阿科蔓生態(tài)基在水產(chǎn)養(yǎng)殖的應用

玉玲瓏

1.阿科蔓生態(tài)基的定義
   阿科蔓生態(tài)基是一種由特殊的織物材料制成的新型生物載體，通過獨特編織技術(shù)和表面處理，使其具有巨大的生物接觸表面積、精細的三維表面結(jié)構(gòu)和合適的表面吸附電荷，能發(fā)展出生物量巨大、物種豐富、活性極高的微生物群落，并通過微生物的代謝作用高效降解廢水中的污染物，是材料學與微生物學的完美結(jié)合。
2.產(chǎn)品系列
   SDF型生態(tài)基主要由上部疏松層和下部密實層組成，其中疏松層有利于藻類生長，密實層有利于菌類生長，也可設計成只有疏松層和密實層。其下部材料可以切割成條帶狀，或流出過水縫口，有利于水流的控制。SDF的上部帶有黑色套筒，在安裝中可以把尼龍繩穿過套筒，繩子兩端固定在岸邊或池壁的樁或掛鉤上，從而將SDF型生態(tài)基懸掛安裝在水體或處理池表面（也可分層安裝）。如果跨度較大，在尼龍繩上可安裝浮球，保持浮力。在曝氣池中，SDF型生態(tài)基可以在下面也設置套筒，避免被氣流吹起。
   SDF型生態(tài)基可以大規(guī)模發(fā)展菌類的生物量，對污染物的去除效率高，脫膜性能好，適用于處理較高濃度的污水，其主要應用領域包括生活污水、農(nóng)村污水、畜禽養(yǎng)殖廢水、工業(yè)廢水的處理及水產(chǎn)養(yǎng)殖。
3.作用原理
    阿科蔓生態(tài)基實質(zhì)是固定化微生物技術(shù)的一種載體。固定化微生物技術(shù)即是將微生物固定在載體上使其高度密集并保持其生物活性功能的生物技術(shù)。目前，固定化微生物技術(shù)水環(huán)境治理領域的應用，其原理為在載體上聚集并繁殖出一定生物量的微生物群落，通過微生物的代謝作用去除污水中的污染物。具備生態(tài)技術(shù)“低消耗、高產(chǎn)出、自循環(huán)、無公害”的特點。
(1)材料學特點：
◆ 高生物附著表面積
每平方米生態(tài)基可以提供250m2以上的有效生物附著表面積，為水中菌類、藻類等微生物的生長、繁殖提供巨大的空間，使微生物群落的生物量和生物多樣性最大化發(fā)展，從而為實現(xiàn)高效微生物群落提供基礎條件，實現(xiàn)對污染物的快速分解。
◆ 特殊的纖維表面處理
生態(tài)基材料經(jīng)過特殊的處理，使每根纖維表面形成凹凸不平的皺褶和微孔，增加纖維表面的粗糙程度，從而使微生物的附著空間更大、與纖維結(jié)合能力更強。
◆ 獨特的編織技術(shù)
生態(tài)基材料的編織緊密程度可以進行調(diào)節(jié)，其中緊密編織適合菌類發(fā)展，疏松編織適合藻類生長，從而可根據(jù)不同的應用條件控制藻類和菌類的生長比例。其次，生態(tài)基獨特的編制結(jié)構(gòu)，使微生物在纖維的纏結(jié)空間內(nèi)立體生長，從而形成里外氧氣濃度不同的微A/O條件，有利于實現(xiàn)氮、磷的去除。
◆ 表面電荷吸附性能
在微酸性、中性和堿性條件下，細菌通常帶負電荷，在酸性環(huán)境下則帶正電荷。生態(tài)基材料可根據(jù)不同的應用條件進行針對性的表面處理，使其帶有與微生物相反的電荷，從而有利于對周邊微生物的吸附，促進微生物群落的快速形成和發(fā)展。生態(tài)基表面的吸附性，也有利于對懸浮物的去除。  
◆ 活性智能的形態(tài)設計
生態(tài)基采用平面織物形態(tài)，使生態(tài)基可以融于自然，應用范圍更廣，使安裝難度及配套土建的要求大大降低。而針對具體不同使用條件，生態(tài)基亦分別設計出相應的產(chǎn)品形態(tài)，使生態(tài)基能適應不同的水流狀態(tài)，起到均勻水流的作用，并使水中污染物可以充分的與生態(tài)基上的生物膜接觸，從而大大增加這些污染物去除率。
◆ 環(huán)境友好材料，使用壽命長  
生態(tài)基產(chǎn)品采用純惰性材質(zhì)，在水中不會分解，不產(chǎn)生對微生物、水生動植物及人體有害的物質(zhì)。同時，生態(tài)基產(chǎn)品具有極強的物理性能、耐腐蝕性和耐久性，使用壽命達10年以上。
（2）微生物特點：
微生物在自然界中擔當著生產(chǎn)者和分解者的角色，是生態(tài)系統(tǒng)的基礎。自然水體在接受污染物后具有自凈作用，這種作用就是在微生物主導下完成的。微生物對環(huán)境中的物質(zhì)具有動植物無法比擬的強大降解轉(zhuǎn)化能力。然而，微生物在沒有介質(zhì)存在的情況下沒法大量繁殖，致使整個降解的過程非常漫長。而阿科蔓生態(tài)基能為這些微生物提供最適宜的發(fā)展空間，使數(shù)量巨大、種類豐富的微生物形成營養(yǎng)競爭狀態(tài)，能夠在短時間內(nèi)降解大量的污染物，修復水生態(tài)系統(tǒng)，為維持水生態(tài)良性循環(huán)奠定了基礎。
◆ 菌類共生
生態(tài)基的平面型態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)，有利于微生物多樣性的發(fā)展。其中，菌類是降解水中污染物的主體，其物種越豐富，整個微生物群落對污染物的降解效率就越高，主要原理包括：①一些微生物的代謝產(chǎn)物往往是其他微生物必需的營養(yǎng)物，因此不同菌類之間協(xié)同作用能使微生物群落更穩(wěn)定、生物量更高、代謝更快；②菌類的種間和種內(nèi)競爭壓力，迫使其更充分地利用營養(yǎng)源，從而可以更徹底地分解污染物；③某些菌類之間存在捕食關(guān)系，這種捕食壓力有利于加速微生物的世代更替，促進生物膜更新。
