滤料浮床面积对水产养殖水体的原位修复效果

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摘要：构建了适用于水产养殖水体原位修复的滤料浮床生态调控系统，考察了不同床水比（浮床面积与水体面积比）条件下的水产养殖水体原位修复效果。结果表明，当床水比为1∶10时，试验周期内的化学需氧量（CODMn）、NH3-N和溶解氧（DO）分别维持在20、0.07和6.5 mg/L左右，鱼苗的成活率和增重率比无浮床系统分别提高了13%和25%；床水比为1∶15时，净化能力不足，水质指标逐渐恶化；床水比为1∶5时，布水装置启动频繁，减缓鱼苗的生长速度。

关键词：滤料浮床；养殖水体；床水面积比；原位修复

中图分类号：S959；X703.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）11-2052-03

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2017.11.013

Abstracts： A kind of ecological regulation and control system of floating bed used for in-situ remediation for aquaculture water body was constructed. The effects of in situ remediation under conditions with different bed and water ratio were investigated. The results showed that，when the area of bed and water ratio was 1∶10，CODMn，NH3-N and DO were maintained at 20 mg/L，0.07 mg/L and 6.5 mg/L respectively in the experimental period. Compared with non floating bed system，the survival rate and the growth rate of fries in floating bed system increased by 13% and 25% respectively. When the area of bed and water ratio was 1∶15，the purification capacity was insufficient，and the water quality was gradually deteriorated. When the area of bed and water ratio was 1∶5，the water distribution device was frequently started， and the growth rate of fries was slowed down.

Key words： filter material floating bed； aquaculture water； the area of bed and water ratio； in-situ remediation

V料浮床是一种以悬浮滤料为核心、有机集成滤料吸附过滤、生物挂膜、植物吸收和水体增氧等多种功能于一体的水产养殖水体联合修复技术[1]。相比于高能耗、高投入的工厂化循环水养殖方法[2-5]，原位修复技术具有费用低、易维护、不产生二次污染、不危害养殖功能等诸多优点[6-8]，将其用于水产养殖水体的生态调控既可节约水资源，又可减少水污染，并且还可以提高养殖水体生态系统的稳定性[9]。滤料浮床技术应用过程中，床体规模大小直接决定了微生物负载量、净水植物种植面积以及布水流量，对于水体修复效果起着至关重要的作用，因而是最核心的设计参数。本研究重点考察了不同床水比（浮床面积与水体面积比）下的水产养殖水体水质指标以及鱼苗生长指标，获得了最优床水比设计参数，为技术的具体实施提供了基础支撑。

1 材料与方法

1.1 滤料浮床系统的构建

滤料浮床调控系统包括悬浮滤料层和布水装置2个主要部分。悬浮滤料层由外部挡板和悬浮滤料组成。首先将长方形PVC卷板卷成圆柱形，接口处用卡扣固定，放入水面圈隔出独立水面，PVC板外壁处安装稳定浮子，定位隔板在水中的深度。将轻质生物陶粒滤料投放到独立水面中，生物陶粒依靠浮力作用形成厚度均匀的悬浮层，在其表面铺设一层种植网。布水装置由潜水泵、溶解氧控制器、输水管道和雾化布水喷头构成，其启闭由溶解氧控制器根据池内的溶解氧浓度自动控制。布水装置的作用是将养殖水体中的污水喷洒入空气中，然后以气水混合液的形式流经悬浮滤层，同步实现水质净化和鱼塘增氧。

1.2 试验方法

取4个水箱，洗净、晾干、编号，其中3个用于模拟不同床水比的水产养殖水体环境，一个作为空白对照。对照（CK）试验装置为圆桶+试验用水+鱼苗；综合生态滤料浮床处理试验装置为圆桶+滤料浮床1个+泵水喷洒装置+空心菜种植+试验用水+鱼苗，设床水比（浮床面积与水体面积比）分别为1∶15（A）、1∶10（B）、1∶5（C）3个处理，其中，水箱尺寸为1.0 m×0.8 m×0.7 m，加水量为0.48 m3，鱼苗投放密度75尾/m2，滤料浮床滤料层厚度均为30 cm。

在4个试验箱中装入480 L人工配制的模拟养殖污水，使水体初始化学需氧量（COD）、NH3-N和总磷（TP）的浓度分别为30、0.2和0.04 mg/L。在A、B、C组中放置不同直径的滤料浮床系统，在种植网上播种空心菜。当空心菜高度达到10 cm时，在4个水箱中投放罗非鱼鱼苗，并同步按照菌、液体积比为1∶100 000的比例将EM菌液喷洒到滤床表面，空白对照组中将EM菌液直接投放到水体中[10]。

