濾料浮床面積對水產養殖水體的原位修復效果

高亞男　劉雪梅　王芳

摘要：構建了適用于水產養殖水體原位修復的濾料浮床生態調控系統，考察了不同床水比（浮床面積與水體面積比）條件下的水產養殖水體原位修復效果。結果表明，當床水比為1∶10時，試驗周期內的化學需氧量（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分別提高了13%和25%；床水比為1∶15時，凈化能力不足，水質指標逐漸惡化；床水比為1∶5時，布水裝置啟動頻繁，減緩魚苗的生長速度。

關鍵詞：濾料浮床；養殖水體；床水面積比；原位修復

中圖分類號：S959；X703.1 文獻標識碼：A 文章編號：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養殖水體聯合修復技術[1]。相比于高能耗、高投入的工廠化循環水養殖方法[2-5]，原位修復技術具有費用低、易維護、不產生二次污染、不危害養殖功能等諸多優點[6-8]，將其用于水產養殖水體的生態調控既可節約水資源，又可減少水污染，并且還可以提高養殖水體生態系統的穩定性[9]。濾料浮床技術應用過程中，床體規模大小直接決定了微生物負載量、凈水植物種植面積以及布水流量，對于水體修復效果起著至關重要的作用，因而是最核心的設計參數。本研究重點考察了不同床水比（浮床面積與水體面積比）下的水產養殖水體水質指標以及魚苗生長指標，獲得了最優床水比設計參數，為技術的具體實施提供了基礎支撐。

1 材料與方法

1.1 濾料浮床系統的構建

濾料浮床調控系統包括懸浮濾料層和布水裝置2個主要部分。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，放入水面圈隔出獨立水面，PVC板外壁處安裝穩定浮子，定位隔板在水中的深度。將輕質生物陶粒濾料投放到獨立水面中，生物陶粒依靠浮力作用形成厚度均勻的懸浮層，在其表面鋪設一層種植網。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成，其啟閉由溶解氧控制器根據池內的溶解氧濃度自動控制。布水裝置的作用是將養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懸浮濾層，同步實現水質凈化和魚塘增氧。

1.2 試驗方法

取4個水箱，洗凈、晾干、編號，其中3個用于模擬不同床水比的水產養殖水體環境，一個作為空白對照。對照（CK）試驗裝置為圓桶+試驗用水+魚苗；綜合生態濾料浮床處理試驗裝置為圓桶+濾料浮床1個+泵水噴灑裝置+空心菜種植+試驗用水+魚苗，設床水比（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個試驗箱中裝入480 L人工配制的模擬養殖污水，使水體初始化學需氧量（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，在種植網上播種空心菜。當空心菜高度達到10 cm時，在4個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，空白對照組中將EM菌液直接投放到水體中[10]。

由于蒸發、植物的吸收及蒸騰作用會導致水量減少，每日用去離子水及時進行補充，確保總水量不變。每日按照魚苗重量的2%投放餌料。

1.3 測試指標與方法

每天在水箱的表層、中層、底層取樣，測定混合樣的CODMn、NH3-N，連續測定30 d。測定方法均采用國家推薦的標準方法，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定。

2 結果與分析

2.1 水質凈化效果

2.1.1 CODMn濃度變化 從圖1可以看出，對照的初期污染水平最低，主要歸因于水體中含有較高的EM菌液濃度，隨后其CODMn濃度持續增加，至17 d時達到40 mg/L，需再次加入EM菌以降低污染物濃度。可見直接噴灑EM菌改善水質的效果快速但不持久。3組不同床水比的生態濾料浮床處理組在試驗初期CODMn濃度差異較小；在試驗的中后期，4組的CODMn濃度出現分化，處理A的CODMn水平持續升高，試驗末期達到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荷過大，導致污染物不斷累積，濃度持續升高；處理B的CODMn濃度在整個試驗周期總體較平穩，后期由于凈水植物發揮了凈水功效，因而CODMn濃度較前期有小幅度下降，達到16 mg/L；處理C的CODMn濃度水平最低，試驗末期達到12 mg/L。可見大的床水比更加有利于污染物濃度控制。

2.1.2 NH3-N濃度變化 從圖2可以看出，試驗初期各處理的NH3-N濃度差異較小；試驗中期對照和處理A、B的NH3-N濃度呈上升趨勢，原因可能在于此時原有EM菌濃度降低，固載菌量無法及時降解每日新增污染物，導致NH3-N含量不斷升高；在試驗后期，各處理NH3-N濃度變化趨于平緩，且處理B和處理C的NH3-N濃度均呈現下降趨勢，該變化主要歸功于凈水植物的吸收，試驗后期凈水植物處于快速生長階段，NH3-N的去除顯著。處理B在試驗末期的NH3-N濃度基本維持在0.07 mg/L，處理C的NH3-N濃度最低達到0.04 mg/L。

2.1.3 復氧周期及持續時間 試驗期間，設定溶解氧的波動范圍為4～6 mg/L，當溶解氧低于4 mg/L時，進行布水循環，當溶解氧濃度達到6 mg/L時，停止布水。監測結果表明，處理A、B、C 3組的布水裝置啟動時間間隔依次縮短，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中，單位濾料的污染負荷低，降解速度快，單位時間的耗氧量相應增加。在相同的噴淋密度下，處理A、B、C 3組的布水持續時間依次縮短，平均布水時間依次為35、21和13 min，和床水比成反比，說明單位時間布水量越大，增氧效果越快。從能耗和系統穩定性角度進行綜合評價，處理B的濾床床水比設計較優。

2.2 魚類生長狀況

魚類生長情況用增重率和成活率兩個指標進行評定，其中增重率為試驗期間每個試驗組魚苗總體重量增加的百分數，成活率為試驗期末魚苗存活數量與試驗之初魚苗投放數量的比值。

由表1可知，各處理中對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，當床水比較低時，無法持續穩定的對水產養殖水體進行修復；當床水比過高時，各項水質指標均可維持在較優水平，但植物和微生物生長代謝所需的營養物可能處于匱乏狀態，有可能與魚苗形成營養競爭關系，從而降低魚苗本身的生長速度。

3 結論

通過不同面積濾料浮床對水產養殖水體的原位修復效果的研究發現，床水比對養殖水體水質的保持及魚苗的成活及生長均有重要影響。從水質指標看，設置濾料浮床有利于保持水質的穩定，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，試驗周期內其CODMn、NH3-N和DO分別穩定維持在20、0.07和6.5 mg/L左右；床水比為1∶15時，凈化能力不足，水質指標逐漸惡化；床水比為1∶5時，布水裝置啟閉周期縮短，能耗增加。從魚苗生長情況看，濾料浮床組的成活率和增重率均高于對照。當床水比為1∶10時，增重率和成活率均達到92%；床水比為1∶15時，水質逐步惡化，增重率和成活率分別降至62%和86%；床水比為1∶5時，出現了凈水系統和魚苗的營養競爭關系，雖然成活率提高到95%，但是增重率降低至90%。

參考文獻：

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