封閉式循環(huán)水生產(chǎn)性半滑舌養(yǎng)殖系統(tǒng)水質(zhì)及水質(zhì)評(píng)價(jià)

活性物質(zhì)和廢水中的新鮮空氣含量較高（氮、諾2-n和有機(jī)物等），以及硫酸銅和抗生素等藥物的殘余。顯然,養(yǎng)殖廢水的大量排放勢(shì)必會(huì)對(duì)天然水域造成污染,破壞生態(tài)環(huán)境平衡,甚至?xí)鹚w的富營(yíng)養(yǎng)化。工廠化封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖具有節(jié)水、節(jié)地、節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn),越來(lái)越受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注和重視,已成為現(xiàn)代化水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的主要方向之一。封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖是集水產(chǎn)養(yǎng)殖學(xué)、微生物學(xué)、環(huán)境科學(xué)、信息與計(jì)算機(jī)學(xué)等多學(xué)科特點(diǎn)于一身,在相對(duì)封閉的系統(tǒng)中,利用物理、化學(xué)及生物方法迅速去除養(yǎng)殖水體中的NH4+-N、NO2--N、PO43--P、COD、SS及其養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)的其他代謝產(chǎn)物和餌料殘?jiān)?使水質(zhì)得以凈化,實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用和高密度的魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖。近年來(lái)國(guó)內(nèi)在封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖及水處理技術(shù)方面開(kāi)展了一系列研究,并取得了許多專(zhuān)利成果,對(duì)推動(dòng)我國(guó)工廠化養(yǎng)殖方式的進(jìn)步和提高工程化水平起到了十分重要作用。然而,針對(duì)封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)生產(chǎn)性運(yùn)行過(guò)程中各單元水處理效果;養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)、免疫和消化指標(biāo)變化狀況;以及與流水養(yǎng)殖相應(yīng)指標(biāo)的對(duì)比分析等迄今未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。本文測(cè)定了黃海水產(chǎn)養(yǎng)殖有限公司生產(chǎn)性封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖處理系統(tǒng)的水處理效率;分析了半滑舌鰨生長(zhǎng)、免疫指標(biāo),為封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。1材料和方法1.1生物濾池的原理封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)水處理工藝流程如圖1所示,由養(yǎng)魚(yú)池、微濾機(jī)、臭氧-蛋白質(zhì)分離器、生物濾池、紫外線消毒、高效液態(tài)氧及水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)七大部分組成。養(yǎng)魚(yú)池共12個(gè),為方圓形水泥池,有效體積為240m3。