全封閉循環(huán)海水養(yǎng)殖水處理系統(tǒng)水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)分析
工廠化封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖是在原有的工廠化養(yǎng)殖基礎(chǔ)上，配備循環(huán)水凈化設(shè)施、設(shè)備，采用物理、化學(xué)、生物等凈化方式把養(yǎng)殖廢水轉(zhuǎn)變成可再利用的養(yǎng)殖用水，使用優(yōu)質(zhì)人工配合餌料和管理技術(shù)進(jìn)行的高度集約化養(yǎng)殖方式。不僅可以節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，有利于可持續(xù)發(fā)展，并且可使養(yǎng)殖密度增加，產(chǎn)量提高。水處理技術(shù)是工廠化封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖的中心環(huán)節(jié)，確定合適的水處理工藝是建立循環(huán)水養(yǎng)殖重要的步驟。為此本研究小組在唐山普林海珍養(yǎng)殖有限公司采用弧形篩、蛋白分離器、生物濾池、紫外線消毒器等設(shè)備進(jìn)行封閉式循環(huán)海水養(yǎng)殖水處理試驗，本試驗就該裝置的水處理效果進(jìn)行了研究，為我國的循環(huán)水養(yǎng)殖水處理技術(shù)提供參考。
1 材料與方法
1.1 材料
1.1.1 試驗場地 唐山普林海珍養(yǎng)殖有限公司。養(yǎng)殖水泥池20個，每個水泥池大小為50m2，每池放養(yǎng)體長8cm的牙鲆魚2萬尾。
1.1.2 主要儀器設(shè)備 uv-1700型紫外可見分光光度計、synergy超純水系統(tǒng)、pb-10ph計、tp-214電子分析天平、水下水溫計、鹽度計等。
1.1.3 試劑及化驗用水 定量用的化學(xué)試劑用優(yōu)級純，其他非定量用的一般試劑用分析純;化驗用水為去離子水。
1.2 方法
1.2.1 水處理系統(tǒng)工藝流程 水處理系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。
其中，海水淡化設(shè)備蛋白分離器;紫外線消毒器;弧形篩自己做，網(wǎng)目為200目;生物濾池2個，每個大小為3m×2m×4m，濾池內(nèi)浸有直徑1mm的聚丙烯絲制成的毛刷狀填料作為生物濾床，在試驗前70d加入海水進(jìn)行內(nèi)循環(huán)運轉(zhuǎn)，濾料上形成1層明膠狀生物膜。整個循環(huán)系統(tǒng)除了因蒸發(fā)而需要向系統(tǒng)補(bǔ)充淡水外，整個系統(tǒng)是1個完整的封閉模式。
1.2.2 水樣采集點的選取 根據(jù)系統(tǒng)的分布和設(shè)置，選取了5個采樣點，分別為弧形篩過濾前進(jìn)水口(即養(yǎng)魚池出水口)、蛋白分離器前進(jìn)水口(即弧形篩過濾后出水口)、生物濾池進(jìn)水口(即蛋白分離器后出水口)、紫外線消毒器進(jìn)水口(即生物濾池出水口)、養(yǎng)魚池進(jìn)水口(即紫外線消毒器出水口)。
1.2.3 水質(zhì)檢驗方法 氨氮(nh3-n)：靛酚藍(lán)分光光度法;硝酸鹽氮(no3--n)：紫外分光光度法;亞硝酸鹽氮(no2--n)：萘乙二胺分光光度法;無機(jī)磷(po43--p)：磷鉬藍(lán)分光光度法;溶解氧(do)：碘量法;化學(xué)耗氧量(cod)：堿性*法;ph值：ph計法。
2 結(jié)果與分析
