生態魚缸的構建及其水質凈化效果研究

郟菁菁+武濤

摘 要 為了解決養魚過程中不斷換水以及產生的污染問題，本研究順序進行了魚、魚+生態系統、魚+生態系統+復合填料層以及魚+生態系統+復合填料層+水生植物四組實驗，分別從濁度、pH、CODMn、NH4+-N以及TP五個方面對比研究了不同處理系統條件下水體的水質變化情況，結果表明：在只有魚的系統中，由于魚類的代謝以及多余飼料的腐敗，會產生一定量的污染物，使得水體的水質惡化；但是通過引入生產者以及分解者等，構建相對完整的水生生態系統之后，系統對于水體的污染具有一定的恢復作用，但是作用效果有限；在增設了復合填料層之后，由于填料層與水生生態系統的物理、化學以及生物作用，水體中的污染物得到有效的去除，水體基本恢復到原自來水水質；最后在系統中增設水生植物，在產氧的基礎上，其根系能有效的吸附一些污染物質，還能進一步的美化室內環境。研究證明，魚+生態系統+復合填料層+水生植物的構成的生態魚缸系統，不僅能實現系統內部的微循環，有效的控制水體污染，還能實現水體的自身循環利用，不僅省去了換水的麻煩，還能節約用水，是一套實用并且美觀的家庭養魚系統。

關鍵詞 生態魚缸；復合填料；水體微循環

中圖分類號 Q958.116

文獻標識碼 A

文章編號 1674-6708（2016） 154-0061-03

在養魚過程中，魚類自身會排出廢物，加之飼料等發生腐敗現象，會導致魚缸中水質不斷惡化，因此需要經常換水，稍有不慎，將會帶來魚類的死亡，給養魚愛好者們增加了很多麻煩。近年來，生物填料不僅在污水處理方面有了較大的進步，在微污染水源水處理領域也有了一定的應用。本來選取了幾種常用的填料，在魚缸中組建填料吸附層，并在填料表層種植一種水生植物，力求構建一個能夠自我循化，自我凈化的生態魚缸，不僅能夠減少換水帶來的工作量，還能實現節約用水，美化環境。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗材料

1） 養魚用水

本次實驗研究采用的養魚用水為自來水，自來水在使用前于通風處靜置48小時，去除其中的余氯以及可能對魚類生存產生危害的物質。水質分析情況如表1。

2） 魚類及其飼料

本實驗中所使用的魚為水產養殖市場購買的長狀況良好的斑馬魚和鰟鮍魚。而采用的飼料也是商販根據長期養魚經驗提供的最為合適的人工合成薄片飼料，飼料中含有蛋白質、纖維、脂肪、各種維生素和微量元素等。

3） 填料

本實驗選取了3種填料組合而成的復合填料進行實驗，復合填料自上而下依次為多孔玻璃陶瓷環（5cm）、機制顆粒活性炭（5cm）、火山石（5cm）。各種填料粒徑如下：多孔玻璃陶瓷環為環形中空結構，外徑1.5cm，長1.5cm，壁厚1.6mm；火山石直徑2cm～4cm；機制顆粒活性炭為圓柱體結構，高度為3cm，直徑5mm。

1.2 實驗裝置

本研究中所搭建的裝置如圖l所示。

如圖1所示，該實驗裝置的構建分為4個階段，每個階段進行一組實驗。在第一組實驗裝置中，僅投放斑馬魚和鳑鮍魚，并在魚缸壁安置一下小型靜音曝氣機第二組實驗裝置中，為了構建一個相對完整的水生生態系統，引入了蘋果螺、田螺和黑殼蝦作為分解者，并在池底鋪設了活性炭和水草泥，在其表面種植了適量的苦草、黑藻、金魚藻和蜈蚣草等水生植物；第三組實驗裝置中，在水面以上構建了一個復合填料層，在池底加設了潛水泵，將魚缸中的水提升，使其經過填料層后重新回歸水體，并在填料層側面搭建了一個小型的太陽能光板，以便給潛水泵供給能量；第四組實驗裝置在第三組的基礎上，在填料層表面種植了根系發達的香菇草。