微濾機(jī)采用150目不銹鋼篩網(wǎng)濾除水體中殘餌、糞便等有機(jī)雜質(zhì)(流入室外養(yǎng)蝦池),并在微濾機(jī)上設(shè)有自動(dòng)反沖洗裝置,反沖洗日耗水量約為養(yǎng)魚(yú)池水體的5%;蛋白質(zhì)分離器裝有臭氧發(fā)生器,利用泡沫分離和臭氧氧化反應(yīng)原理,去除水體中溶解物及懸浮物,同時(shí)能起到殺菌消毒及增氧作用;生物濾池共3個(gè),串聯(lián)組合,有效總體積為250m3,濾池內(nèi)均勻懸掛生物載體,該載體是利用化學(xué)纖維絲條(直徑為0.5mm,比表面積約為360m2/m3)加工而成,形似毛刷,具有彈性,不僅自然微生物能均勻地附著在每一根絲條上,而且能使氣、水、自然微生物之間充分接觸,獲得較大的比表面積,系統(tǒng)運(yùn)行前利用微生態(tài)制劑輔助海水中的自然微生物進(jìn)行生物掛膜。由于養(yǎng)魚(yú)池水體蒸發(fā)及排污等均會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)原水的損失,因此,每天需補(bǔ)充循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)水體總量的10%,以保持系統(tǒng)水位的平衡和穩(wěn)定。1.2日清丸紅配合飼料系統(tǒng)養(yǎng)殖品種為半滑舌鰨,平均投放2200尾/池,投放時(shí)體長(zhǎng)(19.94±1.33)cm,體重(28.28±3.90)g。每天投喂日清丸紅配合飼料EP4,日投餌2次(4:30和19:30),投餌量為魚(yú)體重的1%。飼料的主要營(yíng)養(yǎng)成分為:粗蛋白≥48%,粗脂肪≥13%,粗纖維≤2%,粗灰分≤16%。1.3添加微生態(tài)制劑利用海水中的自然微生物進(jìn)行生物掛膜,實(shí)驗(yàn)掛膜用水是利用泵抽取半滑舌鰨養(yǎng)殖池的水。在生物掛膜開(kāi)始階段,為了保證自然微生物能夠快速擴(kuò)繁生長(zhǎng)和附著于生物載體,添加微生態(tài)制劑(含有芽孢桿菌、乳酸菌、酵母菌等有益菌,有效活菌含量≥25億個(gè)/g)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì):C6H12O6、CO(NH2)2、NH4Cl、NaNO2、K2HPO4、Na2HPO4、MnSO4等,使NH4+-N濃度為2mg/L,NO2--N濃度為0.10mg/L,pH在7.5~8.0之間,DO≥5mg/L,水溫在(24.0±2.0)℃之間。掛膜4個(gè)星期后,進(jìn)行封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖半滑舌鰨,日循環(huán)為5~6個(gè)量程,生物濾池的水力停留時(shí)間約為3h。1.4檢測(cè)儀器及檢測(cè)方法每天分別在養(yǎng)魚(yú)池、微濾機(jī)、臭氧-蛋白質(zhì)分離器、生物濾池中采水樣,依據(jù)《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB12763.4-2009)測(cè)定NH4+-N、NO2--N、NO3--N、PO43--P、COD及SS濃度。NH4+-N采用次溴酸鹽氧化法,NO2--N采用鹽酸萘乙二胺分光光度法,NO3--N采用鋅鎘還原法,PO43--P采用磷鉬藍(lán)分光光度法,COD采用堿性高錳酸鉀法,SS采用重量法;水溫、溶氧、pH采集在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。免疫指標(biāo),包括血清中的堿性磷酸酶(AKP)、酸性磷酸酶(ACP)、溶菌酶(LSZ)、胃和腸中的淀粉酶及蛋白酶等,的測(cè)定均采用南京建成生物公司提供的檢測(cè)試劑盒,相應(yīng)操作參照說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。數(shù)據(jù)處理采用SPSS16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析(ANOVA),并用均值多重比較分析法(LSD)檢驗(yàn)組內(nèi)及組間的差異顯著性,所得數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(Means±SD)。