生態(tài)魚(yú)缸的構(gòu)建及其水質(zhì)凈化效果研究

郟菁菁+武濤

摘 要 為了解決養(yǎng)魚(yú)過(guò)程中不斷換水以及產(chǎn)生的污染問(wèn)題，本研究順序進(jìn)行了魚(yú)、魚(yú)+生態(tài)系統(tǒng)、魚(yú)+生態(tài)系統(tǒng)+復(fù)合填料層以及魚(yú)+生態(tài)系統(tǒng)+復(fù)合填料層+水生植物四組實(shí)驗(yàn)，分別從濁度、pH、CODMn、NH4+-N以及TP五個(gè)方面對(duì)比研究了不同處理系統(tǒng)條件下水體的水質(zhì)變化情況，結(jié)果表明：在只有魚(yú)的系統(tǒng)中，由于魚(yú)類的代謝以及多余飼料的腐敗，會(huì)產(chǎn)生一定量的污染物，使得水體的水質(zhì)惡化；但是通過(guò)引入生產(chǎn)者以及分解者等，構(gòu)建相對(duì)完整的水生生態(tài)系統(tǒng)之后，系統(tǒng)對(duì)于水體的污染具有一定的恢復(fù)作用，但是作用效果有限；在增設(shè)了復(fù)合填料層之后，由于填料層與水生生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)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(fù)到原自來(lái)水水質(zhì)；最后在系統(tǒng)中增設(shè)水生植物，在產(chǎn)氧的基礎(chǔ)上，其根系能有效的吸附一些污染物質(zhì)，還能進(jìn)一步的美化室內(nèi)環(huán)境。研究證明，魚(yú)+生態(tài)系統(tǒng)+復(fù)合填料層+水生植物的構(gòu)成的生態(tài)魚(yú)缸系統(tǒng)，不僅能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的微循環(huán)，有效的控制水體污染，還能實(shí)現(xiàn)水體的自身循環(huán)利用，不僅省去了換水的麻煩，還能節(jié)約用水，是一套實(shí)用并且美觀的家庭養(yǎng)魚(yú)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞 生態(tài)魚(yú)缸；復(fù)合填料；水體微循環(huán)

中圖分類號(hào) Q958.116

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 1674-6708（2016） 154-0061-03

在養(yǎng)魚(yú)過(guò)程中，魚(yú)類自身會(huì)排出廢物，加之飼料等發(fā)生腐敗現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致魚(yú)缸中水質(zhì)不斷惡化，因此需要經(jīng)常換水，稍有不慎，將會(huì)帶來(lái)魚(yú)類的死亡，給養(yǎng)魚(yú)愛(ài)好者們?cè)黾恿撕芏嗦闊?。近年?lái)，生物填料不僅在污水處理方面有了較大的進(jìn)步，在微污染水源水處理領(lǐng)域也有了一定的應(yīng)用。本來(lái)選取了幾種常用的填料，在魚(yú)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(gòu)建一個(gè)能夠自我循化，自我凈化的生態(tài)魚(yú)缸，不僅能夠減少換水帶來(lái)的工作量，還能實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水，美化環(huán)境。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1） 養(yǎng)魚(yú)用水

本次實(shí)驗(yàn)研究采用的養(yǎng)魚(yú)用水為自來(lái)水，自來(lái)水在使用前于通風(fēng)處?kù)o置48小時(shí)，去除其中的余氯以及可能對(duì)魚(yú)類生存產(chǎn)生危害的物質(zhì)。水質(zhì)分析情況如表1。

2） 魚(yú)類及其飼料

本實(shí)驗(yàn)中所使用的魚(yú)為水產(chǎn)養(yǎng)殖市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)的長(zhǎng)狀況良好的斑馬魚(yú)和鰟鮍魚(yú)。而采用的飼料也是商販根據(jù)長(zhǎng)期養(yǎng)魚(yú)經(jīng)驗(yàn)提供的最為合適的人工合成薄片飼料，飼料中含有蛋白質(zhì)、纖維、脂肪、各種維生素和微量元素等。

