馬曉娜， 李 甍， 孫國祥， 王順奎， 于凱松， 劉 鷹， 5（. 中國科學(xué)院 海洋研究所， 山東 青島 26607； 2. 中國科學(xué)院大學(xué)， 北京 0009； . 中國海洋大學(xué) 水產(chǎn)學(xué)院， 山東 青島 26600； . 山東東方海洋科技股份有限公司， 山東 煙臺(tái) 2600； 5. 海洋生態(tài)養(yǎng)殖技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室， 山東 青島 26607）

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貝藻混養(yǎng)對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水的生物濾除

馬曉娜1， 2， 李 甍3， 孫國祥1， 王順奎4， 于凱松4， 劉 鷹1， 5
（1. 中國科學(xué)院 海洋研究所， 山東 青島 266071； 2. 中國科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049； 3. 中國海洋大學(xué) 水產(chǎn)學(xué)院， 山東 青島 266003； 4. 山東東方海洋科技股份有限公司， 山東 煙臺(tái) 264003； 5. 海洋生態(tài)養(yǎng)殖技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室， 山東 青島 266071）

養(yǎng)殖廢水的綜合利用與無公害化處理排放是實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的重要保障。作者采用太平洋牡蠣（Crassostrea gigas）及龍須菜（Gracilaria lemaneiformis）混養(yǎng)和單養(yǎng)的方式處理大西洋鮭工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)排放的廢水， 設(shè)置貝類組、藻類組、貝藻組3組處理， 探討了貝藻混養(yǎng)方式和貝類、藻類單養(yǎng)對(duì)廢水中主要水質(zhì)因子（N、P營養(yǎng)鹽、化學(xué)需氧量（COD）和總懸浮顆粒物（TSS））的處理效率， 實(shí)驗(yàn)周期為30 d。結(jié)果表明， 牡蠣和龍須菜混養(yǎng)的方式處理養(yǎng)殖廢水效果較好， 其對(duì)氮、磷營養(yǎng)鹽、COD及TSS的去除效率分別為： 總氨態(tài)氮41.67%±8.82%、硝酸鹽氮33.96%±0.34%、總磷7.18%± 0.03%、COD 78.87%±1.82%和TSS 70.50%±1.65%， 而亞硝酸鹽氮出現(xiàn)一定的積累。綜合分析， 牡蠣和龍須菜混養(yǎng)的方式處理養(yǎng)殖廢水的效率優(yōu)于牡蠣和龍須菜的單獨(dú)處理。

大西洋鮭（Salmo salar）； 工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖； 養(yǎng)殖廢水； 貝藻混養(yǎng)； 廢水處理

［Foundation： National Key Technologies R&D Program（2011BAD13B04）；National Natural Science Fund of China（31472312， 41306152， 31402283）；Qingdao Innovation Talents Program（13-CX-16）］

中國是海水養(yǎng)殖大國， 養(yǎng)殖產(chǎn)量約占世界海水養(yǎng)殖總產(chǎn)量的70%以上［1］， 而水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)對(duì)水資源的消耗極大， 據(jù)統(tǒng)計(jì)， 池塘或流水養(yǎng)殖生產(chǎn)1 kg魚約需消耗水量為1～20 m3［2］。近年來， 隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量、面積的擴(kuò)大， 養(yǎng)殖廢水的排放日益增加， 加劇了鄰近水域營養(yǎng)物質(zhì)的負(fù)載， 造成局部水體的富營養(yǎng)化［3］， 在生物、水文和氣象條件適當(dāng)時(shí)， 還可能產(chǎn)生赤潮［4］。因此， 對(duì)養(yǎng)殖廢水進(jìn)行綜合利用和無害化排放處理是水產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展的重要保障。