2結(jié)果與分析2.1水處理對(duì)生物濾池生物膜活性的影響封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中養(yǎng)魚(yú)池、微濾機(jī)、臭氧-蛋白質(zhì)分離器及生物濾池各水質(zhì)指標(biāo)濃度如表1所示,生物濾池中除NO2--N濃度與其他各水處理單元中NO2--N濃度差異不顯著外(P>0.05),NH4+-N、PO43--P、COD、SS及pH均呈顯著性差異(P<0.05),表明生物膜對(duì)養(yǎng)殖水質(zhì)的控制起到關(guān)鍵作用。2.1.1生物濾池處理前后nh4+-n、no2--n濃度的變化情況生物濾池掛膜開(kāi)始后,定期采取生物載體在顯微鏡下進(jìn)行觀察。第1~7天,生物載體表面開(kāi)始有淺黃色的斑點(diǎn)出現(xiàn),水體呈淺黃色;隨著時(shí)間的推移,第7~14天,生物載體表面形成一層薄薄的、呈黃褐色狀的薄膜物質(zhì),鏡檢發(fā)現(xiàn)載體上以絲狀菌和球形、指形的菌膠團(tuán)的形式存在;第14~21天,生物載體上附著物生長(zhǎng)增快,膜外觀由黃褐色慢慢變成深黃色,鏡檢發(fā)現(xiàn)載體上布滿菌膠團(tuán),出現(xiàn)少量線蟲(chóng)、吸管蟲(chóng)等;第21~28天,生物膜的顏色繼續(xù)加深,膜上的原生動(dòng)物和數(shù)量進(jìn)一步增加,池壁有個(gè)體較大的線蟲(chóng)、纖毛蟲(chóng)、吸管蟲(chóng)等,標(biāo)志生物膜已成熟。圖2、圖3分別為系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程生物濾池中NH4+-N、NO2--N濃度變化情況。該系統(tǒng)生物濾池能夠在較低的進(jìn)水NH4+-N、NO2--N負(fù)荷下,起到有效去除NH4+-N、NO2--N作用,使其在運(yùn)行過(guò)程中維持在較低的水平。生物濾池出水NH4+-N濃度極顯著低于進(jìn)水NH4+-N濃度(P<0.01),其平均濃度低于0.018mg/L,平均去除率為58.13%,表明生物濾池對(duì)NH4+-N有較好的去除效果。生物濾池處理前后NO2--N濃度變化不顯著(P>0.05),其平均濃度低于0.090mg/L,平均去除率19.47%。Laanbroek等認(rèn)為由于氨氧化細(xì)菌和硝化菌在比增長(zhǎng)速率和飽和氧常數(shù)方面的不同,使其在生物膜中處于不同的空間位置,在海水體系細(xì)菌群落的建立過(guò)程中,異養(yǎng)細(xì)菌和氨氧化細(xì)菌對(duì)氧的爭(zhēng)奪能力要強(qiáng)于硝化菌,能夠很快建立菌群,硝化菌的菌群建立及對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)相對(duì)表現(xiàn)出明顯的滯后現(xiàn)象,而且對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)較慢,硝化菌的代謝優(yōu)勢(shì)區(qū)只能存在于NO2--N和DO較高、有機(jī)物和NH4+-N濃度較低區(qū)域,故在一定條件下生物膜反應(yīng)器中會(huì)出現(xiàn)NO2--N的積累,導(dǎo)致NO2--N去除率較低。NO3--N濃度變化如圖4所示,經(jīng)生物濾池處理后,NO3--N濃度在前15d升高緩慢,隨后急劇升高,與NO2--N濃度變化相對(duì)應(yīng),即NO2--N濃度降低是NO3--N濃度升高的過(guò)程,表明生物濾池中構(gòu)建的硝化細(xì)菌群的硝化作用已經(jīng)建立,能夠?qū)O2--N轉(zhuǎn)化為NO3--N。雖然NO3--N濃度呈升高現(xiàn)象,但低濃度NO3--N不會(huì)對(duì)養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)造成毒害作用。2.1.2臭氧-蛋白質(zhì)分離器和生物濾池對(duì)po33-p的去除隨著系統(tǒng)的運(yùn)行,養(yǎng)魚(yú)池、微濾機(jī)、臭氧-蛋白質(zhì)分離器、生物濾池中PO43--P濃度逐漸升高(圖5),最高達(dá)到0.5mg/L。生物濾池出水PO43--P濃度顯著低于養(yǎng)魚(yú)池及微濾機(jī)中PO43--P濃度(P<0.05)。除微濾機(jī)對(duì)PO43--P沒(méi)有去除作用外,臭氧-蛋白質(zhì)分離器和生物濾池對(duì)PO43--P的去除率分別為13.10%和10.47%。