文章来源：
《工业水处理》2024年第10期
第一作者：
史曼伊
通讯作者
：
陈猷鹏
作者单位
：
重庆大学环境与生态学院
合作单位
：
重庆工商大学国家智能制造服务国际科技合作基地
论文DOI：
10.19965/j.cnki.iwt.2023-0946
论文引用：
史曼伊，申渝，傅慧敏，等. 工厂化循环水养殖系统重金属积累的生物毒性及去除技术[J]. 工业水处理，2024，44（10）：18-31.
养殖水产品需求日益增高，传统水体养殖技术无法满足市场需求，由此诞生了低碳高产的循环水养殖技术，但其作为一个高密度养殖的封闭/半封闭系统对水质要求很高。循环水经处理后残余并积累的重金属污染物会给养殖系统带来安全隐患，不仅会积累于水产品体内对其造成生物毒性或直接导致其中毒死亡，还会通过食物链传递并对人类健康造成威胁。如何在保持水产品的高产率下去除循环水中积累的重金属污染物是未来技术发展需要重点解决的问题。
对循环水养殖系统中循环积累产生的重金属污染物的可持续性危害和处理技术进行了整理、总结和分析，预测了循环养殖水体重金属去除技术的发展趋势和突破方向，以期为去除水体重金属技术的发展提供参考。
自循环水养殖技术问世以来，其在挪威和日本等发达国家迅速普及并迭代革新，取代了传统池塘及网箱养殖技术，但在发展中国家发展起步较晚，一些以渔业为主的亚洲发展中国家仍以传统养殖技术为主。由于循环水养殖系统的封闭循环特点，部分重金属污染物难以排出系统从而不断循环积累。目前循环水处理技术中没有专门针对重金属污染物的原位去除环节，虽然部分重金属污染物可经沉淀、过滤、蛋白分离、生物处理等环节消除，但残留的小部分重金属仍在系统中不断富集，且无法通过常规方法去除，大大增加了重金属在水系统和水产品中积累的风险。理清循环养殖水体重金属来源及毒性机理并对症下药，减少循环水养殖系统重金属积累污染，提升循环水养殖模式发展水平对于我国节能减碳、保护环境、提高国际市场竞争力以及应对粮食安全和保障社会经济可持续发展具有深远意义。
（1）简述了水体和水产品中的重金属污染现状。
近年来全球表层水体污染严重，当前许多国家、地区和组织都对水体和水产品中重金属污染物浓度进行了限值规定，我国对此也设定了相应的限值标准，但实际的循环水养殖系统在重金属超标的情况下依然正常运行。循环养殖水、水产饲料和养殖投入品中重金属浓度超标时能够在养殖水产品体内检测到重金属污染，随着社会发展，重金属污染呈现出逐年增加的态势，从各个方面影响着人类的安全。数据表明在实际养殖水体中铜、锌、镉和铅浓度容易超标，然而在水产品体内重金属超标情况出现较少，只有镉和砷易出现超标。
（2）阐明了重金属对水产品的生物毒性。
重金属对水产品的负面影响在于其一旦进入血液后，在生物体表现出任何外部症状之前，血液会经历各种病理变化，随后重金属会分布到各种器官和组织，包括肝脏、肾脏和鳃，直至积累量超过生物体能够承受的极限。重金属污染物对水产品的致毒机制大致表现为3个方面：1）吸附于器官表面，产生覆盖作用，对器官正常生理功能的影响程度与重金属含量成正相关；2）提高细胞畸形率，诱发细胞畸形以致细胞非正常凋亡等；3）破坏DNA、酶、功能蛋白分子的结构并导致其失活，扰乱正常生理代谢过程，引起生理生化指标的改变，使胚胎发育、繁殖遗传等生理功能遭到破坏，影响生物体存活率。
（3）总结了循环水重金属污染处理技术。
减少循环水重金属污染积累应从饲料选择和水源选择入手，从源头控制，最大程度避免水体重金属污染。此外，有效去除水体中重金属的各类方法多以物化方法为主，但技术存在如产生有毒废物、成本高昂等缺点，且此类研究目前大多是以高浓度重金属水体为研究对象，而循环养殖水体中的重金属污染程度相较于冶炼、纺织废水而言极低，需要对现有方法进行进一步优化与改进。水生植物已经被广泛应用于人工湿地和人工浮床中作为重金属指示生物和蓄积物种，同时微生物具有吸附重金属成本低、效率高且环境友好等优点，基于此研究出对低浓度重金属去除效果更好的生物修复方法可以更好地推进绿色循环水养殖产业，除此之外，重金属污染的水体修复正在从传统的污染物去除向资源化回收转变。
（1）目前研究较多的重金属是被世界公认毒性危害较大的铅、铬、镉、铜、锌和砷等，而钴、锡等其他重金属对水产品影响的研究较少，未来应对此方面的研究重点关注，同时对其他非必需金属对水产品的影响也应加大研究力度。需要注意的是，非必需重金属如若在循环水系统中出现累积，其任何浓度水平都会对水产品构成威胁，这是循环水养殖中需要面对的关键特殊问题。
（2）水体中重金属的积累和持续存在对水产品的亚致死效应可能是潜伏的，因此难以检测，但却可能对生物体的长期生长、繁殖和生存产生重大影响。针对重金属对水产品各阶段的持续长久性影响甚至基因性改变及水产品对重金属胁迫响应和应对途径的研究较少，这需要长久的跟踪观察和更加深入的研究来探明重金属的毒性机理。
（3）重金属迁移转化是多种因素共同作用的结果，但目前的研究重心主要为单一影响因子，对于多重影响因子复合作用的研究较少，未来将重心转移到研究多重影响因子复合作用上可以更好地为重金属污染治理提供强有力支撑和理论依据。同时，水环境中重金属的多介质迁移转化规律及其迁移机理方面研究较为缺乏，可以考虑将同位素示踪法等多种方法引入重金属迁移转化和机理的研究。
（4）物化修复方法在工业高浓度重金属废水中应用效果良好，但也仅限于将水体中的高浓度重金属去除至低浓度，无法做到根除重金属，而通常在循环养殖水中低浓度重金属的存在便足以威胁水产品的安全，因此应着重开发有毒副产物更少的生物修复方法，实现低浓度重金属水体向零浓度重金属水体的绿色跨越。
（5）水体重金属污染去除在水处理各单元中的设计合理性以及管理的标准规范性等方面还有待完善。目前市面上流通的基础循环水处理技术趋于成熟，但仍在循环养殖水体重金属去除问题上存在技术瓶颈，应寻求更能有效去除重金属的方式，从而为生态环境与食品安全筑起一道可靠屏障。
第一作者
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史曼伊，重庆大学环境与生态学院陈猷鹏课题组硕士研究生。E-mail：[email protected]。
通讯作者
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陈猷鹏，教授，博士生导师。E-mail：[email protected]。
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来源
：《工业水处理
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2024年第10期
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