封閉循環(huán)水養(yǎng)殖被認(rèn)為是解決環(huán)境污染、提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效途徑， 是實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障， 循環(huán)養(yǎng)殖廢水的資源化和無害化排放處理是環(huán)境友好養(yǎng)殖業(yè)的基本要求。目前， 養(yǎng)殖廢水的處理方法主要包括物理方法、化學(xué)方法和生物方法［5］以及耐鹽植物處理法［6］、人工濕地處理方法［7-8］等。海水養(yǎng)殖廢水中含有大量有機(jī)懸浮顆粒和營養(yǎng)鹽，一般通過普通的物理化學(xué)或微生物方法去除， 但這些方法僅能將污染物去除， 而不能將其利用， 造成了資源的浪費(fèi)。濾食性雙殼貝類的濾食作用及大型藻類對(duì)營養(yǎng)鹽的富集作用， 不僅能去除養(yǎng)殖廢水中的懸浮物和營養(yǎng)鹽， 還能實(shí)現(xiàn)生物量的增長， 獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。因此， 利用沉淀-貝類過濾-藻類吸收的貝藻生物濾器綜合處理方法對(duì)養(yǎng)殖廢水進(jìn)行再利用具有重要的理論和實(shí)際意義［9］。目前， 國內(nèi)關(guān)于貝藻混養(yǎng)處理養(yǎng)殖廢水已有相關(guān)研究， 賴龍玉［10］等研究了4種不同藻類（滸苔（Enteromorpha prolifra）、石莼（Ulva lactuca）、繩江蘺（Gracilaria chorda）、真江蘺（Gracilaria asiatica）與盤鮑（Haliotis discus）混養(yǎng)，鄭輝［11］等開展了貝藻混養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)， 扇貝和孔石莼（Ulva pertusavar）適宜比例混養(yǎng)能取得較好的生態(tài)效應(yīng)但采用貝藻混養(yǎng)處理大西洋鮭養(yǎng)殖廢水的研究未見報(bào)道。

本研究以大西洋鮭（Salmo salar）工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖排放廢水為研究對(duì)象， 通過貝類、藻類及貝藻混養(yǎng)對(duì)其主要污染物處理效率的研究， 探索新型的大西洋鮭養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)， 以促進(jìn)養(yǎng)殖廢水的資源化利用， 為工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖廢水處理及再循環(huán)利用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)于山東東方海洋科技股份有限公司開發(fā)區(qū)分公司貝藻實(shí)驗(yàn)車間進(jìn)行， 實(shí)驗(yàn)周期為30 d。實(shí)驗(yàn)用材料為太平洋牡蠣（Crassostrea gigas）和龍須菜（Gracilaria lemaneiformis）， 均采集于青島膠州灣人工養(yǎng)殖區(qū)， 牡蠣平均殼高為8.5 cm±1.1 cm， 濕質(zhì)量約為77 g±13 g， 取回實(shí)驗(yàn)室后選取健康、無損傷個(gè)體， 清潔殼表污物和附著生物， 實(shí)驗(yàn)開始前將其放入大西洋鮭養(yǎng)殖廢水經(jīng)弧形篩過濾處理后的出水處暫養(yǎng)1周， 每箱7個(gè)。龍須菜盡量選取生長較好的同一部位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置為55 cm×45 cm× 28.5 cm的藍(lán)色聚乙烯塑料箱， 實(shí)驗(yàn)水體為50 L， 實(shí)驗(yàn)貝藻放于9個(gè)配有氣石曝氣的藍(lán)色塑料箱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)為靜態(tài)試驗(yàn)， 采用連續(xù)曝氣的方式， 分為3組， 每個(gè)組設(shè)置3個(gè)重復(fù)， A組為貝類單養(yǎng)組， 每個(gè)養(yǎng)殖箱放牡蠣7～8只， 共545 g±7 g； B組為貝藻混養(yǎng)組， 每箱放牡蠣7～8只， 共545 g±8 g， 龍須菜大約75 g±5 g， 密度為1.5 g/L； C組為大型藻類組， 每箱放龍須菜大約75 g±3 g。

實(shí)驗(yàn)用水為大西洋鮭工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖車間排放水經(jīng)弧形篩過濾處理后的出水， 水溫15～17℃， 鹽度為28， 溶解氧（DO）為 6.50～7.50 mg/L， pH為 7.6～7.7， 化學(xué)需氧量（COD）為 1.5～2.0 mg/L， 總氨態(tài)氮（TAN）為1.5～2.0 mg/L， 亞硝酸鹽（NO-N）為0.10～0.15 mg/L， 硝酸鹽（NO-N）為2.3～2.6 mg/L， 總磷（TP）為0.2～0.3 mg/L， 水深為20 cm±1 cm。光照采用自然光照（5月， 煙臺(tái)）。

