全封闭循环海水养殖水处理系统水质净化效果分析

Posted 2023-01-12 水体

篇首语：知识是万物中的指路明灯。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了全封闭循环海水养殖水处理系统水质净化效果分析相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

本研究测试了由弧形筛、蛋白质分离器、生物滤池和紫外线杀菌器4部分构成的水处理系统的海水养殖水处理效果，探讨了各部分在水处理中的作用。研究结果表明：该系统能显著去除NO2--N和NH3-N，对NO2--N和NH3-N的去除率分别为37.12%和63.85%；并且使COD和细菌指数显著降低，分别降低了36.01%和84.29%；使PO43--P的浓度降低了10.41%，但未达显著水平。该系统能显著提高水体NO3--N和DO浓度，NO3--N和DO浓度分别上升了32.45%和26.35%；使pH值略有升高。
文章编号：1000-1573(2011)06-0100-04
随着我国海水鱼类养殖的发展和对渔业水域环境保护意识的加强，粗放型的养殖模式将逐渐被无污染的工厂化循环水养殖模式所取代。工厂化封闭式循环水养殖是在原有的工厂化养殖基础上，配备循环水净化设施、设备，采用物理、化学、生物等净化方式把养殖废水转变成可再利用的养殖用水，使用优质人工配合饵料和管理技术进行的高度集约化养殖方式[1-3]。不仅可以节约能源、保护环境，有利于可持续发展，并且可使养殖密度增加，产量提高。水处理技术是工厂化封闭式循环水养殖的中心环节，确定合适的水处理工艺是建立循环水养殖最重要的步骤[4-6]。为此本研究小组在唐山普林海珍养殖有限公司采用弧形筛、蛋白分离器、生物滤池、紫外线消毒器等设备进行封闭式循环海水养殖水处理试验，本试验就该装置的水处理效果进行了研究，为我国的循环水养殖水处理技术提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 试验场地唐山普林海珍养殖有限公司。养殖水泥池20个，每个水泥池大小为50m2，每池放养体长8cm的牙鲆鱼2万尾。
1.1.2 主要仪器设备 UV-1700型紫外可见分光光度计、SYNERGY超纯水系统、PB-10pH计、TP-214电子分析天平、水下水温计、盐度计等。
1.1.3 试剂及化验用水定量用的化学试剂用优级纯，其他非定量用的一般试剂用分析纯；化验用水为去离子水。
1.2 方法
1.2.1 水处理系统工艺流程水处理系统工艺流程如图1所示。

其中，蛋白分离器由浙江大贺水处理设备厂生产；紫外线消毒器由济南环保水处理公司生产；弧形筛自己做，网目为200目；生物滤池2个，每个大小为3m×2m×4m，滤池内浸有直径1mm的聚丙烯丝制成的毛刷状填料作为生物滤床，在试验前70d加入海水进行内循环运转，滤料上形成1层明胶状生物膜。整个循环系统除了因蒸发而需要向系统补充淡水外，整个系统是1个完整的封闭模式。
1.2.2 水样采集点的选取根据系统的分布和设置，选取了5个采样点，分别为弧形筛过滤前进水口(即养鱼池出水口)、蛋白分离器前进水口(即弧形筛过滤后出水口)、生物滤池进水口(即蛋白分离器后出水口)、紫外线消毒器进水口(即生物滤池出水口)、养鱼池进水口(即紫外线消毒器出水口)。
1.2.3 水质检验方法氨氮(NH3-N)：靛酚蓝分光光度法；硝酸盐氮(NO3--N)：紫外分光光度法；亚硝酸盐氮(NO2--N)：萘乙二胺分光光度法；无机磷(PO43--P)：磷钼蓝分光光度法；溶解氧(DO)：碘量法；化学耗氧量(COD)：碱性高锰酸钾法；pH值：pH计法。
2 结果与分析
在以投饵为主的养殖模式下，养殖废水中的主要污染物包括：颗粒态固体(粪便和饲料废物)、溶解态代谢废物、饲料和粪便中的溶解态营养盐以及药物残留等。这些污染性废物不间断地排入水体，致使有机物不断积累，影响了水体内部有机物的代谢循环系统，使水体中氨氮、亚硝酸盐等严重超标，细菌数量增加，水中溶解氧含量下降，引发各种养殖生物病害。本试验采用过滤、蛋白分离、生物膜及紫外消毒等环节对养殖废水进行处理，测定各处理方式进出水口的水质情况，并对不同处理方法的效果进行分析。
2.1 弧形筛过滤水处理效果
养殖废水经弧形筛过滤后进出水口水质指标见表1。由表1可见，各项水质指标变化不大，都稍有降低，但未达显著水平。对NO3--N、NO2--N、NH3-N的去除率分别为3.03%、2.96%、1.42%；溶解氧的去除率为3.05%；COD下降较多，去除率达13.59%；对PO43--P、pH、细菌指数的影响不大。这是因为弧形筛主要去除水中的残饵、粪便等大颗粒物质，而对于溶解性的物质无法去除。