1.3 實驗方法

本次實驗設置了4個實驗組。第一組中僅投加魚類；第二組為魚+生態系統，通過引入前文提到的生產者，消費者和分解者，構建一個相對完整的生態系統：第三組為魚+生態系統+復合填料，在魚缸中構造一個15cm厚的混合填料層；第四組為魚+生態系統+復合填料+水生植物，在復合填料表層，引入適量的水生植物。以上四組實驗，第一、二組實驗時間為1周，以便保證魚類的正常存活，第三、四組每組進行時間為2周。前2周去魚缸中的混合水樣進行檢測，后面4周取循環泵出水進行檢測，測定魚缸中的水質狀況。

1.4 水質分析方法

本次實驗主要分析魚缸水體中濁度，pH，CODM。，NH4+-N和TP的情況，對比不同實驗處理階段的水質狀況。測量方法如表2所示。

2 結果與討論

2.1 濁度的變化情況

隨著時間和處理組的不同，魚缸中的濁度變化如圖2所示。

從圖2中可以看出，第一組實驗中，隨著時間的推移，魚缸中的濁度明顯上升，這是由于魚類的排泄物以及飼料發生腐敗，進入水體形成小顆粒懸浮于水體中，導致濁度上升。隨著第二者實驗的進行，魚缸中的濁度有所下降，這是因為構建了一個相對完整的生態系統之后，魚類的排泄物以及腐敗的飼料被引入的分解者分解，使濁度下降，但是在第二者實驗的后期，濁度變化不明顯，說明生態系統對于水體中的濁度去除有一定上限。第三組實驗中，搭建一個復合填料組成的濾層之后，系統的濁度再次下降，這是因為循環水體在經過填料層后，水體中引起濁度的物質被填料所吸附攔截，使水體的濁度下降。可以看到，經過第三組實驗的處理之后，水體的濁度基本恢復到自來水的水平。在第四組實驗中，水體的濁度長期維持在一個較低水平。對照四個實驗組可以得出，一個完善的生態系統對于水體的濁度具有一定的緩解作用，但是效果有限，而構建一個復合填料層，可以很大程度的解決養魚水體的濁度問題。

2.2 pH的變化情況

隨著時間和處理組的不同，魚缸中的pH變化如圖3所示。

從圖3可以看出，第一組實驗中，隨著時間的推移，魚缸中pH逐漸下降，這是由于魚類的排泄物以及飼料發生腐敗，產生一些酸性物質，進入水體，導致水體pH逐漸下降。隨著第二組實驗的進行，魚缸中水體的pH有所回升，但是在第二組實驗進行4d之后基本達到穩定，說明生態系統的構建，對于水體的pH有一定的調整作用，但其效果受到限制。隨著第三組實驗的開展，水體的pH快速回升至接近原自來水的pH。并且第四組實驗過程中，水體的pH一直維持在原水pH附近。這是因為隨著水體的循環，水體中的腐敗物質被復合填料層截留，而下層的相對完整的生態系統對于水體的pH具有一定的調節作用，隨著時間的推移，水體的pH能夠逐漸的恢復到原來水平。