1.2.2 水質(zhì)測定

本實(shí)驗(yàn)選取了總懸浮顆粒物（TSS）、化學(xué)需氧量、總氨態(tài)氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、總磷等指標(biāo)用于水質(zhì)分析， N、P營養(yǎng)鹽、COD每天取樣1次， 測定7 d； TSS指標(biāo)每小時(shí)取樣1次， 連續(xù)測定24 h。水樣采集方法： 在各個(gè)取樣點(diǎn)各采集1個(gè)水樣（500 mL），將取樣瓶浸入水層下取中間部分， 搖晃瓶體洗滌2次， 攪動(dòng)水體， 排除水層泡沫， 快速取水， 取樣后將取樣瓶放于黑色塑料袋中； 每處取1個(gè)水樣。

水質(zhì)監(jiān)測方法參照海洋監(jiān)測規(guī)范［12］， 其中總懸浮顆粒物： 重量法； 化學(xué)需氧量： 堿性高錳酸鉀法；總氨態(tài)氮： 納氏試劑分光光度法； 亞硝酸鹽氮： 萘乙二胺分光光度法； 硝酸鹽氮： 鋅鎘還原法； 磷酸鹽：磷鉬藍(lán)分光光度法［12］； 總磷： 總氮總磷聯(lián)合消化鉬-銻-抗分光光度法［13］。實(shí)驗(yàn)過程水體中溶解氧使用溶氧儀（YSI DO200， JC 01540）進(jìn)行測定， 水溫利用海水表層水溫計(jì)進(jìn)行測定。

各物質(zhì)去除率（η）計(jì)算公式：

式中， Co為進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)平均濃度； CG為實(shí)驗(yàn)組營養(yǎng)鹽平均濃度。

1.2.3 生物量測定

測量牡蠣和龍須菜鮮質(zhì)量時(shí)， 用濾紙將貝體和藻體表面水分吸干， 吸水用的濾紙事先用蒸餾水洗滌以去除亞硝酸鹽和硝酸鹽等， 并烘干備用。實(shí)驗(yàn)前后分別測量牡蠣和龍須菜鮮重。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析方法

實(shí)驗(yàn)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示， 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析采用軟件SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析（one-way ANOVA）， 采用LSD進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)（P＜0.05）。

2 結(jié)果

2.1 貝類組、貝藻混養(yǎng)組和藻類組對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水總懸浮顆粒物的處理效果

圖1 貝類組、貝藻混養(yǎng)組、藻類組處理大西洋鮭養(yǎng)殖廢水24 h內(nèi)懸浮顆粒物的處理效率比較Fig. 1 Comparison of TSS removal rate by Crassostrea gigas， Crassostrea gigas， and Gracilaria， Gracilaria

圖1所示為24 h內(nèi)貝類組、貝藻混養(yǎng)組和藻類組3組處理對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水TSS的處理效率比較。懸浮物去除是循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的關(guān)鍵水處理環(huán)節(jié)之一， 由圖1可知3組處理對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水中TSS均有一定的去除效率， 其中貝藻混養(yǎng)組去除效果最好， 去除效率為70.50%±1.65%； 貝類組去除效果次之， 去除效率為47.55%±1.68%； 藻類組對(duì)懸浮顆粒物的去除效果最差， 去除效率為33.62%± 4.21%。單因素方差分析表明3組處理效率之間具有顯著性差異（P＜0.05）。

2.2 貝類組、貝藻混養(yǎng)組、藻類組對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水營養(yǎng)鹽的處理效果

2.2.1 總氨態(tài)氮的去除效率

圖2所示為7 d內(nèi) 3組處理對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水氨態(tài)氮（TAN）的處理效率。結(jié)果表明， 實(shí)驗(yàn)開始階段貝類組、貝藻混養(yǎng)組和藻類組中氨態(tài)氮的去除率均為負(fù)， 說明水體中氨態(tài)氮濃度在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)均略有增加， 隨著時(shí)間的延長氨態(tài)氮的去除率逐漸增加，其中貝類組和藻類組在第3天氨態(tài)氮去除率開始呈現(xiàn)正值， 而貝藻混養(yǎng)組在第2天氨態(tài)氮去除率開始呈現(xiàn)正值， 說明各處理開始去除廢水中的氨態(tài)氮，而貝藻組較貝類組和藻類組較早開始去除水體中的氨態(tài)氮。由圖可看出經(jīng)7 d處理后， 藻類組對(duì)氨態(tài)氮的去除效率最高達(dá)42.37%±2.12%； 貝藻混養(yǎng)組略低于藻類組， 氨態(tài)氮去除率達(dá)41.67%±8.82%； 貝類組去除效率最低， 為14.83%±4.21%。

