3種填料對集裝箱循環水養殖廢水處理的初步研究

彭 磊， 邢道超， 王惠姍， 舒 銳

(1中國海洋大學水產學院，山東 青島 266003； 2廣州華大銳護科技有限公司，廣東 廣州514400)

3種填料對集裝箱循環水養殖廢水處理的初步研究

彭 磊1， 邢道超1， 王惠姍2， 舒 銳2

(1中國海洋大學水產學院，山東 青島 266003； 2廣州華大銳護科技有限公司，廣東 廣州514400)

集裝箱循環水養殖；生物填料；水產養殖廢水處理

近年來，隨著海洋資源的衰退及海洋污染的加劇，集裝箱循環水養殖已成為中國漁業可持續發展的重要組成部分及研究熱點，其具有運行成本低、節水、節電、高效及可持續等優勢。據報道，1套有效水體為40 m3的集裝箱養殖系統年產魚可達10 t[1]。生物濾池對廢水的處理是循環水養殖過程中非常重要的環節，其凈水能力的好壞取決于生物填料表面生物膜的附著量及其活性[2-3]。生物填料包括天然生物填料(石英砂、貝殼、竹環)、無機填料(陶粒、硅鋁酸鹽、活性炭)以及有機高分子填料(聚丙烯，聚丙烯醇縮甲醛)[4]。理想的生物填料應具有比表面積大、密度較小、微生物易于附著、易于反沖洗等特性[5-6]。蔡云龍等[7]通過對生化環、沸石、生化石和碎石的研究發現，沸石去除氨氮效果最好，生化石和生化環次之，碎石最差。徐竟成等[8]通過對頁巖陶粒、輕質材料及懸浮填料的研究發現，懸浮填料對氨氮的去除能力較強，但對化學需氧量(COD)的去除效果不佳，輕質填料對氨氮和COD的去除效果都優于陶瓷填料。劉卉等[9]研究發現聚丙烯塑料發泡材料(EPP)無毒無味，可作為生物填料用于集裝箱循環水養殖系統中。此外，有些生物填料可以再生，這也引起了學者的廣泛關注[10]。

1 材料與方法

1.1試驗裝置

試驗裝置為4套封閉式集裝箱循環水養殖系統(3套為實驗組，1套為對照組，2個生物反應器為同一處理組的2個平行組，每個生物反應器的有效水體均為25 m3)，圖1為1套系統示意圖。

圖1 集裝箱循環水養殖系統示意圖Fig.1 Schematic diagram of the closed recirculating aquaculture system

填料放置于生物反應器中，水力停留時間為6 h。于2016年6月2日至2016年8月13日在華大銳護東涌實驗基地進行試驗。

1.2試驗材料

EPP填料，無錫杰斯比塑料有限公司；epp填料、懸浮球填料和海綿填料，合肥會通中科材料有限公司(圖2和表1)。

圖2 各填料外觀圖Fig.2 Appearance diagram of the various fillers表1 3種填料的相關參數Tab.1 Correlative parameters of the three kinds of fillers

填料種類規格/cm比重/(kg/m3)比表面積/(m2/g)孔隙率/%堆積系數/(個/m3)EPP填料0．410．13867517187懸浮球填料1．580．028097350海綿填料2～523．023．3938000

1.3試驗方法

1.3.1 填料吸附細菌實驗

取9個300 mL滅菌錐形瓶(A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3)，于生物濾池進水口處取水樣，每個錐形瓶加入2 mL水樣和98 mL 0.9 %無菌生理鹽水，搖勻。稀釋104倍后取50 μL涂布于LB培養基，于25℃培養箱中培養48 h，記錄菌落數(按平板上菌落數為30～300的稀釋度計算每毫升細菌含量)。每個錐形瓶(未稀釋104倍)加入相同比表面積的填料(121℃滅菌30 min，A1、A2和A3為0.60 g EPP填料，B1、B2和B3為0.83 g懸浮球填料，C1、C2和C3為10 g海綿填料)，將錐形瓶放于搖床震蕩2 h后將填料取出，剩余液體靜止15 min后稀釋104倍，各取50 μL涂布于LB培養基，于25℃培養箱中培養48 h，記錄菌落數。

