本课题是中国科学院海洋研究所主持的国家高技术研究发展计划(863计划)项目子课题的一部分。本文重点研究蛋白泡沫分离技术、臭氧消毒技术和生物滤池在海水养殖贝类苗种循环水处理技术的应用,并对海水养殖水进行了中试研究。工厂化水产养殖是提高生产力的重要途径,也是人们采用高科技手段实现可控化高效养殖,解决日益枯竭的海洋资源危机的有效措施。工厂化养殖体系中由于养殖密度较大,以及投饵等所引起的水质恶化是该体系维持正常生产的制约因素之一,研究和建立高效的水质净化系统并应用于工厂化养殖循环水的净化处理是工厂化养殖体系正常运行的关键技术,也是实现其稳产高效的保证,具有重要理论意义和广阔的应用前景。本文针对海水养殖贝类苗种循环水的水质特点探讨其高效净化的技术和方法,较系统深入地研究了泡沫分离、O3消毒灭菌、曝气生物滤池(简称BAF)和活性炭对水中有机物的去除率及其影响因素,优化了工艺参数,取得了良好的结果。得出采用砂滤——BAF——泡沫分离——O3灭菌——活性炭吸附联合处理工艺对该循环系统进行净化处理的可行性,实现了工厂化养殖水循环使用。本文所获得的主要结果如下:1、利用泡沫分离器去除养殖循环水中的有机物是可行的,泡沫分离器的去除效率受有机物浓度和性质、最佳气液比等多种因素的影响。有机物的浓度和性质是影响泡沫分离器去除率的决定因素,在本文确定的最佳气液比、最小表面气体流速、最佳停留时间等工艺参数下,可使泡沫分离器对有机物的去除达到理想的效果。2、经臭氧处理后的海水,其主要的水质指标pH、氧化还原电位(ORP)、化学耗氧量(COD)、溶解氧(DO)、氨氮(NH3-N)、亚硝酸盐氮(NO2-N)、细菌总数等可以达到养殖海水循环水质要求,水质状况明显改善。3、生物培养实验表明:采用经臭氧处理的海水培养小球藻(Chlorella sp.),发现臭氧生成氧化物对其生长具有明显影响。当其浓度低于0.735mg/L时,对小球藻不产生毒害作用;当浓度超过1.036 mg/L时,则对小球藻的生长具有明显的毒害作用。此时观察到大量小球藻死亡。在0.735mg/L和1.036 mg/L之间,稍有毒害作用。通过实验获得了臭氧投加量与小球藻生长量间的定量关系,提出了消除和控制其毒害作用的对策。4、活性炭可以有效吸附臭氧生成氧化物。研究了在进水水质不变的前提下,活性炭吸附柱最佳高度;在进水量为45.6L/h时,炭层高度≥800mm。在该条件下能保证活性炭出水中残余臭氧生成氧化物浓度在0.1mg/L以下。既能使臭氧处理再循环用水达到较好的消毒目的,又可消除O3消毒过程中产生的不利影响。5、实验结果表明水中残余臭氧生成氧化物(ORO)浓度与氧化还原电位之间具有一定的关系,因此通过体系中氧化还原电位的测定来跟踪ORO在处理水中的残存量,从而提供了一个简便可靠的监测ORO的方法,为工厂化养殖系统控制生物生长的不利因素提供技术支持和科学依据。6、对滤池滤料进行了优选实验,其中陶粒滤料对COD的去除效果最好,悬浮滤料次之,竹球最差;实验初期,陶粒滤池与悬浮滤料滤池对氨氮的去除效果接近,出水水质都能达到养殖水水质的要求,但是随着实验的进行,陶粒对氨氮的去除效果逐渐超过悬浮滤料;竹球滤池对氨氮和亚硝酸盐表现出良好的去除效果,一直未出现亚硝酸盐的积累。由于悬浮滤料价格较贵,对氨氮和COD的去除效果也一般,本实验把它舍弃。在本实验条件下,三种滤料的曝气生物滤池出水COD和NH3-N浓度都随着进水有机负荷和氨氮负荷的提高而增加,但随着所选用滤料的不同,负荷对它们的影响又有所不同;本实验确定的三种滤料滤池的最佳水力停留时间是1h,最佳滤料层高60cm,最佳气水比为3:1,为BAF在实际中的推广应用提供了科学依据。本研究的创新之处在于:1、对蛋白泡沫分离技术和臭氧消毒技术在海水养殖贝类苗种循环水中的应用进行了现场中试研究,得到了一定水质下的蛋白泡沫分离器的相关参数;发现并首次定量探讨了臭氧生成氧化物对养殖循环水水质的影响和消除其影响的途径。得到了海水养殖贝类苗种循环水处理利用砂滤——BAF——泡沫分离——O3灭菌——活性炭吸附联合处理工艺中各处理单元的控制参数。2、本文在研究臭氧水质净化的基础上,探讨了臭氧及其氧化产物对海水生态系中的微藻可能产生的影响,提出了防治对策。3、提出一种检测有害成分的简便方法,对生产有指导作用和应用价值。4、进行了不同滤料在海水中的挂膜研究,探讨了对挂膜可能产生影响的因素,同时还研究了氨氮负荷、有机负荷、水力停留时间、填料高度、水温、pH以及气水比对3种滤料去除氨氮、COD的影响,为BAF在工程中的推广应用提供了技术依据。