秸稈生物炭基在淡水養(yǎng)殖水治理中的應(yīng)用研究

文_涂海濱 上海江柘環(huán)境工程技術(shù)有限公司

本研究采用的生物碳基人工魚礁技術(shù)，是在傳統(tǒng)人工魚礁的基礎(chǔ)上添加秸稈生物炭，構(gòu)建具有大比表面積、高度吸附能力和微生物附著能力的秸稈生物炭基人工魚礁。同時(shí)實(shí)現(xiàn)秸稈的資源化，提高了人工魚礁的強(qiáng)度、透氣性、吸附性和生物親和性。把人工魚礁打造為微生物生長(zhǎng)樂園，并通過這些微生物降解、吸附和同化作用提高水中氮、磷的去除作用，同時(shí)為魚、蝦類等提供繁殖、生長(zhǎng)、索餌和庇敵的場(chǎng)所，達(dá)到凈化水質(zhì)，提高養(yǎng)殖產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量的目的。

本研究在上海逸佳水產(chǎn)養(yǎng)殖專業(yè)合作社和金山區(qū)豐澤淡水魚種場(chǎng)這兩個(gè)實(shí)施基地來進(jìn)行秸稈生物碳基新材料在淡水養(yǎng)殖中的應(yīng)用研究，養(yǎng)殖水域面積共約300畝，其中建設(shè)了4座投加生物碳基人工魚礁的試驗(yàn)塘，內(nèi)無人工魚礁的對(duì)比塘2座，其余均為普通養(yǎng)殖塘。

本研究對(duì)發(fā)展都市綠色漁業(yè)，推動(dòng)水產(chǎn)養(yǎng)殖轉(zhuǎn)型升級(jí)起到推進(jìn)作用，同時(shí)為區(qū)域水環(huán)境的治理和改善提供工程示范。

1 試驗(yàn)部分

1.1 秸稈炭基生物新材料的制備

本研究利用生物炭（采用植物秸稈制備）和泥沙，按照一定的配比度，在一定溫度下(＜200℃)進(jìn)行水熱合成，并形成規(guī)格為350mm×350mm×100mm（厚度）的中間開孔生物磚，并利用這些含秸稈生物炭基生物磚來構(gòu)造人工魚礁。

合成人工魚礁采用水熱法所需溫度較低(＜200℃)，對(duì)泥沙自身的微孔結(jié)構(gòu)破壞較小，泥沙的大部分組成不變，生物炭的多種性質(zhì)也保持不變，最終產(chǎn)品依然保持原有的多孔性和生物親和性；水熱反應(yīng)產(chǎn)物托勃莫來石為材料提供較高強(qiáng)度，能保證人工魚礁的穩(wěn)固和壽命；由于人工魚礁原料的親和性在反應(yīng)后依然能得到保持，因此其對(duì)水體的污染與混凝土材料相比將大大降低；生物炭及生成的托勃莫來石的多孔性，能滿足微生物的附著，其吸附作用和凈化效果可實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖水體環(huán)境的生態(tài)修復(fù)，滿足魚類生長(zhǎng)對(duì)水質(zhì)的需求。

1.2 試驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)物種為南美白對(duì)蝦，設(shè)4座試驗(yàn)塘，2座對(duì)比塘。試驗(yàn)塘與對(duì)比塘基本條件相同，塘的水域面積均為7.5畝，水深約1.2m，塘底及塘堤均無硬化措施，養(yǎng)殖塘進(jìn)水為同一條進(jìn)水渠道，進(jìn)水水質(zhì)基本相同。其中試驗(yàn)塘中采用秸稈生物炭基新材料構(gòu)建人工魚礁，試驗(yàn)塘1至4的人工魚礁構(gòu)建面積分別占養(yǎng)殖塘水域面積的40%、30%、20%和10%，對(duì)比塘1及對(duì)比塘2采用傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式，內(nèi)無人工魚礁等附屬設(shè)施。

試驗(yàn)塘及對(duì)比塘的蝦苗投放量均為3.5萬尾/畝，在整個(gè)養(yǎng)殖周期中，采用相同的投喂方式進(jìn)行人工養(yǎng)殖。

1.3 取樣分析方法

本養(yǎng)殖周期自2019年6月25日開始投放蝦苗，2019年7月10日開始取得第一批水樣樣本，以后每隔約兩周取樣1次，送專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行化驗(yàn)分析。

