封闭循环海水养殖系统的核心设备，生物膜成熟快，它能更有效地去除氨氮。还有重力池反冲洗的时候配以曝气装置，效果更好。

4.沙缸过滤、反冲洗

循环水反复经过沙缸，水中的粪便或悬浮颗粒被集中在沙层中，通过压力表数值和透视镜中水体的浑浊程度进行定期反冲洗操作，从而达到净化水质的作用。

5．换水

水族鱼缸水分的蒸发，TDS会升高，硬度会升高，可溶性有害物质会积累，时间久了营养成分逐渐不平衡，加速水体富营养化过程，很容易引发暴藻，少量换水，带走部分营养物质，可以维持水质的稳定，从而达到水体修复的目的。换水还可以降低硝酸盐的浓度，减缓碳酸氢根的消耗，维持pH值的稳定。

6．缓释

缓释通常指向水添加能够缓慢释放酸碱物质起pH调节的作用，一般有珊瑚沙、火山石、榄仁叶、沉木等。珊瑚沙或贝壳碎片本身具弱碱性，具持续释放钙离、镁离子特性，提高水硬度，珊瑚沙含丰富孔隙结构，作为滤材还可以培养硝化细菌。

吸底

刷缸

RO机

砂缸

次氯酸钠添加泵

7．截污

对于引用天然海水的水族馆，要做到从源头上保护水质，防止污染物质进入水体。内陆水族馆应用的RO水应该算是一种源头上的物理和化学的综合修复，精密的物理过滤和RO膜的反渗透作用，后面再配备离子树脂交换，可以调节pH值。

二、化学修复

（一）概念

化学修复是利用化学制剂与污染物发生氧化、还原、沉淀、聚合等反应，使污染物从养殖环境中分离或降解转化成无毒、无害的化学形态。在水族馆养殖行业中已广泛应用的水质改良剂、水质消毒剂就是基于这个原理。

（二）方法

1.絮凝

化学絮凝所处理的对象，主要是水中的微小悬浮固体和胶体杂质，即降低水体的浊度。大颗粒的悬浮固体由于受重力的作用而下沉，可以用沉淀等方法除去。但是微小粒径的悬浮固体和胶体，会在水体中长期保持分散悬浮状态，很难自然沉降。在水中投放三价铁盐或铝盐以及高分子混凝剂，经水解和缩聚反应，生成的高分子化合物可被胶体颗粒吸附，同时又可被另一个表面有空位的胶粒吸附，这样聚合物就起了架桥作用。水族馆通常采用添加明矾（硫酸铝钾）来实现絮凝作用。另一方面，絮凝作用还可以除去磷酸盐等终产物。

影响絮凝效果的因素较多，主要有水温、水质和水力条件等。

（1）水温：水温对絮凝效果有明显的影响。无机盐类絮凝剂的水解是吸热反应，水温低时水解困难，特别是硫酸铝，当水温低于5℃时，水解速度非常缓慢。也不利于脱稳胶粒相互絮凝，从而影响沉淀处理效果。

（2）pH：水的pH对絮凝的影响视絮凝剂的品种而异，用硫酸铝的最佳pH范围在6.5～7.5。

（3）水中杂质的成分、性质和浓度：天然水中主要含有黏土类杂质，需要投少量絮凝剂，人工海水有机物较高时，需要投加较多的絮凝剂才起效果。

（4）水力条件：整个混凝过程中主要分两个阶段：混合和反应。混合阶段要求使药剂迅速均匀地扩散到整个水体中以创造良好的水解和聚合条件，使胶体脱稳并借颗粒的布朗运动和水流进行凝聚。反应阶段要求使混凝剂的微粒通过絮凝形成大的具有良好沉淀性能的絮凝体。

2.氧化

（1）氯制剂：水族馆常用的氯制剂包括次氯酸钠和二氧化氯。氯制剂水解均产生次氯酸，次氯酸释放出原子态氧，其氧化能力比氯高10倍。二氧化氯是一种广谱杀菌消毒剂和水质净化剂，具有高度的氧化能力和杀菌作用，对细菌、病毒、霉菌、真菌、细菌芽孢、噬菌体原虫和藻类具有较强的杀灭作用，而且对病毒的抑制能力强于臭氧。与次氯酸钠对比，纯度高，投量小，而且解决了次氯酸钠对投加设备的堵塞等问题。据实验研究表明，在人造海水维生系统的水体中，二氧化氯浓度维持在0.03mg/L～0.05mg/L，能有效改善水质和预防海洋动物疾病，且不伤害维生系统的功能。