臭氧-蛋白質(zhì)分離器能夠降低PO43--P濃度,與臭氧氧化及泡沫分離有機(jī)物有關(guān),導(dǎo)致水體中活性PO43--P濃度降低;生物濾池對(duì)PO43--P的去除率較低,因?yàn)楹Ｋ芯哿拙皇莾?yōu)勢(shì)菌屬,難以在生物膜上生長(zhǎng),且生物膜處理養(yǎng)殖水體時(shí),隨著有機(jī)物分解,一方面水體的pH會(huì)降低,使磷的溶解度增大,水體中磷的濃度升高;另一方面可能有一些PO43--P被分解出來(lái),增加了PO43--P濃度。目前一般采用大型藻類(lèi)或者建造人工濕地去除養(yǎng)殖水體中PO43--P。2.1.3有機(jī)物的去除在封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中,有機(jī)物(COD)主要來(lái)源于魚(yú)的代謝、殘餌等,如果有機(jī)物(COD)濃度過(guò)高會(huì)使水中溶解氧下降,從而影響魚(yú)的生長(zhǎng)。所以,在工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖水處理中對(duì)有機(jī)物(COD)去除也是一個(gè)很重要的指標(biāo)。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,養(yǎng)魚(yú)池、微濾機(jī)、蛋白質(zhì)分離器、生物濾池中COD濃度較穩(wěn)定,均維持在較低的水平,但各水處理單元COD濃度存在顯著差異(P<0.05)(圖6)。各水處理單元對(duì)COD的平均去除率較低,分別為14.48%、22.43%和25.36%,表明水體中存在少量異養(yǎng)細(xì)菌。從生物膜微生態(tài)環(huán)境角度考慮,異養(yǎng)細(xì)菌和硝化菌存在著生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng),本系統(tǒng)中COD平均濃度濃低于3.24mg/L,有利于硝化菌的生長(zhǎng),從而硝化菌在載體表面的生長(zhǎng)獲得了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),導(dǎo)致COD的去除率較低。2.1.4ss的的去除效果養(yǎng)魚(yú)池水體中SS平均濃度為81mg/L,經(jīng)微濾機(jī)過(guò)濾、泡沫分離、生物濾池沉降,SS濃度顯著下降(P<0.05)(圖7),最終濃度降低到6.58mg/L,微濾機(jī)、蛋白質(zhì)分離器、生物濾池對(duì)SS的去除率分別為67.13%、58.75%和30.30%,其中微濾機(jī)、蛋白質(zhì)分離器對(duì)SS的去除狀況最好,表明該系統(tǒng)中微濾機(jī)、臭氧-蛋白質(zhì)分離器運(yùn)行穩(wěn)定,能夠有效去除SS。生物濾池對(duì)SS去除率較低,這可能與進(jìn)入生物濾池的SS濃度較低及生物膜脫落有關(guān),導(dǎo)致生物濾池對(duì)SS去除率較低,甚至SS濃度增加。水處理單元對(duì)SS的去除率與進(jìn)水SS濃度、進(jìn)水流量以及水處理單元的性能有關(guān)。進(jìn)水SS越小,進(jìn)水的流量越大,則同一水處理單元對(duì)SS的去除效率就會(huì)越低。本系統(tǒng)養(yǎng)殖水體中SS濃度大,進(jìn)水的流量小,使得微濾機(jī)、臭氧-蛋白質(zhì)分離器對(duì)SS具有較高的去除率。2.2環(huán)水繁殖與流式繁殖的比較2.2.1nh4+-n的濃度循環(huán)水養(yǎng)殖池中NH4+-N濃度極顯著低于流水養(yǎng)殖池中NH4+-N濃度(P<0.01),且能維持在較低的水平(圖8),其N(xiāo)H4+-N平均濃度為0.036mg/L,而流水養(yǎng)殖池中NH4+-N平均濃度為0.15mg/L;流水養(yǎng)殖池NO2--N濃度極顯著低于循環(huán)水養(yǎng)殖池NO2--N濃度(P<0.01)(圖9),其N(xiāo)O2--N平均濃度為0.016mg/L,而循環(huán)水養(yǎng)殖池中NO2--N平均濃度為0.11mg/L,這與流水養(yǎng)殖24h換水及NH4+-N無(wú)法轉(zhuǎn)化為NO2--N有關(guān),且循環(huán)水養(yǎng)殖池進(jìn)出水速率比流水養(yǎng)殖池快,導(dǎo)致NH4+-N轉(zhuǎn)化為NO2--N速率加快,但循環(huán)水養(yǎng)殖池中NO2--N濃度符合養(yǎng)殖水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),不會(huì)對(duì)養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)造成毒害作用。