2.3 CODMn的變化情況

隨著時間和處理組的不同，魚缸中的CODMn變化如圖4所示。

從圖4可以看出，第一組實驗中，隨著時間的推移，魚缸中CODmn明顯上升，這是由于魚類的排泄物以及飼料發生腐敗，產生一些有機物，這些物質進入水體，導致水體中有機物含量增加，從而使CODMn升高。可以看到，經過第一組的實驗周期之后，水體的CODMn明顯比自來水高，已不適合再進行養魚活動。隨著第二組實驗的進行，水體的CODMn值有所下降，這是由于構建了相對完整的生態系統之后，系統中的生產者可以以呼吸作用或者同化作用消耗一部分有機物，分解者也可以分解水體中的有機物，使水體的有機物含量降低，從而使CODMn降低。但是仍然處于一個高于自來水CODMn的水平。隨著第三組實驗的進行，水體中的CODMn濃度進一步下降，這是由于復合填料層的截留和吸附作用去除了大部分有機顆粒物質，降低了水中的有機物含量。整個第三組實驗階段，CODMn濃度由4.9mg.L-1降至3.4mg.L-1，去除效率為30.61%。在第四組實驗進行過程中，水體的CODMn濃度一直維持在3.3mg.L-1左右，僅比原自來水高0.2mg.L-1，水質良好。說明本套系統的構建對魚類生活環境的改善作用效果非常明顯。

2.4 NH4+-N的變化情況

隨著時間和處理組的不同，魚缸中的NH4+-N變化如圖5所示。

從圖5中可以看出，第一組實驗中，隨著時間的推移，魚缸中的NH4+-N濃度逐漸上升，這是由于魚類的排泄物以及飼料發生腐敗分解，進入水體，導致NHNH4+-N濃度大幅度上升。由初始水體的0.7mg.L-1快速上升至第七天的3.80mg.L-1。隨著第二者實驗的進行，魚缸中的NH4+-N濃度逐漸降低，這是由于引入的水生植物以及分解者，能一定程度吸收NH4+-N，但從第10天開始效果不明顯，說明水生生態系統的自凈有一定的限制。第三組實驗中，搭建一個復合填料組成的濾層之后，系統的NH4+-N濃度明顯下降，這是因為循環水體在經過填料層后，填料對氨氮有明顯的吸附作用。并且，在填料層中，還生長著大量的微生物，可以利用NH4+-N發生一系列包括同化、氨化、硝化反硝化在內的微生物活動，從而實現NH4+-N的去除。可以看到，經過第三組實驗的處理之后，水體的NH4+-N濃度維持在1.Img.L-1左右。在第四組實驗中，水體的NH 4+-N濃度稍有降低，維持在0.9mg.L-1左右，可以看到，經過第四組實驗處理后，水體中的NH4+-N濃度基本恢復正常。說明復合填料以及水生植物的添加，可以很大程度的解決養魚水體的NH4+-N濃度升高問題。

2.5 TP的變化情況

隨著時間和處理組的不同，魚缸中的TP變化如圖6所示。

如圖6所示，第一組實驗中，隨著時間的推移，魚缸中的TP濃度逐漸上升，這是由于魚類的排泄物以、多余飼料腐敗以及含磷有機物分解，進入水體，導致TP濃度上升。隨著第二組實驗的進行，水體中的TP濃度迅速下降，這是由于生態系統中的沉水植物對TP具有很好的吸附作用，從而使得水體中的TP迅速得到去除。在第三組實驗中，填料對TP同樣具備很好的吸附效果，從而使得水體中的TP基本得到去除，恢復到原自來水的TP水平，即接近于Omg.L-1。并且在第四組實驗中，TP濃度一直維持在Omg.L-1左右，說明整套系統的搭建對于TP的去除效果非常好。

3 結論

通過上述四組實驗研究，本文可得出如下結論。

1）在家庭養魚的過程中，由于魚類排泄以及多余的飼料腐敗等原因，養魚的水體水質會逐漸變差，導致家庭養魚需要經常的換水，不僅增加工作量，還會造成水資源的浪費，以及產生大量的養魚廢水。

2）通過構建適宜魚類生存的生態系統，可以一定程度上緩解由于類排泄以及多余的飼料腐敗等造成的水體污染現象，但是水體水質仍與原自來水水質有一定的差距，仍需要定期換水。

3）研究證明，魚+生態系統+復合填料層+水生植物的構成的生態魚缸系統，不僅能實現系統內部的微循環，養魚過程中所產生的污染物基本可以在系統內部得到有效的去除，不僅實現了水體的凈化，還能使水體自循環，省去了頻繁換水的麻煩，還能節約用水，是一套實用、有效、美觀的家庭養魚系統。