（2）臭氧：臭氧融入水体后其氧化还原电位高于氯和二氧化氯，为广谱性、高效、快速杀菌剂，具有极强的破坏病毒的能力，一般病毒、细菌、真菌、芽孢、病菌原虫包囊等在极短的时间之内便可杀灭99%以上。同时臭氧对水生生物的毒害性较使用氯制剂小得多。

蛋白分离器

硝化细菌添加设备

目前国内外均利用臭氧进行杀菌消毒，效果显著。利用臭氧进行消毒不增加水体中的固体物，有利于循环用水，臭氧与泡沫分离技术配合使用，能有效地去除养殖水体的有机物和无机物，减少生物过滤器的负载。鱼类和水族类生物添加的目的是为了配合蛋分的使用，一般浓度是0.03ppm～0.07ppm。而大型生物应用臭氧是为了杀菌，往往浓度在0.1ppm以上。

臭氧极强的氧化能力对水生生物也具有伤害作用，其实从根本上威胁水生生物生命的是TRO（Total Residual Oxidants，总残留氧化物），该物质会氧化养殖生物上皮细胞细胞膜的脂质层，从而影响到呼吸功能和渗透调节。目前，水族馆鲜少关注TRO在海水循环养殖系统中的浓度检测、衰减规律以及对生物滤池运行效果的影响。

（3）紫外线：也可用作处理水质，但由于紫外线是一种低能量的电磁辐射，对水体穿透力较差，故要求处理水流较慢，水层较浅，加之灯管使用期有限而价高，因此目前大规模的养殖水体难以推广使用，不过小展缸可以加以应用。

3.吸附

活性炭具有吸附容量大、性能稳定、抗腐蚀、稳定性好，可反复使用。

沸石是一类铝硅酸盐晶体，孔径大小均一，内表面积大，具有离子交换功能，也可反复使用。此外，沸石还可以作为生物菌膜的载体，这就是国内外应用的沸石系统，即zeo系统。据张森森研究成果，改性的沸石还可以大大提高氨氮吸附量和挂膜原位生物再生速率。

4.pH调节剂

水体中大部分氨都有效分解为亚硝酸盐并再分解为硝酸盐，所以会出现降酸的情形，再加上水中生物的排泄物为硝化细菌提供能源，最终导致硝酸盐浓度会很高，致使水中的HCO-3的消耗很大，造成pH值降低。

添加剂的添加

市面上pH调高剂的成分无非就是氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠或碳酸氢钙，而我们不能盲目的选择，要针对我们的水源水的情况单一地或综合地选择具体的成分。

KH是衡量水中碳酸氢根离子浓度的指标，是无脊椎动物与植物的命脉，它起到缓冲作用，要调整pH值首先要调整KH。单纯地添加氢氧化钠，即使添加完会使pH上升很快，这只是短暂的数据，不久也会掉下来，最好是提升KH（HCO3-）来增加维持pH值。单纯地添加碳酸钠，pH值高时，会形成碳酸钙沉淀。

水草缸常遇到的问题是降酸，可以通过加入二氧化碳、磷酸二氢盐、沉木或各种腐殖质比如草泥丸、酸叶等来调节。

5.其它添加剂

珊瑚缸的养护通常会涉及到添加钙、镁、锶等添加剂，贝类螺类还会涉及到添加铜等。现在市面上有好多成品的阴阳离子水，因为随着生物饲养时间的延长，所消耗的阴阳离子比例也会不同，以此添加来达到离子间的平衡。

三、生物修复

（一）概念

生物修复指利用各种生物的特性，吸收、降解、转化环境中的污染物，使受污染的环境得到改善的治理技术。与传统的物理修复、化学修复相比，它有费用低、耗时短、净化彻底、不易产生二次污染、不危害养殖功能、不破坏生态平衡等优点。生物修复按修复主体可分为微生物修复、植物修复、动物修复三种类型，三者之间相互联系、相互制约。

