濾料浮床面積對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖水體的原位修復(fù)效果

高亞男　劉雪梅　王芳

摘要：構(gòu)建了適用于水產(chǎn)養(yǎng)殖水體原位修復(fù)的濾料浮床生態(tài)調(diào)控系統(tǒng)，考察了不同床水比（浮床面積與水體面積比）條件下的水產(chǎn)養(yǎng)殖水體原位修復(fù)效果。結(jié)果表明，當(dāng)床水比為1∶10時(shí)，試驗(yàn)周期內(nèi)的化學(xué)需氧量（CODMn）、NH3-N和溶解氧（DO）分別維持在20、0.07和6.5 mg/L左右，魚苗的成活率和增重率比無浮床系統(tǒng)分別提高了13%和25%；床水比為1∶15時(shí)，凈化能力不足，水質(zhì)指標(biāo)逐漸惡化；床水比為1∶5時(shí)，布水裝置啟動(dòng)頻繁，減緩魚苗的生長(zhǎng)速度。

關(guān)鍵詞：濾料浮床；養(yǎng)殖水體；床水面積比；原位修復(fù)

中圖分類號(hào)：S959；X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）11-2052-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.11.013

Abstracts： A kind of ecological regulation and control system of floating bed used for in-situ remediation for aquaculture water body was constructed. The effects of in situ remediation under conditions with different bed and water ratio were investigated. The results showed that，when the area of bed and water ratio was 1∶10，CODMn，NH3-N and DO were maintained at 20 mg/L，0.07 mg/L and 6.5 mg/L respectively in the experimental period. Compared with non floating bed system，the survival rate and the growth rate of fries in floating bed system increased by 13% and 25% respectively. When the area of bed and water ratio was 1∶15，the purification capacity was insufficient，and the water quality was gradually deteriorated. When the area of bed and water ratio was 1∶5，the water distribution device was frequently started， and the growth rate of fries was slowed down.

Key words： filter material floating bed； aquaculture water； the area of bed and water ratio； in-situ remediation

濾料浮床是一種以懸浮濾料為核心、有機(jī)集成濾料吸附過濾、生物掛膜、植物吸收和水體增氧等多種功能于一體的水產(chǎn)養(yǎng)殖水體聯(lián)合修復(fù)技術(shù)[1]。相比于高能耗、高投入的工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖方法[2-5]，原位修復(fù)技術(shù)具有費(fèi)用低、易維護(hù)、不產(chǎn)生二次污染、不危害養(yǎng)殖功能等諸多優(yōu)點(diǎn)[6-8]，將其用于水產(chǎn)養(yǎng)殖水體的生態(tài)調(diào)控既可節(jié)約水資源，又可減少水污染，并且還可以提高養(yǎng)殖水體生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[9]。濾料浮床技術(shù)應(yīng)用過程中，床體規(guī)模大小直接決定了微生物負(fù)載量、凈水植物種植面積以及布水流量，對(duì)于水體修復(fù)效果起著至關(guān)重要的作用，因而是最核心的設(shè)計(jì)參數(shù)。本研究重點(diǎn)考察了不同床水比（浮床面積與水體面積比）下的水產(chǎn)養(yǎng)殖水體水質(zhì)指標(biāo)以及魚苗生長(zhǎng)指標(biāo)，獲得了最優(yōu)床水比設(shè)計(jì)參數(shù)，為技術(shù)的具體實(shí)施提供了基礎(chǔ)支撐。

1 材料與方法

1.1 濾料浮床系統(tǒng)的構(gòu)建

濾料浮床調(diào)控系統(tǒng)包括懸浮濾料層和布水裝置2個(gè)主要部分。懸浮濾料層由外部擋板和懸浮濾料組成。首先將長(zhǎng)方形PVC卷板卷成圓柱形，接口處用卡扣固定，放入水面圈隔出獨(dú)立水面，PVC板外壁處安裝穩(wěn)定浮子，定位隔板在水中的深度。將輕質(zhì)生物陶粒濾料投放到獨(dú)立水面中，生物陶粒依靠浮力作用形成厚度均勻的懸浮層，在其表面鋪設(shè)一層種植網(wǎng)。布水裝置由潛水泵、溶解氧控制器、輸水管道和霧化布水噴頭構(gòu)成，其啟閉由溶解氧控制器根據(jù)池內(nèi)的溶解氧濃度自動(dòng)控制。布水裝置的作用是將養(yǎng)殖水體中的污水噴灑入空氣中，然后以氣水混合液的形式流經(jīng)懸浮濾層，同步實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化和魚塘增氧。

