彭 磊， 邢道超， 王惠姍， 舒 銳

(1中國海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，山東 青島 266003； 2廣州華大銳護(hù)科技有限公司，廣東 廣州514400)

3種填料對集裝箱循環(huán)水養(yǎng)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(xué)水產(chǎn)學(xué)院，山東 青島 266003； 2廣州華大銳護(hù)科技有限公司，廣東 廣州514400)

集裝箱循環(huán)水養(yǎng)殖；生物填料；水產(chǎn)養(yǎng)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(huán)水養(yǎng)殖已成為中國漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分及研究熱點，其具有運(yùn)行成本低、節(jié)水、節(jié)電、高效及可持續(xù)等優(yōu)勢。據(jù)報道，1套有效水體為40 m3的集裝箱養(yǎng)殖系統(tǒng)年產(chǎn)魚可達(dá)10 t[1]。生物濾池對廢水的處理是循環(huán)水養(yǎng)殖過程中非常重要的環(huán)節(jié)，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(huán))、無機(jī)填料(陶粒、硅鋁酸鹽、活性炭)以及有機(jī)高分子填料(聚丙烯，聚丙烯醇縮甲醛)[4]。理想的生物填料應(yīng)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(huán)、沸石、生化石和碎石的研究發(fā)現(xiàn)，沸石去除氨氮效果最好，生化石和生化環(huán)次之，碎石最差。徐竟成等[8]通過對頁巖陶粒、輕質(zhì)材料及懸浮填料的研究發(fā)現(xiàn)，懸浮填料對氨氮的去除能力較強(qiáng)，但對化學(xué)需氧量(COD)的去除效果不佳，輕質(zhì)填料對氨氮和COD的去除效果都優(yōu)于陶瓷填料。劉卉等[9]研究發(fā)現(xiàn)聚丙烯塑料發(fā)泡材料(EPP)無毒無味，可作為生物填料用于集裝箱循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中。此外，有些生物填料可以再生，這也引起了學(xué)者的廣泛關(guān)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(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)(3套為實驗組，1套為對照組，2個生物反應(yīng)器為同一處理組的2個平行組，每個生物反應(yīng)器的有效水體均為25 m3)，圖1為1套系統(tǒng)示意圖。

圖1 集裝箱循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the closed recirculating aquaculture system

填料放置于生物反應(yīng)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(hù)東涌實驗基地進(jìn)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(guān)參數(shù)Tab.1 Correlative parameters of the three kinds of fillers

填料種類規(guī)格/cm比重/(kg/m3)比表面積/(m2/g)孔隙率/%堆積系數(shù)/(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(xì)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(jìn)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(yǎng)基，于25℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h，記錄菌落數(shù)(按平板上菌落數(shù)為30～300的稀釋度計算每毫升細(xì)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(yǎng)基，于25℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h，記錄菌落數(shù)。

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(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)均采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(Mean±SD)的形式表示，并用Excel 和SPSS 21.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。顯著水平為P<0.05。

2 結(jié)果

2.13種填料對廢水中細(xì)菌吸附能力的比較

在2 h內(nèi)，EPP填料對廢水中細(xì)菌的吸附能力最強(qiáng)，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(xì)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(xì)菌的吸附量Tab.2 The amount of bacteria absorbed on the three kinds of filters

注：同一列數(shù)值的上標(biāo)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(zhì)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(yǎng)殖廢水時與質(zhì)量濃度關(guān)系擬合圖

無機(jī)氮類型填料類型參數(shù)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(yǎng)殖廢水中細(xì)菌的吸附性能

生物填料對養(yǎng)殖廢水中細(xì)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(xì)菌的吸附特性，可以為集裝箱循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)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(yǎng)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(fā)現(xiàn)，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(xì)菌速率的研究發(fā)現(xiàn)，活性炭>陶粒>白黏土>鋁土礦。本研究比較3種填料對養(yǎng)殖廢水中細(xì)菌吸附能力的差異，結(jié)果表明，EPP填料對細(xì)菌的吸附能力最強(qiáng)。

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(xì)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(xì)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(xì)菌的吸附能力相近。

的關(guān)系

4 結(jié)論

□

[1] 盧雁妮.受控式高效循環(huán)水集裝箱養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)扶貧和健康扶貧的“興義模式”[N]. 黔西南日報,2016-05-07(005).

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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(xué)基金青年基金(31502212)

彭磊(1972—)，男，副教授，研究方向：水產(chǎn)養(yǎng)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