2.2 蛋白质分离器水处理效果
养殖废水在蛋白质分离器进出水口的水质指标见表2。由表2可见，开启蛋白分离器可显著去除水体中的细菌、NH3-N、COD，对细菌、NH3-N、COD的去除率分别为41.32%、32.60%、23.79%；可显著提高水体中DO的含量，DO含量提高了32.61%；对NO3--N、NO2--N、PO43--P和pH的影响较小，NO3--N和pH的含量分别上升了6.16%和0.44%，NO2--N和PO43--P的去除率分别为3.36%和6.41%。

2.3 生物滤池水处理效果
由表3可见，开启生物过滤池能有效去除水体中的NH3-N和NO2--N的去除率分别为36.99%和28.77%；系统在降低NH3-N和NO2--N的同时，会消耗水体中的DO，使DO浓度降低11.66%；开启该系统能提高水体中NO3--N、COD和细菌指数，NO3--N、COD和细菌指数分别上升了17.18%、9.87%和69.10%；pH值和PO43--P变化很小。该系统对NH3-N的去除作用和增加细菌的数量作用达显著水平。

2.4 紫外线消毒器水处理效果
由表4可以看出，开启紫外线消毒器能显著降低养殖水体中的细菌指数和COD浓度，去除率分别为84.17%和23.58%，对NH3-N、NO2--N和PO43--P的去除率分别为14.87%、8.65%和6.62%，但未达显著水平。DO含量上升了7.87%，而NO3--N和pH稍有升高。

2.5 蛋白分离器、生物滤池、紫外线消毒器水处理效果
由表5可见，养殖水体经蛋白质分离器、生物滤池和紫外线消毒器一系列处理后能显著去除NO2--N和NH3-N，对NO2--N和NH3-N的去除率分别为37.12%和63.85%；并且使COD和细菌指数显著降低，分别降低了36.01%和84.29%；使PO43--P的浓度降低了10.41%，但未达显著水平。该系统能显著提高水体NO3--N和DO浓度，NO3--N和DO浓度分别上升了32.45%和26.35%；使pH值略有升高，升高了0.25%。

3 讨论
弧形筛过滤主要用于滤除水中的残饵、粪便等大颗粒固体物质，对去除溶解的氮、磷和有机物质等作用并不明显。但此环节意义非常大，通过弧形筛的过滤，在系统运转的开始就将养殖水体中的残饵、粪便等大颗粒固体物质去除掉，可大大减轻整套水处理系统的负荷，尤其可大大提高后面蛋白分离器、生物滤池等环节的处理效果。在系统运转的过程中，一定要注意弧形筛的密封性，及时检查筛网的安全性，防止筛网破损。另外，要及时洗刷和检查筛网，防止筛网网目堵塞，影响水处理效果。
蛋白质分离器、生物滤池和紫外线消毒器对NH3-N均有明显的去除作用。生物滤池能有效去除水体中的NO2--N(去除率为为28.77%)，蛋白质分离器和紫外线消毒器对NO2--N的去除作用较小(3.36%和8.65%)。生物过滤器中附着亚硝化细菌和硝化细菌生长，亚硝化细菌能将氨降解为毒性较小的亚硝酸盐，硝化细菌能将亚硝酸盐降解为毒性更小的硝酸盐，NO2--N和NO3--N浓度的变化与这2种细菌的作用有关。高浓度的硝酸盐同样会对鱼类有害，50mg/L是公认的较为安全硝态氮浓度。本试验中经处理后硝酸盐浓度升高，但远远未达到影响鱼类的程度。紫外线能有效去除水体中的细菌(去除率达84.17%)，蛋白质分离对细菌数量也有一定去除作用(对细菌的去除率为41.32%)。生物滤池可增加水体中细菌数量，是因为填料表面生长着大量细菌形成生物膜。紫外线消毒因其不产生有害的消毒副产物而受到重视。
生产过程中，养殖鱼类的残饵、粪便及生物膜脱落物质会在水体中形成悬浮颗粒，它们经过生物滤器时会被滤料吸附，时久量多时，会堵塞滤料表面，降低生物膜传质效果和硝化效率，所以要加强水处理系统的维护管理，生物滤器要定期反冲去污，以维持生物滤器高效运转。生物滤池中的微生物是分解有机溶解物和氨的主要物质。可以在已有的光合细菌、杆菌、硝化细菌、酵母菌的基础上，进一步筛选优化高效菌种，采用增强菌种固化强度，增强使用寿命等技术方法，进一步引进优良的外籍微生物，以强化生物净化效率，提高对氨氮、亚硝酸盐、硝态氮的去除率。
从开启整个系统对过滤水处理后的数据可以看出，该系统能显著去除NO2--N和NH3-N，对NO2--N和NH3-N的去除率分别为37.12%和63.85%；并且使COD和细菌指数显著降低，分别降低了36.01%和84.29%；使PO43--P的浓度降低了10.41%，但未达显著水平。该系统能显著提高水体NO3--N和DO浓度，NO3--N和DO浓度分别上升了32.45%和26.35%；使pH值略有升高，升高了0.25%。研究结果表明，蛋白质分离器、生物过滤器和紫外线杀菌器联合使用可对水质起到良好的净化效果。