圖2 貝類組、貝藻混養(yǎng)組和藻類組對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水氨態(tài)氮處理效率Fig. 2 Ammonia nitrogen removal rate by Crassostrea gigas， Crassostrea gigas， and Gracilaria， Gracilaria

圖3為處理7 d內(nèi)貝類組、貝藻混養(yǎng)組和藻類組對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水營養(yǎng)鹽的處理效率比較， 經(jīng)單因素方差分析， 氨態(tài)氮去除率貝類組極顯著低于藻類組和貝藻混養(yǎng)組（P＜0.01）， 貝藻混養(yǎng)組和藻類組處理效率差異不顯著（P＞0.05）。

圖3 處理7 d后貝類組、貝藻混養(yǎng)組和藻類組對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水營養(yǎng)鹽的處理效率比較Fig. 3 Comparison of nutrient removal rates by Crassostrea gigas， Crassostrea gigas， and Gracilaria， Gracilaria afterseven days

2.2.2 亞硝酸鹽氮的去除效率

圖4所示為7 d內(nèi)， 3組處理對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水亞硝酸鹽氮的處理效率。3種處理對(duì)亞硝酸鹽氮的處理效果趨勢(shì)相似， 去除率均為負(fù)， 說明3組處理廢水中亞硝酸鹽氮均有增加， 其中， 貝類組增加最多， 增加191.71%±3.65%； 貝藻混養(yǎng)組增加94.20%±12.55%， 藻類組增加最少， 為67.39%±5.75%。單因素方差分析表明3組間具有顯著性差異（P＜0.05）， 見圖3。

圖4 貝類組、貝藻混養(yǎng)組和藻類組對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水亞硝酸鹽氮的處理效率Fig. 4 Nitrite removal rate by Crassostrea gigas， Crassostrea gigas， and Gracilaria， Gracilaria

2.2.3 硝酸鹽氮的去除效率

圖5所示為7 d內(nèi)， 3組處理對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水硝酸鹽氮的處理效率。由圖5可以看出， 3組處理對(duì)硝酸鹽均有一定的處理效果， 去除率呈現(xiàn)不斷增加的趨勢(shì)。其中， 貝藻混養(yǎng)組對(duì)硝酸鹽氮的處理效果最好， 處理效率為33.96%±0.34%； 藻類組略低于貝藻混養(yǎng)組， 去除效率達(dá)26.69%±0.25%； 貝類組去除效率最低， 為11.35%±0.03%。單因素方差分析表明硝酸鹽氮去除率貝類組顯著低于藻類組和貝藻混養(yǎng)組（P＜0.05）， 貝藻混養(yǎng)組和藻類組處理效率差異不顯著（P＞0.05）， 見圖3。

圖5 貝類組、貝藻混養(yǎng)組和藻類組對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水硝酸鹽氮的處理效率Fig. 5 Nitrite removal rate by Crassostrea gigas， Crassostrea gigas， and Gracilaria， Gracilaria

2.2.4 總磷的去除效率

圖6所示為7 d內(nèi)， 3組處理對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水總磷的處理效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 經(jīng)7 d的處理后，3組處理對(duì)廢水中的總磷均有一定的去除， 但去除效率均不高。其中， 貝類組去除效率為6.46%±1.52%，藻類組去除效率為9.86%±0.01%， 貝藻混養(yǎng)組去除率為7.18%±0.03%。單因素方差分析表明3組處理之間差異均不顯著（P＞0.05）， 見圖3。

2.3 貝類組、貝藻混養(yǎng)組、藻類組對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水COD的處理效果