在以投餌為主的養(yǎng)殖模式下，養(yǎng)殖廢水中的主要污染物包括：顆粒態(tài)固體(糞便和飼料廢物)、溶解態(tài)代謝廢物、飼料和糞便中的溶解態(tài)營養(yǎng)鹽以及藥物殘留等。這些污染性廢物不間斷地排入水體，致使有機(jī)物不斷積累，影響了水體內(nèi)部有機(jī)物的代謝循環(huán)系統(tǒng)，使水體中氨氮、亞硝酸鹽等嚴(yán)重超標(biāo)，細(xì)菌數(shù)量增加，水中溶解氧含量下降，引發(fā)各種養(yǎng)殖生物病害。本試驗采用過濾、蛋白分離、生物膜及紫外消毒等環(huán)節(jié)對養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理，測定各處理方式進(jìn)出水口的水質(zhì)情況，并對不同處理方法的效果進(jìn)行分析。
2.1 弧形篩過濾水處理效果
養(yǎng)殖廢水經(jīng)弧形篩過濾后進(jìn)出水口水質(zhì)指標(biāo)見表1。由表1可見，各項水質(zhì)指標(biāo)變化不大，都稍有降低，但未達(dá)顯著水平。對no3--n、no2--n、nh3-n的去除率分別為3.03%、2.96%、1.42%;溶解氧的去除率為3.05%;cod下降較多，去除率達(dá)13.59%;對po43--p、ph、細(xì)菌指數(shù)的影響不大。這是因為弧形篩主要去除水中的殘餌、糞便等大顆粒物質(zhì)，而對于溶解性的物質(zhì)無法去除。
2.2 蛋白質(zhì)分離器水處理效果
養(yǎng)殖廢水在蛋白質(zhì)分離器進(jìn)出水口的水質(zhì)指標(biāo)見表2。由表2可見，開啟蛋白分離器可顯著去除水體中的細(xì)菌、nh3-n、cod，對細(xì)菌、nh3-n、cod的去除率分別為41.32%、32.60%、23.79%;可顯著提高水體中do的含量，do含量提高了32.61%;對no3--n、no2--n、po43--p和ph的影響較小，no3--n和ph的含量分別上升了6.16%和0.44%，no2--n和po43--p的去除率分別為3.36%和6.41%。
2.3 生物濾池水處理效果
由表3可見，開啟生物過濾池能有效去除水體中的nh3-n和no2--n的去除率分別為36.99%和28.77%;系統(tǒng)在降低nh3-n和no2--n的同時，會消耗水體中的do，使do濃度降低11.66%;開啟該系統(tǒng)能提高水體中no3--n、cod和細(xì)菌指數(shù)，no3--n、cod和細(xì)菌指數(shù)分別上升了17.18%、9.87%和69.10%;ph值和po43--p變化很小。該系統(tǒng)對nh3-n的去除作用和增加細(xì)菌的數(shù)量作用達(dá)顯著水平。
2.4 紫外線消毒器水處理效果
由表4可以看出，開啟紫外線消毒器能顯著降低養(yǎng)殖水體中的細(xì)菌指數(shù)和cod濃度，去除率分別為84.17%和23.58%，對nh3-n、no2--n和po43--p的去除率分別為14.87%、8.65%和6.62%，但未達(dá)顯著水平。do含量上升了7.87%，而no3--n和ph稍有升高。
2.5 蛋白分離器、生物濾池、紫外線消毒器水處理效果
由表5可見，養(yǎng)殖水體經(jīng)蛋白質(zhì)分離器、生物濾池和紫外線消毒器一系列處理后能顯著去除no2--n和nh3-n，對no2--n和nh3-n的去除率分別為37.12%和63.85%;并且使cod和細(xì)菌指數(shù)顯著降低，分別降低了36.01%和84.29%;使po43--p的濃度降低了10.41%，但未達(dá)顯著水平。該系統(tǒng)能顯著提高水體no3--n和do濃度，no3--n和do濃度分別上升了32.45%和26.35%;使ph值略有升高，升高了0.25%。
3 討論