◆ 微A/O特性
生態(tài)基表面生物膜生長到一定厚度后，外部的氧氣被表面的好氧微生物所利用，無法進入生物膜內(nèi)部，使內(nèi)層變?yōu)閰捬醐h(huán)境，生長厭氧微生物，從而在生態(tài)基表面形成微A/O環(huán)境。生態(tài)基表面的微A/O環(huán)境，為硝化、反硝化細菌群落繁殖創(chuàng)造適宜的條件，從而強化其脫氮效果。
◆ 藻菌共生
在自然化系統(tǒng)中，生態(tài)基材料的特殊編織結(jié)構(gòu)，使藻類能在其上附著生長，形成藻菌共生的微生物系統(tǒng)，并利用兩類生物之間的生理功能協(xié)同作用凈化湖泊水質(zhì)。藻類吸收水中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，并通過光和作用合成自身細胞物質(zhì)并釋放出氧氣；好氧細菌則利用水中的氧氣對有機污染物進行分解、轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生二氧化碳，以維持藻類的生長繁殖。兩者相輔相成，實現(xiàn)水質(zhì)的高效凈化。
◆ 生物多樣性的發(fā)展
生態(tài)基的平面形態(tài)，為微生物群落提供了巨大而連續(xù)的生長空間，使微生物群落可以大規(guī)模發(fā)展，生物多樣性極豐富。至今，已發(fā)現(xiàn)的微生物種類多達3000~5000種，包括藻類、菌類、原生動物和后生動物等。在微污染水體中，隨著生態(tài)基表面生態(tài)系統(tǒng)的建立，多種物種出現(xiàn)，外部食餌浮游動物的數(shù)量隨之增加，整個食物網(wǎng)的規(guī)模增大，從而增加了微生物的捕食和競爭壓力，進一步促進微生物系統(tǒng)對污染物分解。
（3）去污原理
◆ 有機物的去除原理
生態(tài)基具有巨大的生物接觸表面積，有利于大量微生物在其上附著生長。這些微生物通過吸收和新陳代謝，對水體中的溶解性有機物進行降解。
◆ 氮的去除原理
在好氧條件下，污水中的氨氮通過硝化細菌的作用轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮。隨后在厭氧條件下，反硝化菌把亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣，從而達到脫氮的目的。生態(tài)基的微生物多樣性和微A/O環(huán)境為氨氮的硝化和反硝化提供了很好的條件。此外，由于生態(tài)基為藻類提供了生長繁殖的空間，一部分氮可被生態(tài)基上的藻類吸收。
◆ 磷的去除原理
生態(tài)基對磷的去除包括兩方面：一方面，磷被細菌、藻類和水生植物吸收，細菌和藻類又被底棲動物或魚類所攝食，最后魚類的捕撈將磷從水中去除；另一方面，生態(tài)基上的微生物過量攝取水體中的磷，并將其同化為自身結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的礦化組織，最后隨著生物膜的剝落沉積在底泥中。
◆ 重金屬的去除原理
生態(tài)基產(chǎn)品超級編織技術(shù)和自然生態(tài)的處理模式使其對礦物質(zhì)、重金屬具有超強的吸附和富集作用。去除機制包括兩方面內(nèi)容：①生物吸附：生態(tài)基表面微生物經(jīng)過絡合、鰲合、離子交換、吸附等生化作用，使重金屬離子被微生物細胞吸附；②生物絮凝：生物膜產(chǎn)生大量的生物絮凝劑，將重金屬充分絮集。
◆ 懸浮物的去除原理
一方面，生態(tài)基的外形設計能營造平緩的水力環(huán)境，加速懸浮物的沉降；另一方面，生態(tài)基的表面電荷使其能吸附污水中的懸浮物，而生態(tài)基表面生物膜也具有生物絮凝作用，使部分懸浮固體被吸附并最終隨生物膜脫落降至水底。
◆ 控制懸浮藻類的原理
根據(jù)Redfield比率，懸浮性藻類所需的營養(yǎng)元素中，碳、氮、磷比例為：106：16：1。由于一般水體環(huán)境中，氮、磷含量較低，根據(jù)Liebig最小因子定律，氮、磷是富營養(yǎng)化的限制元素，當水體中氮、磷濃度超過了一定程度，就會導致藻類的爆發(fā)。浮游生物為了保持浮力，需要消耗更多的能量，而固著微生物則可以將更多的能量用于營養(yǎng)代謝，因而處于營養(yǎng)競爭的優(yōu)勢。因此生態(tài)基上大量的固著藻類和菌類能高效地去除水體中的氮、磷，使水體中的碳氮磷比例恢復平衡，從而抑制懸浮性藻類的繁殖。

4.阿科蔓生態(tài)基的安裝和使用范圍：
⑴SDF型，即表面放置型
安裝步驟：
①用繩索穿過套筒懸掛，并用PVC管或浮球使其浮于水面；
②將繩索兩端固定在池壁或岸邊。
安裝要求：編織疏松面迎向水流方向，編織密實面背向水流方向。
⑵使用范圍：
SDF適用于微污染、中濃度和高濃度廢水以及水產(chǎn)養(yǎng)殖等領域。

孫中亮

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