由于蒸发、植物的吸收及蒸腾作用会导致水量减少，每日用去离子水及时进行补充，确保总水量不变。每日按照鱼苗重量的2%投放饵料。

1.3 测试指标与方法

每天在水箱的表层、中层、底层取样，测定混合样的CODMn、NH3-N，连续测定30 d。测定方法均采用国家推荐的标准方法，CODMn采用高锰酸钾氧化法； NH3-N采用纳氏比色法；溶解氧（DO）使用LDOTMHQ10便携式溶氧仪原位测定。

2 结果与分析

2.1 水质净化效果

2.1.1 CODMn浓度变化 从图1可以看出，对照的初期污染水平最低，主要归因于水体中含有较高的EM菌液浓度，随后其CODMn浓度持续增加，至17 d时达到40 mg/L，需再次加入EM菌以降低污染物舛取？杉直接喷洒EM菌改善水质的效果快速但不持久。3组不同床水比的生态滤料浮床处理组在试验初期CODMn浓度差异较小；在试验的中后期，4组的CODMn浓度出现分化，处理A的CODMn水平持续升高，试验末期达到45 mg/L，原因可能在于浮床面积较小，微生物和净水植物污染负荷过大，导致污染物不断累积，浓度持续升高；处理B的CODMn浓度在整个试验周期总体较平稳，后期由于净水植物发挥了净水功效，因而CODMn浓度较前期有小幅度下降，达到16 mg/L；处理C的CODMn浓度水平最低，试验末期达到12 mg/L。可见大的床水比更加有利于污染物浓度控制。

2.1.2 NH3-N浓度变化 从图2可以看出，试验初期各处理的NH3-N浓度差异较小；试验中期对照和处理A、B的NH3-N浓度呈上升趋势，原因可能在于此时原有EM菌浓度降低，固载菌量无法及时降解每日新增污染物，导致NH3-N含量不断升高；在试验后期，各处理NH3-N浓度变化趋于平缓，且处理B和处理C的NH3-N浓度均呈现下降趋势，该变化主要归功于净水植物的吸收，试验后期净水植物处于快速生长阶段，NH3-N的去除显著。处理B在试验末期的NH3-N浓度基本维持在0.07 mg/L，处理C的NH3-N浓度最低达到0.04 mg/L。

2.1.3 复氧周期及持续时间 试验期间，设定溶解氧的波动范围为4～6 mg/L，当溶解氧低于4 mg/L时，进行布水循环，当溶解氧浓度达到6 mg/L时，停止布水。监测结果表明，处理A、B、C 3组的布水装置启动时间间隔依次缩短，平均间隔为3.2、2.5和2.0 h，原因可能是在床水比较大的系统中，单位滤料的污染负荷低，降解速度快，单位时间的耗氧量相应增加。在相同的喷淋密度下，处理A、B、C 3组的布水持续时间依次缩短，平均布水时间依次为35、21和13 min，和床水比成反比，说明单位时间布水量越大，增氧效果越快。从能耗和系统稳定性角度进行综合评价，处理B的滤床床水比设计较优。

2.2 鱼类生长状况

鱼类生长情况用增重率和成活率两个指标进行评定，其中增重率为试验期间每个试验组鱼苗总体重量增加的百分数，成活率为试验期末鱼苗存活数量与试验之初鱼苗投放数量的比值。

由表1可知，各处理中对照的成活率和增重率均最低，处理B的增重率最高，处理C的成活率最高，两处理的增重率和成活率相差较小，但均明显高于处理A的增重率。由此可见，当床水比较低时，无法持续稳定的对水产养殖水体进行修复；当床水比过高时，各项水质指标均可维持在较优水平，但植物和微生物生长代谢所需的营养物可能处于匮乏状态，有可能与鱼苗形成营养竞争关系，从而降低鱼苗本身的生长速度。

3 结论

通过不同面积滤料浮床对水产养殖水体的原位修复效果的研究发现，床水比对养殖水体水质的保持及鱼苗的成活及生长均有重要影响。从水质指标看，设置滤料浮床有利于保持水质的稳定，且床水比较高可将污染物控制在较低水平。床水比为1∶10时，试验周期内其CODMn、NH3-N和DO分别稳定维持在20、0.07和6.5 mg/L左右；床水比为1∶15时，净化能力不足，水质指标逐渐恶化；床水比为1∶5时，布水装置启闭周期缩短，能耗增加。从鱼苗生长情况看，滤料浮床组的成活率和增重率均高于对照。当床水比为1∶10时，增重率和成活率均达到92%；床水比为1∶15时，水质逐步恶化，增重率和成活率分别降至62%和86%；床水比为1∶5时，出现了净水系统和鱼苗的营养竞争关系，虽然成活率提高到95%，但是增重率降低至90%。

参考文献：

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