3） 填料

本實(shí)驗(yàn)選取了3種填料組合而成的復(fù)合填料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，復(fù)合填料自上而下依次為多孔玻璃陶瓷環(huán)（5cm）、機(jī)制顆?；钚蕴浚?cm）、火山石（5cm）。各種填料粒徑如下：多孔玻璃陶瓷環(huán)為環(huán)形中空結(jié)構(gòu)，外徑1.5cm，長(zhǎng)1.5cm，壁厚1.6mm；火山石直徑2cm～4cm；機(jī)制顆粒活性炭為圓柱體結(jié)構(gòu)，高度為3cm，直徑5mm。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

本研究中所搭建的裝置如圖l所示。

如圖1所示，該實(shí)驗(yàn)裝置的構(gòu)建分為4個(gè)階段，每個(gè)階段進(jìn)行一組實(shí)驗(yàn)。在第一組實(shí)驗(yàn)裝置中，僅投放斑馬魚(yú)和鳑鮍魚(yú)，并在魚(yú)缸壁安置一下小型靜音曝氣機(jī)第二組實(shí)驗(yàn)裝置中，為了構(gòu)建一個(gè)相對(duì)完整的水生生態(tài)系統(tǒng)，引入了蘋(píng)果螺、田螺和黑殼蝦作為分解者，并在池底鋪設(shè)了活性炭和水草泥，在其表面種植了適量的苦草、黑藻、金魚(yú)藻和蜈蚣草等水生植物；第三組實(shí)驗(yàn)裝置中，在水面以上構(gòu)建了一個(gè)復(fù)合填料層，在池底加設(shè)了潛水泵，將魚(yú)缸中的水提升，使其經(jīng)過(guò)填料層后重新回歸水體，并在填料層側(cè)面搭建了一個(gè)小型的太陽(yáng)能光板，以便給潛水泵供給能量；第四組實(shí)驗(yàn)裝置在第三組的基礎(chǔ)上，在填料層表面種植了根系發(fā)達(dá)的香菇草。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

本次實(shí)驗(yàn)設(shè)置了4個(gè)實(shí)驗(yàn)組。第一組中僅投加魚(yú)類；第二組為魚(yú)+生態(tài)系統(tǒng)，通過(guò)引入前文提到的生產(chǎn)者，消費(fèi)者和分解者，構(gòu)建一個(gè)相對(duì)完整的生態(tài)系統(tǒng)：第三組為魚(yú)+生態(tài)系統(tǒng)+復(fù)合填料，在魚(yú)缸中構(gòu)造一個(gè)15cm厚的混合填料層；第四組為魚(yú)+生態(tài)系統(tǒng)+復(fù)合填料+水生植物，在復(fù)合填料表層，引入適量的水生植物。以上四組實(shí)驗(yàn)，第一、二組實(shí)驗(yàn)時(shí)間為1周，以便保證魚(yú)類的正常存活，第三、四組每組進(jìn)行時(shí)間為2周。前2周去魚(yú)缸中的混合水樣進(jìn)行檢測(cè)，后面4周取循環(huán)泵出水進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)定魚(yú)缸中的水質(zhì)狀況。

1.4 水質(zhì)分析方法

本次實(shí)驗(yàn)主要分析魚(yú)缸水體中濁度，pH，CODM。，NH4+-N和TP的情況，對(duì)比不同實(shí)驗(yàn)處理階段的水質(zhì)狀況。測(cè)量方法如表2所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 濁度的變化情況