水樣的污染物含量CODcr、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)和總磷(TP)分別按照GB11914-89、GB7479-87、GB11894-89、GB11893-89進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 養(yǎng)殖塘水中CODcr去除效果

每個(gè)魚塘水質(zhì)中CODcr濃度數(shù)據(jù)如表1所示。在整個(gè)養(yǎng)殖周期中，養(yǎng)殖塘水的CODcr濃度出現(xiàn)較大的波動(dòng)；從平均值來看，試驗(yàn)塘相比于對(duì)比塘的CODcr濃度低15.9%～27.3%，且4個(gè)試驗(yàn)塘的CODcr濃度平均值均小于2個(gè)對(duì)比塘的CODcr濃度平均值，可見秸稈生物炭基人工魚礁對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水CODcr的去除有較好效果。

表1 試驗(yàn)塘和對(duì)比塘水質(zhì)CODcr數(shù)據(jù) (mg/L)

2.2 養(yǎng)殖塘水中氨氮去除效果

每個(gè)魚塘水質(zhì)中氨氮濃度數(shù)據(jù)如表2所示。在整個(gè)養(yǎng)殖周期中，養(yǎng)殖塘水的氨氮濃度出現(xiàn)較大的波動(dòng)；從平均值來看，試驗(yàn)塘相比于對(duì)比塘的氨氮濃度低37.3%～72.1%，且4個(gè)試驗(yàn)塘的氨氮濃度平均值均小于2個(gè)對(duì)比塘的氨氮濃度平均值，可見秸稈生物炭基人工魚礁對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水氨氮的去除有良好效果。

表2 試驗(yàn)塘和對(duì)比塘水質(zhì)氨氮數(shù)據(jù) (mg/L)

2.3 養(yǎng)殖塘水中總氮去除效果

每個(gè)魚塘水質(zhì)總氮數(shù)據(jù)如表3所示。在整個(gè)養(yǎng)殖周期中，養(yǎng)殖塘水的總氮濃度出現(xiàn)較大的波動(dòng)；從平均值來看，試驗(yàn)塘相比于對(duì)比塘的總氮濃度低14.2%～30.0%，且4個(gè)試驗(yàn)塘的總氮濃度平均值均小于2個(gè)對(duì)比塘的總氮濃度平均值，秸稈炭基人工魚礁對(duì)增強(qiáng)水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水總氮的去除有良好效果。

表3 試驗(yàn)塘和對(duì)比塘水質(zhì)總氮數(shù)據(jù) (mg/L)

2.4 養(yǎng)殖塘水中總磷去除效果

每個(gè)魚塘水質(zhì)總磷數(shù)據(jù)如表4所示。在整個(gè)養(yǎng)殖周期中，養(yǎng)殖塘水的總磷濃度出現(xiàn)較大的波動(dòng)；從平均值來看，試驗(yàn)塘相比于對(duì)比塘的總磷濃度低5.8%～20.7%，且4個(gè)試驗(yàn)塘的總磷濃度平均值均小于2個(gè)對(duì)比塘的總磷濃度平均值，秸稈炭基人工魚礁對(duì)增強(qiáng)水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水總磷的去除有良好效果。

表4 試驗(yàn)塘和對(duì)比塘水質(zhì)總磷數(shù)據(jù) (mg/L)

3 結(jié)語

本研究利用植物秸稈和泥沙為原材料，不僅解決了泥沙堆積和秸稈焚燒帶來的環(huán)境污染問題，同時(shí)也因地取材，整個(gè)生產(chǎn)過程節(jié)能環(huán)保，生產(chǎn)成本降低。

在污染物吸收降解方面，通過放置以秸稈生物炭基新材料構(gòu)建的人工魚礁，能夠有效提高氮磷去除率，降低養(yǎng)殖水體對(duì)周圍環(huán)境的污染，具有良好的生態(tài)效益。

分析養(yǎng)殖塘水部分批次污染物濃度波動(dòng)的原因主要有以下兩個(gè)方面：一是在取樣過程中要注意避開餌料投加時(shí)間和地點(diǎn)，以免餌料投加造成養(yǎng)殖塘水化驗(yàn)指標(biāo)出現(xiàn)偏差；二是在取樣過程中適當(dāng)注意天氣變化，避免如下雨等天氣過程中，由雨水將空氣中的污染物或地表徑流帶入的污染物造成化驗(yàn)指標(biāo)出現(xiàn)偏差。