全封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中生物濾器生物膜培養(yǎng)

摘 要：為了除去循環(huán)水養(yǎng)殖過程中魚類新陳代謝產(chǎn)生的氨氮和亞硝酸鹽的毒副效果，循環(huán)水系統(tǒng)水處理工藝中離不開生物濾器，濾器首次啟動(dòng)需要進(jìn)行濾器內(nèi)生物膜培養(yǎng)。結(jié)果表明：在環(huán)境因子適宜條件下，當(dāng)水中出現(xiàn)了NH4+，細(xì)菌就開始凝絮，逐漸附著在過濾介質(zhì)表面，首先開始生長(zhǎng)的細(xì)菌屬于硝化細(xì)菌，把NH4+轉(zhuǎn)化為NO2-，在此過程中，因?yàn)閬喯趸瘑伟糠浅Ｉ?，亞硝酸鹽會(huì)不斷升高，這個(gè)階段大概需要20d左右，當(dāng)濾器逐漸出現(xiàn)亞硝化單胞菌與硝化細(xì)菌逐漸達(dá)到平衡，亞硝酸鹽會(huì)逐漸降低接近0mg/L并與NH4+濃度達(dá)到平衡，整個(gè)過程需要40d左右。當(dāng)系統(tǒng)培養(yǎng)出亞硝化單胞菌，會(huì)向系統(tǒng)中產(chǎn)生NO3-，若整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)沒有換水，細(xì)菌量不斷增大，NO3-逐漸累積，值會(huì)越來(lái)越大。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水系統(tǒng)；掛膜；硝化；環(huán)境因子

中圖分類號(hào)：S-3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170833213

引言

全封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖模式下，我們向魚投喂飼料，魚通過新陳代謝、消化吸收產(chǎn)生的殘餌、糞便、排泄物是系統(tǒng)中主要污染源，投喂的飼料中，部分蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物是魚無(wú)法消化的，脂肪和碳水化合物一般不影響魚的生長(zhǎng)，而蛋白質(zhì)中含氮元素，消化后產(chǎn)生氨[1]，只有將氨氮降解后的水才能持續(xù)循環(huán)使用[2]。為了除去這些污染物和它們產(chǎn)生的毒副效果，系統(tǒng)安裝了生物過濾系統(tǒng)[3]。生物濾器過濾介質(zhì)[4]為微生物的附著物，系統(tǒng)啟動(dòng)開始養(yǎng)殖前，至少提前40d開始生物濾器生物膜培養(yǎng)。本文對(duì)生物濾器生物膜培養(yǎng)做一基本概述。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)在封閉式循環(huán)水系統(tǒng)中進(jìn)行，參與循環(huán)的設(shè)備主要有生物濾器[5]、滴濾器，固定床生物濾器內(nèi)部濾料填充物為表面積大的PE材料[6]，在生物濾器兩板之間，基本固定不動(dòng)。滴濾器主要用于排氣，但也具有一定的去除氨氮的效果，整個(gè)生物膜培養(yǎng)過程保持水流循環(huán)并全部重復(fù)利用。

1.2 環(huán)境因子控制

在循環(huán)水系統(tǒng)中進(jìn)行生物濾器生物膜培養(yǎng)，環(huán)境因子可控，各項(xiàng)指標(biāo)可提前設(shè)定。

1.2.1 銨根濃度

為模擬養(yǎng)殖環(huán)境中魚新陳代謝向水中排放的NH4+，實(shí)驗(yàn)向系統(tǒng)中添加氨水，實(shí)驗(yàn)證明，NH4+濃度為0～3mg/L范圍內(nèi)，NH4+濃度越高，NH4+去除率越高，兩者成正比，所以保持水體NH4+濃度為3mg/L。

1.2.2 溫度

生物膜的形成與溫度有很大的關(guān)系。從0～32℃有機(jī)物的轉(zhuǎn)化率呈指數(shù)增長(zhǎng)，32～40℃轉(zhuǎn)化率保持不變。達(dá)到45℃時(shí)，轉(zhuǎn)化率直接下降到0。也就是在0～32℃范圍內(nèi)，溫度越高，生物膜形成越快，本系統(tǒng)受后期養(yǎng)殖品種水溫限制，為保持一致，避免后期降溫對(duì)細(xì)菌的影響，設(shè)置細(xì)菌培養(yǎng)水溫為16℃。

1.2.3 pH

硝化作用中對(duì)酸堿度變化很敏感，一般pH在6～8之間硝化作用最強(qiáng)，小于6或大于8，硝化作用逐漸減弱，在培養(yǎng)階段考慮后期養(yǎng)殖，設(shè)置pH為7.2，pH過高加HCl調(diào)節(jié)，過低加CaCO3調(diào)節(jié)。