2.2.2循環(huán)水養(yǎng)殖與弱化了半滑舌的活性成分變化經(jīng)過(guò)25d養(yǎng)殖運(yùn)行,從表2可知,循環(huán)水養(yǎng)殖與流水養(yǎng)殖半滑舌鰨終體長(zhǎng)、體重與初體長(zhǎng)、體重之間均呈顯著差異(P<0.05);循環(huán)水養(yǎng)殖與流水養(yǎng)殖半滑舌鰨終體重、終體長(zhǎng)之間呈顯著差異(P<0.05),平均增重率分別為252.36%和177.58%;循環(huán)水養(yǎng)殖半滑舌鰨日平均增重達(dá)2.85g,餌料系數(shù)為1.08,而流水養(yǎng)殖日平均增重為2.01g,餌料系數(shù)為1.33,表明工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖半滑舌鰨的效果明顯優(yōu)于室內(nèi)流水養(yǎng)殖模式,也證明本試驗(yàn)所在的以生物濾池為核心的循環(huán)水處理系統(tǒng)為養(yǎng)殖提供了優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的水環(huán)境,從而保證了動(dòng)物較高生產(chǎn)性能的發(fā)揮。從表3可知,不同養(yǎng)殖模式,循環(huán)水養(yǎng)殖與流水養(yǎng)殖,其半滑舌鰨血清中堿性磷酸酶(AKP)、酸性磷酸酶(ACP)、溶菌酶(LSZ)活力均差異不顯著(P>0.05),但循環(huán)水養(yǎng)殖半滑舌鰨免疫指標(biāo)酶活力高于流水養(yǎng)殖半滑舌鰨免疫指標(biāo);循環(huán)水養(yǎng)殖半滑舌鰨胃和腸中的淀粉酶活力分別極顯著高于流水養(yǎng)殖半滑舌鰨胃和腸中的淀粉酶活力(P<0.01),胃蛋白酶和胰蛋白酶活力分別顯著高于流水養(yǎng)殖半滑舌鰨胃蛋白酶和胰蛋白酶活力(P<0.05),表明循環(huán)水養(yǎng)殖半滑舌鰨胃和腸中的消化酶活力較高,對(duì)攝食消化起到一定的促進(jìn)作用,有利于半滑舌鰨的生長(zhǎng),與表2半滑舌鰨生長(zhǎng)結(jié)果相一致。這可能是由于循環(huán)水養(yǎng)殖水體中的有益菌(如:芽孢桿菌)通過(guò)與有害菌競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)、空間,并能通過(guò)產(chǎn)生抗生素來(lái)抑制有害菌的生長(zhǎng),增強(qiáng)了半滑舌鰨的免疫力和消化力,從而提高半滑舌鰨的生長(zhǎng)效果。3循環(huán)水養(yǎng)殖池養(yǎng)殖nh4+-n和no2--n的濃度和養(yǎng)殖半滑舌胃和腸中淀粉酶活力的變化(1)封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)各水處理單元運(yùn)行良好,使養(yǎng)殖池中的NH4+-N、NO2--N、PO43--P、COD、SS等水質(zhì)指標(biāo)維持穩(wěn)定,微濾機(jī)、蛋白質(zhì)分離器能夠很好地去除COD和SS,對(duì)其平均去除率分別為14.43%、67.13%和22.43%、58.75%;生物濾池能夠有效去除養(yǎng)殖水體中的NH4+-N和NO2--N,使NH4+-N和NO2--N濃度分別低于0.018mg/L和0.090mg/L。(2)封閉循環(huán)水養(yǎng)殖池中NH4+-N濃度極顯著低于流水養(yǎng)殖池中NH4+-N濃度(P<0.01),而NO2--N濃度則極顯著高于流水養(yǎng)殖池中NO2--N濃度(P>0.05),但不超過(guò)養(yǎng)殖水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)循環(huán)水養(yǎng)