隨著時(shí)間和處理組的不同，魚(yú)缸中的濁度變化如圖2所示。

從圖2中可以看出，第一組實(shí)驗(yàn)中，隨著時(shí)間的推移，魚(yú)缸中的濁度明顯上升，這是由于魚(yú)類的排泄物以及飼料發(fā)生腐敗，進(jìn)入水體形成小顆粒懸浮于水體中，導(dǎo)致濁度上升。隨著第二者實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，魚(yú)缸中的濁度有所下降，這是因?yàn)闃?gòu)建了一個(gè)相對(duì)完整的生態(tài)系統(tǒng)之后，魚(yú)類的排泄物以及腐敗的飼料被引入的分解者分解，使?jié)岫认陆?，但是在第二者?shí)驗(yàn)的后期，濁度變化不明顯，說(shuō)明生態(tài)系統(tǒng)對(duì)于水體中的濁度去除有一定上限。第三組實(shí)驗(yàn)中，搭建一個(gè)復(fù)合填料組成的濾層之后，系統(tǒng)的濁度再次下降，這是因?yàn)檠h(huán)水體在經(jīng)過(guò)填料層后，水體中引起濁度的物質(zhì)被填料所吸附攔截，使水體的濁度下降。可以看到，經(jīng)過(guò)第三組實(shí)驗(yàn)的處理之后，水體的濁度基本恢復(fù)到自來(lái)水的水平。在第四組實(shí)驗(yàn)中，水體的濁度長(zhǎng)期維持在一個(gè)較低水平。對(duì)照四個(gè)實(shí)驗(yàn)組可以得出，一個(gè)完善的生態(tài)系統(tǒng)對(duì)于水體的濁度具有一定的緩解作用，但是效果有限，而構(gòu)建一個(gè)復(fù)合填料層，可以很大程度的解決養(yǎng)魚(yú)水體的濁度問(wèn)題。

2.2 pH的變化情況

隨著時(shí)間和處理組的不同，魚(yú)缸中的pH變化如圖3所示。

從圖3可以看出，第一組實(shí)驗(yàn)中，隨著時(shí)間的推移，魚(yú)缸中pH逐漸下降，這是由于魚(yú)類的排泄物以及飼料發(fā)生腐敗，產(chǎn)生一些酸性物質(zhì)，進(jìn)入水體，導(dǎo)致水體pH逐漸下降。隨著第二組實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，魚(yú)缸中水體的pH有所回升，但是在第二組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行4d之后基本達(dá)到穩(wěn)定，說(shuō)明生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建，對(duì)于水體的pH有一定的調(diào)整作用，但其效果受到限制。隨著第三組實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，水體的pH快速回升至接近原自來(lái)水的pH。并且第四組實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，水體的pH一直維持在原水pH附近。這是因?yàn)殡S著水體的循環(huán)，水體中的腐敗物質(zhì)被復(fù)合填料層截留，而下層的相對(duì)完整的生態(tài)系統(tǒng)對(duì)于水體的pH具有一定的調(diào)節(jié)作用，隨著時(shí)間的推移，水體的pH能夠逐漸的恢復(fù)到原來(lái)水平。

2.3 CODMn的變化情況

隨著時(shí)間和處理組的不同，魚(yú)缸中的CODMn變化如圖4所示。

從圖4可以看出，第一組實(shí)驗(yàn)中，隨著時(shí)間的推移，魚(yú)缸中CODmn明顯上升，這是由于魚(yú)類的排泄物以及飼料發(fā)生腐敗，產(chǎn)生一些有機(jī)物，這些物質(zhì)進(jìn)入水體，導(dǎo)致水體中有機(jī)物含量增加，從而使CODMn升高?？梢钥吹剑?jīng)過(guò)第一組的實(shí)驗(yàn)周期之后，水體的CODMn明顯比自來(lái)水高，已不適合再進(jìn)行養(yǎng)魚(yú)活動(dòng)。隨著第二組實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，水體的CODMn值有所下降，這是由于構(gòu)建了相對(duì)完整的生態(tài)系統(tǒng)之后，系統(tǒng)中的生產(chǎn)者可以以呼吸作用或者同化作用消耗一部分有機(jī)物，分解者也可以分解水體中的有機(jī)物，使水體的有機(jī)物含量降低，從而使CODMn降低。但是仍然處于一個(gè)高于自來(lái)水CODMn的水平。隨著第三組實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，水體中的CODMn濃度進(jìn)一步下降，這是由于復(fù)合填料層的截留和吸附作用去除了大部分有機(jī)顆粒物質(zhì)，降低了水中的有機(jī)物含量。整個(gè)第三組實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，水體的CODMn濃度一直維持在3.3mg.L-1左右，僅比原自來(lái)水高0.2mg.L-1，水質(zhì)良好。說(shuō)明本套系統(tǒng)的構(gòu)建對(duì)魚(yú)類生活環(huán)境的改善作用效果非常明顯。

