随着人们对水产品需求量的不断增加,养殖方式逐渐向高密度放养和饲料投喂的集约化养殖转变,而这种养殖方式会导致水体中溶解氧降低和养分富集,进而引起水体水质恶化。这不仅影响了养殖业本身的可持续发展,而且对周边水域环境和生态系统也构成了威胁。因此,了解不同水产养殖业的排污源强,研发和推广养殖废水处理技术对于水产养殖业可持续发展和水环境保护意义重大。本研究选取江苏和浙江两地区的典型养殖种类为对象,探索水产养殖污染源特征及其排污规律,以温室甲鱼养殖废水代表,研究多介质土壤层系统(multi-soil-layer,MSL)对淡水养殖废水处理效果；以南美白对虾为例,研究了MSL系统和人工湿地对海水养殖废水的处理效果。在甲鱼养殖废水处理技术研究的基础上,以MSL系统作为污水处理技术核心,建立了污水处理示范工程,并进一步研究了MSL工程实体中微生物群落结构、脱氮微生物生物量及分布。主要研究结果如下：(1)本文选取了江苏和浙江地区较典型的水产养殖种类作为研究对象。水产养殖污染调查点：海水养殖为文蛤(滩涂,单养)、南美白对虾(池塘,单养)和脊尾白虾(池塘,混养)；淡水为异育银鲫(池塘,单养)、加州鲈鱼(池塘,混养)、黑鱼(池塘,单养)、甲鱼(温室,单养)、罗氏沼虾育苗(工厂化,单养,淡水有一定的盐度)、团头鲂(池塘,混养)、团头鲂(围栏,混养,人工投喂饵料)、花白鲢(围栏,单养,不加饲料)。监测表明,单从养殖水体水质指标看,海水养殖水质好于淡水养殖水体水质；不投喂饵料养殖水体好于投饵养殖水质；围栏养殖水体水质好于池塘养殖水体。单位养殖面积污染物排放强度计算表明,淡水养殖中温室甲鱼养殖污染物排放强度最高；海水以南美白对虾排污强度最大；以单位产量计,海水南美白对虾污染物排放强度仍最大,而温室甲鱼养殖污染物排放强度最小；以万元收益计,海水养殖脊尾白虾污染物排放强度最大,温室甲鱼养殖污染物排放强度最小。研究结果认为,养殖产业布局、结构等调整应从单位养殖面积、单位产量和单位收益污染物排放量综合考虑,选取对环境影响小且经济效益好的养殖类型,使水产养殖与环境协调发展。(2)养殖污水处理技术研究表明,MSL系统和潜流式人工湿地都对海水养殖废水有一定的处理效果。MSL系统对海水养殖废水中COD、NH4+-N、TN、N03-N、TP的平均去除率分别达到80.38%、42.68%、40.79%、54.19%和68.14%,均高于潜流式人工湿地。但对于土地资源丰富的地方建议选择湿地系统,而对土地资源紧张的养殖场建议选择MSL。(3)温室甲鱼污水处理效果研究表明,MSL系统对该类污水有良好的处理效果。在进水COD,TP,TN和NH4+-N平均浓度分别为288.4,17.9,213.4和252.0mg/L时,通过系统中添加0、5%、10%和20%污泥后(MSL1,MSL2,MSL3和MSL4)发现处理效果在添加20%污泥时最好。MSL4对COD,TP,TN和NH4+-N的平均去除率分别达到70.3%,58.2%,66.5%和72.7%。基于系统土样总细菌16S rDNA的PCR-DGGE分析表明,添加不同比例污泥的4个MSL系统在处理甲鱼养殖废水后系统内微生物多样性Shannon index (H)和微生物群落结构都存在差异。MSL4系统内微生物H指数最低,但硝化类细菌多样性和生物量较多。这表明MSL4系统对NH4+-N的去除效果最好是因为系统内硝化细菌的多样性和生物量增多,从而提高了系统对NH,-N去除能力和系统去N稳定性。(4)本研究在上述研究的基础上,以MSL技术为核心,建立了温室甲鱼养殖废水处理示范工程。在运行期间系统出水水质为：COD、NH4+-N、TP浓度量分别为65.8、4.46和7.30mg/L,污染物去除率分别达到97.4%、96.6%和93.7%。结果显示示范工程取得了良好的污染物去除效果,虽然TP未达标排放,但具有很高的去除效率,其原因是因为养殖废水进水污染物浓度远远高于设计进水浓度。(5)作者研究了示范工程在2年的连续稳定运行后,反应器内微生物群落的变化以及脱氮相关功能菌在不同介质的分布情况。基于系统内介质样品454高通量测序结果显示：MSL示范工程系统内微生物群落结构在门的水平上与其他污水处理装置内微生物群落结构类似,在属的水平上差异显著。具有降解有机物功能的拟杆菌门细菌主要分布在MSL系统P1层中,该结果从微生物角度验证了COD大部分在MSL系统表层被去除。系统内优势微生物菌群包括变形菌门、浮霉菌门、绿弯菌门等细菌,从微生物学角度阐明了MSL示范工程系统内厌氧氨氧化与反硝化作用共存。通过Q-PCR进一步检测发现系统内存在含nirK和nirS两类反硝化功能基因的菌群,说明系统内存在多种脱氮途径。反硝化功能基因大部分在MSL系统中SMB中被检测到,amoA基因只在SMB中检测到,nxrB只在P2中检测到,说明系统内氨氧化与反硝化反反应可能主要发生在SMB中,而亚硝酸盐氧化可能主要发生在P2中。