圖7所示為7 d內(nèi)， 3組處理對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水COD的處理效率。結(jié)果表明， 經(jīng)7 d的處理后， 3組處理對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水中COD均有去除， 去除率呈現(xiàn)不斷增加的趨勢(shì)。如圖8所示， 貝藻混養(yǎng)組對(duì)COD去除效果最好， 去除效率為78.87%±1.82%； 藻類組去除效果次之， 去除效率為75.17%±3.41%； 貝類組去除效果最低， 去除效率為68.11%±1.25%。經(jīng)單因素方差分析， COD去除率貝類組顯著低于藻類組和貝藻混養(yǎng)組（P＜0.05）， 貝藻混養(yǎng)組和藻類組處理效率差異不顯著（P＞0.05）。

圖6 貝類組、貝藻混養(yǎng)組和藻類組對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水總磷的處理效率Fig. 6 TP removal rate by Crassostrea gigas， Crassostrea gigas， and Gracilaria， Gracilaria

圖7 貝類組、貝藻混養(yǎng)組和藻類組對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水COD處理效率Fig. 7 COD removal rate by Crassostrea gigas， Crassostrea gigas， and Gracilaria， Gracilaria

2.4 貝類組、貝藻混養(yǎng)組和藻類組處理大西洋鮭養(yǎng)殖廢水中生物量變化情況

表1所示為7 d 3組處理大西洋鮭養(yǎng)殖廢水中生物量變化情況。結(jié)果表明， 貝類組和貝藻混養(yǎng)組牡蠣生物量均有所增加， 其中， 貝類組增加3.63 g±1.20 g，貝藻混養(yǎng)組增加1.5 g±0.54 g， 貝類組較貝藻混養(yǎng)組牡蠣生物量增長較多， 但總體來說， 牡蠣質(zhì)量變化都不大， 經(jīng)單因素方差分析， 差異不顯著（P＞0.05）； 貝藻混養(yǎng)組和藻類組龍須菜生物量均增加較多， 貝藻混養(yǎng)組增加22.87 g±2.53 g， 藻類組增加19.67 g± 1.45 g， 相較之下， 貝藻混養(yǎng)組龍須菜質(zhì)量增加較多， 經(jīng)單因素方差分析， 差異不顯著（P＞0.05）。

圖8 7 d后貝類組、貝藻混養(yǎng)組和藻類組對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水COD處理效率比較Fig. 8 Comparison of COD removal rate by Crassostrea gigas， Crassostrea gigas， and Gracilaria， Gracilaria after seven days

3 討論

大西洋鮭養(yǎng)殖廢水中主要的污染物為懸浮顆粒物與溶解氮磷， 本實(shí)驗(yàn)利用濾水能力強(qiáng)的雙殼貝類—太平洋牡蠣， 通過其濾食作用降低懸浮顆粒物濃度； 利用大型藻類龍須菜吸收氮磷營養(yǎng)鹽； 通過牡蠣與龍須菜混養(yǎng)， 有效地凈化了水質(zhì)， 同時(shí)收獲了具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的龍須菜。

3.1 養(yǎng)殖廢水總懸浮顆粒物的處理效果

懸浮物去除是海水工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的關(guān)鍵水處理環(huán)節(jié)之一。Chen等［14］的研究表明， 高密度養(yǎng)殖系統(tǒng)廢水中， 80%～90%的顆粒物粒徑小于30 μm，特別是魚類養(yǎng)殖排出水中， 其糞便很容易在水中分解為絮狀懸浮物， 不易沉淀， 采用常規(guī)的篩濾工藝很難去除。濾食性貝類具有較強(qiáng)的濾食特性， 能夠?yàn)V食和沉積水體中的懸浮顆粒物質(zhì)。近些年來， 利用濾食性雙殼貝類去除淺海魚蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)水體中懸浮顆粒物已有報(bào)道， 但關(guān)于室內(nèi)工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)廢水處理的研究較少。Hatcher等［15］在加拿大Upper South Coven貝類養(yǎng)殖區(qū)對(duì)懸浮顆粒物沉積率進(jìn)行了測定，并與鄰近的非養(yǎng)殖區(qū)進(jìn)行比較， 發(fā)現(xiàn)前者的沉降量往往是后者的2倍以上。Jones［9］等研究了沉積-貝類過濾-藻類處理系統(tǒng)， 這種綜合處理方法可以去除88%的總懸浮顆粒物。卜雪峰等［16］研究得出牡蠣、扇貝和文蛤24 h對(duì)懸浮顆粒物的濾食去除率為93%、88%和85%。本實(shí)驗(yàn)比較了貝類組、貝藻混養(yǎng)組和藻類組對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水總懸浮顆粒物的處理效果， 實(shí)驗(yàn)中由于曝氣會(huì)使部分沉積的懸浮顆粒物上浮， 對(duì)去除效率有一定影響。其中貝藻混養(yǎng)組和貝類組的去除效果均顯著高于藻類組（P＜0.05）。藻體可以吸附部分懸浮顆粒物， 但藻類組由于沒有貝類的濾除作用， 對(duì)懸浮物的去除效果最??； 貝藻混養(yǎng)組由于貝類和藻類對(duì)懸浮物的共同作用去除效果最好， 是藻類組的兩倍多。貝類組去除效果次之， 大約是藻類組的1.5倍。這一結(jié)果與Hatcher等［15］和卜雪峰等［16］的研究相一致。