1.2 試驗(yàn)方法

取4個(gè)水箱，洗凈、晾干、編號(hào)，其中3個(gè)用于模擬不同床水比的水產(chǎn)養(yǎng)殖水體環(huán)境，一個(gè)作為空白對(duì)照。對(duì)照（CK）試驗(yàn)裝置為圓桶+試驗(yàn)用水+魚苗；綜合生態(tài)濾料浮床處理試驗(yàn)裝置為圓桶+濾料浮床1個(gè)+泵水噴灑裝置+空心菜種植+試驗(yàn)用水+魚苗，設(shè)床水比（浮床面積與水體面積比）分別為1∶15（A）、1∶10（B）、1∶5（C）3個(gè)處理，其中，水箱尺寸為1.0 m×0.8 m×0.7 m，加水量為0.48 m3，魚苗投放密度75尾/m2，濾料浮床濾料層厚度均為30 cm。

在4個(gè)試驗(yàn)箱中裝入480 L人工配制的模擬養(yǎng)殖污水，使水體初始化學(xué)需氧量（COD）、NH3-N和總磷（TP）的濃度分別為30、0.2和0.04 mg/L。在A、B、C組中放置不同直徑的濾料浮床系統(tǒng)，在種植網(wǎng)上播種空心菜。當(dāng)空心菜高度達(dá)到10 cm時(shí)，在4個(gè)水箱中投放羅非魚魚苗，并同步按照菌、液體積比為1∶100 000的比例將EM菌液噴灑到濾床表面，空白對(duì)照組中將EM菌液直接投放到水體中[10]。

由于蒸發(fā)、植物的吸收及蒸騰作用會(huì)導(dǎo)致水量減少，每日用去離子水及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充，確?？偹坎蛔?。每日按照魚苗重量的2%投放餌料。

1.3 測(cè)試指標(biāo)與方法

每天在水箱的表層、中層、底層取樣，測(cè)定混合樣的CODMn、NH3-N，連續(xù)測(cè)定30 d。測(cè)定方法均采用國家推薦的標(biāo)準(zhǔn)方法，CODMn采用高錳酸鉀氧化法； NH3-N采用納氏比色法；溶解氧（DO）使用LDOTMHQ10便攜式溶氧儀原位測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)凈化效果

2.1.1 CODMn濃度變化 從圖1可以看出，對(duì)照的初期污染水平最低，主要?dú)w因于水體中含有較高的EM菌液濃度，隨后其CODMn濃度持續(xù)增加，至17 d時(shí)達(dá)到40 mg/L，需再次加入EM菌以降低污染物濃度?？梢娭苯訃姙M菌改善水質(zhì)的效果快速但不持久。3組不同床水比的生態(tài)濾料浮床處理組在試驗(yàn)初期CODMn濃度差異較小；在試驗(yàn)的中后期，4組的CODMn濃度出現(xiàn)分化，處理A的CODMn水平持續(xù)升高，試驗(yàn)?zāi)┢谶_(dá)到45 mg/L，原因可能在于浮床面積較小，微生物和凈水植物污染負(fù)荷過大，導(dǎo)致污染物不斷累積，濃度持續(xù)升高；處理B的CODMn濃度在整個(gè)試驗(yàn)周期總體較平穩(wěn)，后期由于凈水植物發(fā)揮了凈水功效，因而CODMn濃度較前期有小幅度下降，達(dá)到16 mg/L；處理C的CODMn濃度水平最低，試驗(yàn)?zāi)┢谶_(dá)到12 mg/L?？梢姶蟮拇菜雀佑欣谖廴疚餄舛瓤刂?。