1.2.4 溶氧

生物過濾器中微生物為自養(yǎng)好氧型細(xì)菌，硝化作用對(duì)水中氧氣的含量的依賴性很高，因此使生物過濾器保持充足的氧氣很關(guān)鍵，設(shè)置氧氣濃度為5mg/L。

1.2.5 堿度

在硝化過程中，每克氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮要需要耗用7.14g的堿度，水中堿會(huì)不斷被消耗掉，所以有必要在硝化作用過程中為水體補(bǔ)充一定堿度，培養(yǎng)過程中堿度保持在100～200mg/L之間。

1.3 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)

實(shí)驗(yàn)開始后第2天開始每天定時(shí)檢測(cè)NH4+、NO2-、 NO3-濃度[7]，若NH4+濃度降低，及時(shí)向系統(tǒng)添加氨水，保持NH4+濃度為3mg/L，同時(shí)監(jiān)控T、PH、O2等指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

生物膜培養(yǎng)1～40dNO2- 、NO3-值變化見圖1（圖中主坐標(biāo)為NO3-變化值，次坐標(biāo)為NO2-變化值）。

圖1 生物濾器細(xì)菌培養(yǎng)-NO2-、NO3-變化

生物濾器內(nèi)主要由一些表面積較大、微生物易于附著、密度較小、易反沖洗的過濾介質(zhì)組成[8]，在環(huán)境因子適宜條件下，當(dāng)水中出現(xiàn)了NH4+，細(xì)菌就開始凝絮，逐漸附著在過濾介質(zhì)表面，首先開始生長(zhǎng)的細(xì)菌屬于硝化細(xì)菌，把NH4+轉(zhuǎn)化為NO2-，在此過程中，因?yàn)閬喯趸瘑伟糠浅Ｉ?，亞硝酸鹽會(huì)不斷升高[9]，這個(gè)階段大概需要20d左右，當(dāng)濾器逐漸出現(xiàn)亞硝化單胞菌與硝化細(xì)菌逐漸達(dá)到平衡，亞硝酸鹽會(huì)逐漸降低接近0mg/L并與NH4+濃度達(dá)到平衡，整個(gè)過程需要40d左右。

當(dāng)系統(tǒng)培養(yǎng)出亞硝化單胞菌，會(huì)通過硝化反應(yīng)向系統(tǒng)中產(chǎn)生NO3-，整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)沒有換水，細(xì)菌量不斷增大，NO3-逐漸累積，值會(huì)越來(lái)越大。培養(yǎng)結(jié)束后，若濾料表面生物膜較厚，可通過反沖洗來(lái)保證生物濾料濾池的清潔度及長(zhǎng)期正常運(yùn)行[10]。

3 討論

生物膜培養(yǎng)過程受很多環(huán)境因素的影響，但生物膜培養(yǎng)成功表現(xiàn)是硝化菌與亞硝化單胞菌達(dá)到平衡，每天水體NH4+濃度為3mg/L能全被降解，同時(shí)產(chǎn)生NO2-也能完全降解。正常養(yǎng)殖后把初期投喂飼料量換算與氨水量相等（飼料：氨水=5：1），投喂后以每天不超過20%的飼料量逐漸遞增飼料的投喂量，避免因系統(tǒng)無(wú)法處理多余NH4+濃度而產(chǎn)生NH4+、NO2-超標(biāo)的情況。生物濾器不能消毒，但必須定期對(duì)生物濾器進(jìn)行反沖洗，排掉生物介質(zhì)上老的生物膜，避免生物膜過厚里層產(chǎn)生厭氧型細(xì)菌。

從整個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)看，細(xì)菌是比較敏感，如果存在升降溫、升降pH操作，每天不超過0.5，在各環(huán)境因子控制范圍內(nèi)，也有可能40d內(nèi)完成不了細(xì)菌培養(yǎng)，尤其是亞硝化單包菌的培養(yǎng)。因?yàn)樯餅V器內(nèi)是一個(gè)大的生物群，由微生物、原生動(dòng)物、多糖組成，具有生物降解、硝化功能、亞硝化功能及硫代謝功能的生物絮團(tuán)，對(duì)生物濾器的研究應(yīng)進(jìn)一步分離細(xì)菌，并確定還有哪些不知道的環(huán)境因子會(huì)影響細(xì)菌的生長(zhǎng)，以達(dá)到實(shí)際生物濾器的處理能力。

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作者簡(jiǎn)介：李梅（1988-），女，本科，助理工程師，主要從事水產(chǎn)養(yǎng)殖工作。endprint