（二）方法

1.微生物修复

微生物修复技术是最早也是目前最主要的生物修复方法。其原理是在有氧或无氧的条件下，利用自然环境中生存的微生物或投加的特定微生物，在人为促进工程化条件下，将有机物或其它污染物进行分解并释放氮、磷等营养元素，或者无机物固定营养元素不同形式的转化，从而修复被污染的环境。综述各文献，微生物还具有杀藻、抑藻和有效降解藻毒等作用，对水体改良和修复效果非常明显。

一般认为微生物制剂对水质净化的作用至少有两方面:第一，降低有机负荷，去除氨氮、亚硝酸氮、硫化氢等有毒物，改善养殖环境；第二，形成有益菌优势种群，竞争性排斥病原菌。目前用于生物修复的微生物主要包括细菌、真菌以及原生动物三大类，在水族馆中得以应用的常见种类有光和细菌、酵母菌、芽孢杆菌、弧菌、硝化细菌等。

成功进行原位生物修复，必须包括具有活性的专性微生物及形成生物膜的载体、适宜生物生长并发挥作用的处理场地、水体容量和酸碱度适中的水环境、充足并投放合理的营养供应、充分的氧气与电子受体以及有机质或无机盐含量等因素。养殖水环境异位微生物修复技术中，应用最广泛的生物膜反应器，也称生物膜法。从构造物的形式分类，生物膜反应器有四种形式：生物滤池、生物转盘、流化床和生物接触氧化。

微生物修复技术尚存在一定的局限性：不能降解所有进入水环境中的污染物；特定微生物只降解特定类型的化学物质；其活性受温度和其他环境条件影响大。团队以后的工作应该是同时加大开展上述两方面的研究，使原位和复位微生物修复技术相结合，更好地应用到养殖水环境修复中。

2.水生植物修复

水生植物主要包括水生维管束植物、水生藓类和高等藻类三大类。水生植物修复技术主要是利用植物对营养盐的吸收、氧气释放及对藻类的克生效应或化感作用来改善水环境的。目前被应用于湖泊、河流、养殖池塘等淡水水域生态修复的植物比较广泛，有苦草、轮叶黑藻等，在海水池塘、海湾用于生态修复的种类主要有大型海藻，如海带等，这些都能有效地改善养殖水体的水质，而水族馆水环境生态修复的植物相对较少，我们常应用到的ATS、UAS系统也只适合小型展缸的吸附，考虑到作用面积和人工成本不适用大水体。此外，鹿角藻、火焰藻、羽毛藻等藻缸的建立也是对水体修复的一种方式。

3.水生动物的修复

水生动物修复技术主要依靠水生动物对有机污染物的吸收以及对浮游藻类的摄食作用，把营养物质转移到食物链等级较高的水生动物体内，再通过人为捕捞形式，把营养物质从水体中去除或是及时清理它们的粪便等来达到修复环境的目的。

食藻螺、寄居蟹、虾类等甲壳动物，它们是清理缸体中藻类和有机碎屑的好帮手，是生物链中必不可少的环节；虾虎鱼等能处理砂床上的碎屑和有机物；还有一些滤食性贝类对藻类和有机物的摄食，某些杂食性的棘皮动物海参、翻砂海星等，海绵类生物等，都可以起到水质净化的作用。

贝类对系统中的营养盐循环会产生一定的影响，R i c h a r d和Ranghild1991年，Harald和Prins1995年的研究表明滤食性贝类能通过生物过滤作用和生物沉积作用从水体中去除悬浮的颗粒物质，除此之外，Manahan和Wright发现滤食性贝类也能直接利用水体中的小分子有机物，如氨基酸、脂类等。还有报道，菲律宾蛤仔、长牡蛎、栉孔扇贝对牙鲆的粪便、残饵、沉降物都可摄食，且吸收率很明显。

四、小结

物理修复、化学修复及生物修复，三种修复方法各有各的特点，应用过程中也各有利弊，我们在应用时，针对不同的水体、不同的生物要选择最合适的，可以单一、也可以综合应用，最终达到修复水环境、净化水质的目的。