3.2 養(yǎng)殖廢水營養(yǎng)鹽的處理效果

表1 貝類組、貝藻混養(yǎng)組、藻類組中生物量變化情況Tab.1 Biomass variation of Crassostrea gigas， Crassostrea gigas， and Gracilaria， Gracilaria

廢水中的可溶性營養(yǎng)鹽主要是N、P營養(yǎng)鹽， 其中氨態(tài)氮是魚類排泄物的主要成分， 非離子氨會(huì)對(duì)養(yǎng)殖生物產(chǎn)生毒害作用。氨態(tài)氮的積累會(huì)影響水生生物生理、生化指標(biāo)進(jìn)而影響其生長， 嚴(yán)重時(shí)致使生物死亡， 造成經(jīng)濟(jì)損失［17］。亞硝酸鹽的積累會(huì)引起魚類中毒甚至窒息死亡［18］； 并且有研究發(fā)現(xiàn)， 亞硝酸鹽是誘發(fā)魚病的環(huán)境因子之一［19］。以前認(rèn)為硝酸鹽對(duì)生物的毒性較低， 但是新的研究認(rèn)為硝酸鹽的積累會(huì)影響魚類的滲透壓和血細(xì)胞運(yùn)輸氧的能力， 特別是引起魚體色澤和肉質(zhì)下降， 而且富含硝酸鹽的養(yǎng)殖水體直接排放， 容易造成水體的富營養(yǎng)化［16］。因此， 營養(yǎng)鹽的去除在海水養(yǎng)殖廢水的凈化處理過程中占有很重要的地位。卜雪峰等［16］研究了石莼、海帶和牡蠣對(duì)養(yǎng)殖廢水的處理， 其實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)海帶的密度為2 g/L時(shí)， 24 h后PO-P、NO-N、NH-N和NO-N濃度分別降低： 38.2%、31.5%、54.8%和40.9%。養(yǎng)殖廢水中的氮磷營養(yǎng)鹽的濃度經(jīng)過海帶和牡蠣組成的貝藻凈化系統(tǒng)處理后， 有下降的趨勢(shì)。24 h 對(duì)PO-P、NO-N、NH-N和NO-N的去除率分別為62.6%、55.7%、46.0%和56.6%。Jones等［9］研究了沉積-貝類過濾-藻類處理系統(tǒng)， 這種綜合處理方法有較高的去除率， 可以分別去除 72 %的總氮和86 %的總磷。