W=(C0-C1)/C0×100%

式中：W—吸附率，%；C0—菌液初始濃度，CFU/mL；C1—吸附后菌液濃度，CFU/mL。

1.3.2 填料掛膜實驗

1.4數據處理

數據均采用平均值±標準差(Mean±SD)的形式表示，并用Excel 和SPSS 21.0對數據進行統計分析。顯著水平為P<0.05。

2 結果

2.13種填料對廢水中細菌吸附能力的比較

在2 h內，EPP填料對廢水中細菌的吸附能力最強，吸附率為62.83%，并且與懸浮球填料和海綿填料的吸附能力存在顯著性差異(P<0.05)，后兩種填料對細菌的吸附能力差異性不顯著(P>0.05)，吸附率分別為49.72%和45.32%(表2)。

表2 3種填料對細菌的吸附量Tab.2 The amount of bacteria absorbed on the three kinds of filters

注：同一列數值的上標不同表示差異顯著(P<0.05)

圖3 3種填料掛膜啟動期間與質量濃度變化Fig.3 The concentration change of N-N(A)and N-N(B)during biofilm cultivation

圖4 3種填料處理高濃度養殖廢水時與質量濃度關系擬合圖

無機氮類型填料類型參數abcR2NH+4-N與NO-2-N(y1=ax2+bx+c)EPP填料-0．061．737-1．3170．947海綿填料-0．0671．961-1．4560．958懸浮球填料-0．0591．792-0．8140．912NH+4-N與NO-3-N(y2=aln(x)+b)EPP填料-5．1216．34—0．931海綿填料-5．0216．42—0．969懸浮球填料-4．7916．05—0．973

3 討論

3.13種填料對養殖廢水中細菌的吸附性能

生物填料對養殖廢水中細菌的吸附能力可以影響其掛膜效果[11]。因此，研究不同填料對細菌的吸附特性，可以為集裝箱循環水養殖系統選擇合適的填料。填料不僅可以影響生物膜的生長、繁殖和脫落，而且還起到截留和吸附養殖廢水中懸浮物的作用[12]。倪紅等[13]通過對石英砂、活性炭以及火山巖填料的研究發現，2～4 mm的火山巖填料對重組菌pYN-2S有最好的吸附效果。董棟等[14]通過對不同填料吸附細菌速率的研究發現，活性炭>陶粒>白黏土>鋁土礦。本研究比較3種填料對養殖廢水中細菌吸附能力的差異，結果表明，EPP填料對細菌的吸附能力最強。

由于EPP填料表面較粗糙，有微孔，增加了表面的吸收位點，因此對細菌有較好的吸附效果。懸浮球填料比海綿填料的比表面積要大很多，但兩者對細菌的吸附能力差異不顯著(P>0.05)，這可能是因為海綿填料的孔隙率較高，提高了比表面積的利用率，以致兩者對細菌的吸附能力相近。

的關系

4 結論

□

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Preliminarystudyoneffectsofthreefiltersonthewastewatertreatmentintheclosedrecirculatingaquaculturesystem

PENGLei1,XINGDaochao1,WANGHuishan2,SHURui2

(1DepartmentofFisheries,CollegeofFisheries,OceanUniversityofChina,Qingdao266003,China; 2GuangzhouHuadaReahooCO.,LTD,Guangzhou514400,China)

closed recirculating aquaculture system; biological filler; wastewater treatment in aquaculture system

10.3969/j.issn.1007-9580.2017.05.001

2017-07-12

國家自然科學基金青年基金(31502212)

彭磊(1972—)，男，副教授，研究方向：水產養殖工程。E-mail: penglei@ouc.edu.cn

舒銳(1974—)，男，博士，公司法人代表。E-mail: 1542577840@qq.com

X703

A

1007-9580(2017)05-001-06