弧形篩過濾主要用于濾除水中的殘餌、糞便等大顆粒固體物質(zhì)，對去除溶解的氮、磷和有機(jī)物質(zhì)等作用并不明顯。但此環(huán)節(jié)意義非常大，通過弧形篩的過濾，在系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的開始就將養(yǎng)殖水體中的殘餌、糞便等大顆粒固體物質(zhì)去除掉，可大大減輕整套水處理系統(tǒng)的負(fù)荷，尤其可大大提高后面蛋白分離器、生物濾池等環(huán)節(jié)的處理效果。在系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的過程中，一定要注意弧形篩的密封性，及時檢查篩網(wǎng)的安全性，防止篩網(wǎng)破損。另外，要及時洗刷和檢查篩網(wǎng)，防止篩網(wǎng)網(wǎng)目堵塞，影響水處理效果。
蛋白質(zhì)分離器、生物濾池和紫外線消毒器對nh3-n均有明顯的去除作用。生物濾池能有效去除水體中的no2--n(去除率為為28.77%)，蛋白質(zhì)分離器和紫外線消毒器對no2--n的去除作用較小(3.36%和8.65%)。生物過濾器中附著亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌生長，亞硝化細(xì)菌能將氨降解為毒性較小的亞硝酸鹽，硝化細(xì)菌能將亞硝酸鹽降解為毒性更小的硝酸鹽，no2--n和no3--n濃度的變化與這2種細(xì)菌的作用有關(guān)。高濃度的硝酸鹽同樣會對魚類有害，50mg/l是*的較為安全硝態(tài)氮濃度。本試驗中經(jīng)處理后硝酸鹽濃度升高，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到影響魚類的程度。紫外線能有效去除水體中的細(xì)菌(去除率達(dá)84.17%)，蛋白質(zhì)分離對細(xì)菌數(shù)量也有一定去除作用(對細(xì)菌的去除率為41.32%)。生物濾池可增加水體中細(xì)菌數(shù)量，是因為填料表面生長著大量細(xì)菌形成生物膜。紫外線消毒因其不產(chǎn)生有害的消毒副產(chǎn)物而受到重視。
生產(chǎn)過程中，養(yǎng)殖魚類的殘餌、糞便及生物膜脫落物質(zhì)會在水體中形成懸浮顆粒，它們經(jīng)過生物濾器時會被濾料吸附，時久量多時，會堵塞濾料表面，降低生物膜傳質(zhì)效果和硝化效率，所以要加強(qiáng)水處理系統(tǒng)的維護(hù)管理，生物濾器要定期反沖去污，以維持生物濾器高效運轉(zhuǎn)。生物濾池中的微生物是分解有機(jī)溶解物和氨的主要物質(zhì)。可以在已有的光合細(xì)菌、桿菌、硝化細(xì)菌、酵母菌的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步篩選優(yōu)化高效菌種，采用增強(qiáng)菌種固化強(qiáng)度，增強(qiáng)使用壽命等技術(shù)方法，進(jìn)一步引進(jìn)優(yōu)良的外籍微生物，以強(qiáng)化生物凈化效率，提高對氨氮、亞硝酸鹽、硝態(tài)氮的去除率。
從開啟整個系統(tǒng)對過濾水處理后的數(shù)據(jù)可以看出，該系統(tǒng)能顯著去除no2--n和nh3-n，對no2--n和nh3-n的去除率分別為37.12%和63.85%;并且使cod和細(xì)菌指數(shù)顯著降低，分別降低了36.01%和84.29%;使po43--p的濃度降低了10.41%，但未達(dá)顯著水平。該系統(tǒng)能顯著提高水體no3--n和do濃度，no3--n和do濃度分別上升了32.45%和26.35%;使ph值略有升高，升高了0.25%。研究結(jié)果表明，蛋白質(zhì)分離器、生物過濾器和紫外線殺菌器聯(lián)合使用可對水質(zhì)起到良好的凈化效果。