本實(shí)驗(yàn)研究比較了貝類組、貝藻混養(yǎng)組、藻類組對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水氨態(tài)氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、總磷的處理效果。氨態(tài)氮3種處理均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)， 貝藻組較貝類組和藻類組較早開始去除水體中的氨態(tài)氮， 因?yàn)槟迪犜谌コ齌SS的同時(shí)， 自身排氨， 開始階段氨態(tài)氮會(huì)有一定上升，曝氣作用能夠促進(jìn)水體中的硝化細(xì)菌將氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽， 2 d左右后， 氨態(tài)氮濃度開始降低。貝藻組和藻類組對(duì)氨態(tài)氮的去除率差異不大（P＞0.05），均超過40%， 極顯著高于貝類組（P＜0.01）。Zhou等［20］實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)： 2.5 g/L龍須菜在8 d內(nèi)去除養(yǎng)殖廢水中60%的NH-N， 去除率高于本實(shí)驗(yàn)， 可能是因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)中龍須菜密度為1.5 g/L， 卜雪峰等［16］實(shí)驗(yàn)證明藻類密度越大， 氨態(tài)氮去除效率越高， 與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。亞硝酸鹽氮3種處理的處理效果趨勢(shì)相似，均呈增加趨勢(shì)。在系統(tǒng)中氮素的轉(zhuǎn)化， 一般通過微生物的硝化作用把氨氮轉(zhuǎn)化成亞硝酸氮， 并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成硝酸態(tài)氮。本研究中， 貝類組增加顯著高于貝藻組和藻類組（P＜0.05）， 貝藻組增加顯著低于其他兩組。這可能是因?yàn)樗w中的氨態(tài)氮經(jīng)曝氣作用轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮， 藻類可以吸收部分氨態(tài)氮， 但是實(shí)驗(yàn)過程中吸收速率低于亞硝酸鹽氮積累速率，另外牡蠣自身排氨進(jìn)一步促進(jìn)了亞硝酸鹽氮的積累， 所以貝類組亞硝酸鹽氮積累顯著高于貝藻組；韋瑋等［21］實(shí)驗(yàn)證明貝藻混養(yǎng)的互利機(jī)制， 貝藻組亞硝酸鹽氮增加最少可能與這種機(jī)制有關(guān)。硝酸鹽3組處理的去除率呈現(xiàn)不斷增加的趨勢(shì)。其中， 貝藻混養(yǎng)組對(duì)硝酸鹽氮的處理效果最好， 藻類組略低于貝藻混養(yǎng)組， 差異不顯著（P＞0.05）， 貝類組去除效率顯著低于其他兩組（P＜0.05）。3組處理中， 總磷均有一定的去除， 但去除效率均不高， 差異均不顯著（P＞0.05）， 可能是因?yàn)榇笪餮篚q養(yǎng)殖廢水中的磷酸鹽濃度自身不高。

本實(shí)驗(yàn)中貝藻混養(yǎng)處理大西洋鮭養(yǎng)殖廢水處理效果比貝類組和藻類組單獨(dú)處理好， 但是3組對(duì)營養(yǎng)鹽的去除效率均不高于50%， 卜雪峰等［16］研究了不同密度的石莼、海帶和牡蠣混養(yǎng)對(duì)養(yǎng)殖廢水的處理效果， 結(jié)果表明藻類密度越大， 去除效率越高， 本實(shí)驗(yàn)龍須菜的密度為1.5 g/L， 這是去除效率不高的主要原因。貝藻的適宜比例還需要在試驗(yàn)和實(shí)踐過程中不斷地摸索和總結(jié)。

3.3 養(yǎng)殖廢水COD的處理效果

化學(xué)需氧量（COD）是表征水體有機(jī)物相對(duì)含量的綜合指標(biāo)之一。鄭輝等［22］開展了海帶在貝藻混養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)中的生態(tài)效應(yīng)模擬研究， 發(fā)現(xiàn)貝類單養(yǎng)組和貝藻混養(yǎng)組的COD變化趨勢(shì)均隨時(shí)間的延長而增加， 但混養(yǎng)組上升幅度較小。分析認(rèn)為這可能是與海帶投放密度過大有關(guān)， 因?yàn)楹г谏L過程中不斷地吸收水體中的有機(jī)質(zhì)， 但同時(shí)又通過自身的新陳代謝作用向水體釋放有機(jī)質(zhì)。卜雪峰等［16］開展了大型藻類及貝藻混養(yǎng)對(duì)養(yǎng)殖廢水處理的研究， 發(fā)現(xiàn)石莼對(duì)水中有機(jī)物的去除作用不是很明顯， 水中COD的變化不是很大。6 h和24 h后， 水體中COD分別減小3.9%和5.1%。分析認(rèn)為石莼在吸收有機(jī)物的過程中， 可能也通過新陳代謝向水體中釋放有機(jī)物質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)研究比較了貝類組、貝藻混養(yǎng)組和藻類組對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水COD的去除效果， 3組處理對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水COD去除率均呈現(xiàn)不斷增加的趨勢(shì)，貝藻混養(yǎng)組對(duì)COD去除效果最好。藻類和雙殼貝類可以吸收水體中有機(jī)物， 同時(shí)也能通過新陳代謝向水體中釋放有機(jī)物質(zhì)， 因此COD的去除效果與貝類、藻類的密度及比例有關(guān)。