2.1.2 NH3-N濃度變化 從圖2可以看出，試驗(yàn)初期各處理的NH3-N濃度差異較??；試驗(yàn)中期對(duì)照和處理A、B的NH3-N濃度呈上升趨勢(shì)，原因可能在于此時(shí)原有EM菌濃度降低，固載菌量無法及時(shí)降解每日新增污染物，導(dǎo)致NH3-N含量不斷升高；在試驗(yàn)后期，各處理NH3-N濃度變化趨于平緩，且處理B和處理C的NH3-N濃度均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，該變化主要?dú)w功于凈水植物的吸收，試驗(yàn)后期凈水植物處于快速生長(zhǎng)階段，NH3-N的去除顯著。處理B在試驗(yàn)?zāi)┢诘腘H3-N濃度基本維持在0.07 mg/L，處理C的NH3-N濃度最低達(dá)到0.04 mg/L。

2.1.3 復(fù)氧周期及持續(xù)時(shí)間 試驗(yàn)期間，設(shè)定溶解氧的波動(dòng)范圍為4～6 mg/L，當(dāng)溶解氧低于4 mg/L時(shí)，進(jìn)行布水循環(huán)，當(dāng)溶解氧濃度達(dá)到6 mg/L時(shí)，停止布水。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，處理A、B、C 3組的布水裝置啟動(dòng)時(shí)間間隔依次縮短，平均間隔為3.2、2.5和2.0 h，原因可能是在床水比較大的系統(tǒng)中，單位濾料的污染負(fù)荷低，降解速度快，單位時(shí)間的耗氧量相應(yīng)增加。在相同的噴淋密度下，處理A、B、C 3組的布水持續(xù)時(shí)間依次縮短，平均布水時(shí)間依次為35、21和13 min，和床水比成反比，說明單位時(shí)間布水量越大，增氧效果越快。從能耗和系統(tǒng)穩(wěn)定性角度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，處理B的濾床床水比設(shè)計(jì)較優(yōu)。

2.2 魚類生長(zhǎng)狀況

魚類生長(zhǎng)情況用增重率和成活率兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定，其中增重率為試驗(yàn)期間每個(gè)試驗(yàn)組魚苗總體重量增加的百分?jǐn)?shù)，成活率為試驗(yàn)期末魚苗存活數(shù)量與試驗(yàn)之初魚苗投放數(shù)量的比值。

由表1可知，各處理中對(duì)照的成活率和增重率均最低，處理B的增重率最高，處理C的成活率最高，兩處理的增重率和成活率相差較小，但均明顯高于處理A的增重率。由此可見，當(dāng)床水比較低時(shí)，無法持續(xù)穩(wěn)定的對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖水體進(jìn)行修復(fù)；當(dāng)床水比過高時(shí)，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均可維持在較優(yōu)水平，但植物和微生物生長(zhǎng)代謝所需的營(yíng)養(yǎng)物可能處于匱乏狀態(tài)，有可能與魚苗形成營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，從而降低魚苗本身的生長(zhǎng)速度。

3 結(jié)論

通過不同面積濾料浮床對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖水體的原位修復(fù)效果的研究發(fā)現(xiàn)，床水比對(duì)養(yǎng)殖水體水質(zhì)的保持及魚苗的成活及生長(zhǎng)均有重要影響。從水質(zhì)指標(biāo)看，設(shè)置濾料浮床有利于保持水質(zhì)的穩(wěn)定，且床水比較高可將污染物控制在較低水平。床水比為1∶10時(shí)，試驗(yàn)周期內(nèi)其CODMn、NH3-N和DO分別穩(wěn)定維持在20、0.07和6.5 mg/L左右；床水比為1∶15時(shí)，凈化能力不足，水質(zhì)指標(biāo)逐漸惡化；床水比為1∶5時(shí)，布水裝置啟閉周期縮短，能耗增加。從魚苗生長(zhǎng)情況看，濾料浮床組的成活率和增重率均高于對(duì)照。當(dāng)床水比為1∶10時(shí)，增重率和成活率均達(dá)到92%；床水比為1∶15時(shí)，水質(zhì)逐步惡化，增重率和成活率分別降至62%和86%；床水比為1∶5時(shí)，出現(xiàn)了凈水系統(tǒng)和魚苗的營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，雖然成活率提高到95%，但是增重率降低至90%。

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