2.4 NH4+-N的變化情況

隨著時(shí)間和處理組的不同，魚(yú)缸中的NH4+-N變化如圖5所示。

從圖5中可以看出，第一組實(shí)驗(yàn)中，隨著時(shí)間的推移，魚(yú)缸中的NH4+-N濃度逐漸上升，這是由于魚(yú)類的排泄物以及飼料發(fā)生腐敗分解，進(jìn)入水體，導(dǎo)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(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，魚(yú)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(kāi)始效果不明顯，說(shuō)明水生生態(tài)系統(tǒng)的自凈有一定的限制。第三組實(shí)驗(yàn)中，搭建一個(gè)復(fù)合填料組成的濾層之后，系統(tǒng)的NH4+-N濃度明顯下降，這是因?yàn)檠h(huán)水體在經(jīng)過(guò)填料層后，填料對(duì)氨氮有明顯的吸附作用。并且，在填料層中，還生長(zhǎng)著大量的微生物，可以利用NH4+-N發(fā)生一系列包括同化、氨化、硝化反硝化在內(nèi)的微生物活動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)NH4+-N的去除?？梢钥吹剑?jīng)過(guò)第三組實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jīng)過(guò)第四組實(shí)驗(yàn)處理后，水體中的NH4+-N濃度基本恢復(fù)正常。說(shuō)明復(fù)合填料以及水生植物的添加，可以很大程度的解決養(yǎng)魚(yú)水體的NH4+-N濃度升高問(wèn)題。

2.5 TP的變化情況

隨著時(shí)間和處理組的不同，魚(yú)缸中的TP變化如圖6所示。

如圖6所示，第一組實(shí)驗(yàn)中，隨著時(shí)間的推移，魚(yú)缸中的TP濃度逐漸上升，這是由于魚(yú)類的排泄物以、多余飼料腐敗以及含磷有機(jī)物分解，進(jìn)入水體，導(dǎo)致TP濃度上升。隨著第二組實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，水體中的TP濃度迅速下降，這是由于生態(tài)系統(tǒng)中的沉水植物對(duì)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(shí)驗(yàn)中，填料對(duì)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(fù)到原自來(lái)水的TP水平，即接近于Omg.L-1。并且在第四組實(shí)驗(yàn)中，TP濃度一直維持在Omg.L-1左右，說(shuō)明整套系統(tǒng)的搭建對(duì)于TP的去除效果非常好。

3 結(jié)論

通過(guò)上述四組實(shí)驗(yàn)研究，本文可得出如下結(jié)論。

1）在家庭養(yǎng)魚(yú)的過(guò)程中，由于魚(yú)類排泄以及多余的飼料腐敗等原因，養(yǎng)魚(yú)的水體水質(zhì)會(huì)逐漸變差，導(dǎo)致家庭養(yǎng)魚(yú)需要經(jīng)常的換水，不僅增加工作量，還會(huì)造成水資源的浪費(fèi)，以及產(chǎn)生大量的養(yǎng)魚(yú)廢水。

2）通過(guò)構(gòu)建適宜魚(yú)類生存的生態(tài)系統(tǒng)，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(xiàn)象，但是水體水質(zhì)仍與原自來(lái)水水質(zhì)有一定的差距，仍需要定期換水。

3）研究證明，魚(yú)+生態(tài)系統(tǒng)+復(fù)合填料層+水生植物的構(gòu)成的生態(tài)魚(yú)缸系統(tǒng)，不僅能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的微循環(huán)，養(yǎng)魚(yú)過(guò)程中所產(chǎn)生的污染物基本可以在系統(tǒng)內(nèi)部得到有效的去除，不僅實(shí)現(xiàn)了水體的凈化，還能使水體自循環(huán)，省去了頻繁換水的麻煩，還能節(jié)約用水，是一套實(shí)用、有效、美觀的家庭養(yǎng)魚(yú)系統(tǒng)。