日本長(zhǎng)岡技術(shù)科技大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)完成一項(xiàng)為期116天的試點(diǎn)試驗(yàn)，驗(yàn)證了串聯(lián)式厭氧與好氧下流懸掛海綿反應(yīng)器（DHS）在海水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)（RAS）中的脫氮效果。該系統(tǒng)以日本鲆為研究對(duì)象，通過重力驅(qū)動(dòng)的海綿生物膜處理單元替代傳統(tǒng)曝氣與化學(xué)藥劑添加，在優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)后實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)殖水體氨氮與亞硝酸鹽的穩(wěn)定控制，并徹底取消了常規(guī)換水操作。

試驗(yàn)采用500升養(yǎng)殖池，初始放養(yǎng)密度約3.7千克/立方米，投喂商業(yè)顆粒飼料（日投喂量為體重的2%），海水鹽度約30‰。水流從養(yǎng)殖池泵入100升厭氧DHS反應(yīng)器（填充50升海綿載體及反硝化顆粒污泥），隨后依靠重力流入下游的好氧DHS反應(yīng)器進(jìn)行末端凈化與復(fù)氧，經(jīng)紫外線消毒后回流至魚池。補(bǔ)水僅用于彌補(bǔ)蒸發(fā)與采樣損耗。試驗(yàn)分階段調(diào)整兩個(gè)核心變量：初期不外加碳源；第32天起投加乙酸鈉維持碳氮比（C/N）為3，并將好氧海綿體積從15升逐步擴(kuò)大至40升（水力停留時(shí)間2.0分鐘）；Zui終階段將厭氧段C/N比提升至6。作者指出，因參數(shù)為順序調(diào)整而非獨(dú)立因子設(shè)計(jì)，結(jié)果反映的是系統(tǒng)的綜合響應(yīng)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)好氧海綿體積增至40升（約占池容4%）且C/N比達(dá)到6時(shí)，系統(tǒng)水質(zhì)顯著穩(wěn)定?？偘钡抵?.78±0.98毫克/升，亞硝酸鹽濃度接近或低于檢出限，硝酸鹽緩慢累積但始終控制在海水RAS運(yùn)行閾值以下。在此條件下，養(yǎng)殖池pH值全程維持在7.0以上，無需額外投加堿性物質(zhì)；溶解氧持續(xù)高于8.0毫克/升，得益于好氧段的自然復(fù)氧作用。該配置成功消除了對(duì)傳統(tǒng)除氣塔、曝氣池及堿液投加系統(tǒng)的依賴。

基于16S rRNA基因測(cè)序的微生物群落分析揭示了反應(yīng)器的功能機(jī)制。好氧DHS上層海綿中，具有高氨親和力的氨氧化古菌（Candidatus Nitrosopumilus）占主導(dǎo)，適應(yīng)低氧與波動(dòng)pH環(huán)境；亞硝酸鹽氧化菌Nitrospira直至第49天才被檢出，與其生長(zhǎng)緩慢及對(duì)鹽度敏感的特性相符，也解釋了早期的亞硝酸鹽積累。值得注意的是，好氧反應(yīng)器內(nèi)反硝化細(xì)菌豐度常高于硝化菌，印證了海綿內(nèi)部微缺氧區(qū)可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化。厭氧DHS則以利用乙酸鹽的反硝化菌Sedimenticola為主，證實(shí)了異養(yǎng)反硝化是主要脫氮路徑。研究同時(shí)提示，氨氧化古菌通常排放較少的一氧化二氮，若未來能富集完全氨氧化菌（comammox），或可進(jìn)一步降低毒性風(fēng)險(xiǎn)與溫室氣體排放，但該推測(cè)尚需宏基因組學(xué)驗(yàn)證。

工程運(yùn)行方面，海綿反應(yīng)器在116天內(nèi)未出現(xiàn)堵塞、生物質(zhì)過度堆積或壓降顯著增加，無需反沖洗、清洗或更換填料，僅需定期檢查循環(huán)泵。重力通風(fēng)設(shè)計(jì)避免了強(qiáng)制曝氣的能耗，多孔結(jié)構(gòu)也降低了結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。不過，研究團(tuán)隊(duì)明確說明，本次試點(diǎn)未量化能耗、資本支出與運(yùn)營(yíng)成本，確切的經(jīng)濟(jì)效益需待后續(xù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估確認(rèn)。

該研究承認(rèn)其單點(diǎn)試點(diǎn)與順序?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)的局限性，跨系統(tǒng)比較需謹(jǐn)慎。下一步工作將聚焦于獨(dú)立重復(fù)驗(yàn)證、一氧化二氮排放定量、comammox富集策略開發(fā)，以及在不同物種下的商業(yè)化規(guī)模驗(yàn)證。若這些步驟取得進(jìn)展，此類低成本、低環(huán)境影響的海綿反應(yīng)器有望成為節(jié)水性水產(chǎn)養(yǎng)殖的關(guān)鍵技術(shù)之一。