4 小結(jié)

作者主要研究了貝類、大型藻類以及貝類和大型藻類混養(yǎng)對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水的凈化效果， 包括對(duì)TSS、COD、氮磷營養(yǎng)鹽吸收和凈化， 以及生物量的增長情況。得到的主要結(jié)論如下：

貝藻混養(yǎng)方式對(duì)大西洋鮭養(yǎng)殖廢水具有較好的凈化效果， 其中TSS、NO-N、COD的去除效率較貝類和藻類單養(yǎng)兩組處理高， 去除率分別達(dá)70.50%±1.65%、33.96%±0.34%、78.87%±1.82%， TP、TAN去除率略低于藻類組， 分別達(dá)7.18%± 0.03%、41.67%±8.82%， 但差異不明顯（P＜0.05）， 亞硝酸鹽氮略有增加。

貝藻混養(yǎng)方式處理大西洋鮭養(yǎng)殖廢水所用牡蠣和龍須菜的生物量均有所增加， 其中， 牡蠣增加1.5 g± 0.54 g， 龍須菜增加22.87 g±2.53 g。

因此， 利用牡蠣與龍須菜混養(yǎng)處理大西洋鮭養(yǎng)殖廢水較牡蠣和龍須菜單獨(dú)處理具有更好的處理效率， 并且能收獲更多的生物量， 實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)殖廢水的資源化利用。在未來的研究中， 將進(jìn)一步探討牡蠣和龍須菜貝藻混養(yǎng)組合的最佳數(shù)量配比。

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（本文編輯： 譚雪靜）

Biological purification of Atlantic salmon （Salmo salar） wastewater with the polyculture of Bivalves and Macroalgae

MA Xiao-na1， 2， LI Meng3， SUN Guo-xiang1， WANG Shun-kui4， YU Kai-song4，
LIU Ying1， 5
（1. Institute of Oceanology， Chinese Academy of Sciences， Qingdao 266071， China； 2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049， China； 3. Ocean University of China， Qingdao 266003， China；4. Shandong Oriental Ocean Sci-Tech Co.， Ltd.， Yantai 264003， China； 5. National & Local Joint Engineering Laboratory of Ecological Mariculture， Qingdao 266071， China）

Mar.， 22， 2015

Atlantic salmon （Salmo salar）； recirculating aquaculture systems； aquacultural wastewater

The comprehensive utilization and non-harmful treatment of aquacultural wastewater are important to guarantee healthy and sustainable development of the aquaculture industry. In this study， the effects of the polyculture of Crassostrea gigas and Gracilaria lemaneiformis in processing Atlantic salmon wastewater and recirculating aquaculture systems was observed over 30 days， and the removal rates of nitrogen and phosphorus nutrients，chemical oxygen demand （COD）， and total suspended particulate matter （TSS） were observed over 30 days. Results show that nutrients， COD， and TSS removal rates by the polyculture of Crassostrea gigas and Gracilaria were as follows： 41.67%±8.82% TAN， 33.96%±0.34% NO3-N， 7.18%±0.03% phosphate， 78.87%±1.82% COD， and 70.50%±1.65% TSS. However， there was a tendency for NO2–-N to accumulate to a certain extent. In conclusion，the polyculture of Crassostrea gigas and Gracilaria delivered a superior treatment effect than that of Crassostrea gigas and Gracilaria separately.

Q935

A

1000-3096（2016）01-0032-08

10.11759//hykx20150322002

2015-03-22；

2015-04-30

國家科技支撐計(jì)劃（2011BAD13B04）； 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31472312， 41306152， 31402283）； 青島市創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才計(jì)劃（13-CX-16）

馬曉娜（1991-）， 女， 山東青島人， 碩士研究生， 主要從事養(yǎng)殖環(huán)境工程研究， 電話： 0532-82898031， E-mail： Marianna_IOCAS@163.com；劉鷹， 通信作者， 研究員， E-mail： yinliu@qdio.ac.cn