日本長岡技術科技大學研究團隊完成一項為期116天的試點試驗，驗證了串聯(lián)式厭氧與好氧下流懸掛海綿反應器（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)以日本鲆為研究對象，通過重力驅動的海綿生物膜處理單元替代傳統(tǒng)曝氣與化學藥劑添加，在優(yōu)化運行參數(shù)后實現(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反應器進行末端凈化與復氧，經紫外線消毒后回流至魚池。補水僅用于彌補蒸發(fā)與采樣損耗。試驗分階段調整兩個核心變量：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升逐步擴大至40升（水力停留時間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)為順序調整而非獨立因子設計，結果反映的是系統(tǒng)的綜合響應。

試驗數(shù)據顯示，當好氧海綿體積增至40升（約占池容4%）且C/N比達到6時，系統(tǒng)水質顯著穩(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；溶解氧持續(xù)高于8.0毫克/升，得益于好氧段的自然復氧作用。該配置成功消除了對傳統(tǒng)除氣塔、曝氣池及堿液投加系統(tǒng)的依賴。

基于16S rRNA基因測序的微生物群落分析揭示了反應器的功能機制。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，適應低氧與波動pH環(huán)境；亞硝酸鹽氧化菌Nitrospira直至第49天才被檢出，與其生長緩慢及對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，好氧反應器內反硝化細菌豐度常高于硝化菌，印證了海綿內部微缺氧區(qū)可實現(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，證實了異養(yǎng)反硝化是主要脫氮路徑。研究同時提示，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），或可進一步降低毒性風險與溫室氣體排放，但該推測尚需宏基因組學驗證。

工程運行方面，海綿反應器在116天內未出現(xiàn)堵塞、生物質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。重力通風設計避免了強制曝氣的能耗，多孔結構也降低了結垢風險。不過，研究團隊明確說明，本次試點未量化能耗、資本支出與運營成本，確切的經濟效益需待后續(xù)技術經濟評估確認。

該研究承認其單點試點與順序實驗設計的局限性，跨系統(tǒng)比較需謹慎。下一步工作將聚焦于獨立重復驗證、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)模驗證。若這些步驟取得進展，此類低成本、低環(huán)境影響的海綿反應器有望成為節(jié)水性水產養(yǎng)殖的關鍵技術之一。