簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)處理羅氏沼蝦育苗廢水的效果

張瑞祺 蘇建 鞠波 丁福江 戴習林

摘要：【目的】探索適用于羅氏沼蝦苗種培育的工廠化循環(huán)水處理模式，為提高羅氏沼蝦苗種生產(chǎn)效益提供技術(shù)支撐，以促進羅氏沼蝦養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?！痉椒ā繎?yīng)用自行設(shè)計與裝配的簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)對羅氏沼蝦育苗廢水進行處理再利用試驗，以總氨氮（TAN）、亞硝態(tài)氮（NO2--N）、化學需氧量（COD）、pH等水質(zhì)指標及細菌、弧菌數(shù)量對羅氏沼蝦育苗廢水的處理效果進行評價?！窘Y(jié)果】在育苗早期，簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)處理羅氏沼蝦育苗廢水的效果不明顯，但至育苗后期，其育苗池的各項水質(zhì)指標均極顯著低于靠換水的對照組育苗池（P<0.01），水體pH 8.12～8.14，TAN含量（約0.400 mg/L）僅為對照組的22.1%，NO2--N含量終維持在0.265 mg/L，僅為對照組的56.5%，COD含量維持在11.000 mg/L左右。在整個育苗期間，采用簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)育苗池的細菌與弧菌總量分別為21000和2個/mL，均處于安全范圍之內(nèi)。經(jīng)21 d育苗運轉(zhuǎn)，4口育苗池均獲得30%的出苗率，且羅氏沼蝦幼體活性及體色方面無明顯差異，但試驗組總用水量僅為對照組的50%?！窘Y(jié)論】簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)可有效處理羅氏沼蝦育苗廢水，將育苗池主要水質(zhì)指標均控制在幼體發(fā)育變態(tài)的合適范圍內(nèi)，既能提高育苗用水的循環(huán)利用效率，又可減少育苗廢水外排對環(huán)境造成的污染。

關(guān)鍵詞： 羅氏沼蝦；簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)；育苗廢水；水質(zhì)指標；效果

中圖分類號： S969.38 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2016）01-0140-07

Effect of recirculating water treatment system on wastewater in breeding pond of Macrobrachium rosenbargii larvae

ZHANG Rui-qi1， SU Jian2， JU Bo2， DING Fu-jiang 3， DAI Xi-lin1 *

（1 College of Fisheries and Life Science， Shanghai Ocean University， Shanghai 201306， China； 2 Shanghai Shencao Special Fisheries Development Company， Shanghai 201516， China）

Abstract：【Objective】The industrial recirculating water treatment mode suitable for breeding Macrobrachium rosenbargii larvae， in order to provide references for improving breeding benefit of M. rosenbargii larvae and promoting sustainable development of M. rosenbargii aquaculture. 【Method】The self-designed and assembled recirculating water treatment system was used to treat and recycle wastewater in breeding pond of M. rosenbargii larvae. And in production test， the water quality indexes viz.， total ammonia nitrogen （TAN）， nitrite nitrogen （NO2--N）， chemical oxygen demand（COD）， pH， and quantities of bacteria and vibrio were determined. Then treatment effect of recirculating water system on wastewater in breeding pond of M. rosenbargii larvae were evaluated. 【Result】The results showed that， at the early breeding stage， the treatment effect of recirculating water system on wastewater in breeding pond of M. rosenbargii larvae was not obvious； at the late breeding stage， all water quality indexes of treatment group were extremely significantly lower than those of control group （P<0.01）， and pH was 8.12-8.14， TAN content was about 0.400 mg/L， and only 22.1% of that of control group， NO2--N content was about 0.265 mg/L， and only 56.5% of that of control group， COD content maintained at around 11.000 mg/L. Furthermore， during all breeding periods， the quantities of bacteria and vibrio were 21000 and 2 strains/mL， respectively， which remained within safety range. After breeding operation of 21 d， four breeding ponds had hatching rate of 30%， with no significant difference in larvae activity and color. But， the overall water consumption of treatment group was only 50% of that of control group. 【Conclusion】The simple recirculating water system can treat effectively wastewater in breeding pond of M. rosenbargii larvae， therefore， the main water quality indexes are controlled within an appropriate range， so as to improve efficiency of water utilization and decrease environmental pollution caused by effluent discharge from breeding pond.

Key words： M. rosenbargii； simple recirculating water treatment system； wastewater from breeding larvae pond； water quality index； effect

0 引言

【研究意義】近年來，羅氏沼蝦（Macrobrachium rosenbergii）已成為我國養(yǎng)殖的主要淡水蝦類品種，在水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)中占據(jù)重要地位（陳馬康，2000），但至今在一些地區(qū)仍采用高密度、高換水率與頻繁施藥等粗放的育苗模式，導致其養(yǎng)殖水環(huán)境惡變，病害頻發(fā)，生產(chǎn)成本大幅上升（舒廷飛等，2001；臧維玲等，2004）。良好的生態(tài)環(huán)境是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)生存與發(fā)展的前提和必要條件，因此，改進羅氏沼蝦苗種培育的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝勢在必行，也是確保羅氏沼蝦產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的基礎(chǔ)保障。【前人研究進展】工廠化養(yǎng)殖循環(huán)水處理技術(shù)具有節(jié)省土地與水資源、有效降低能耗與周圍水環(huán)境污染的優(yōu)點（Naylor et al.，2000；王威，2012），施行養(yǎng)殖生產(chǎn)用水的工廠化循環(huán)處理再利用是我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的重要發(fā)展方向。至今，國內(nèi)經(jīng)濟蝦類養(yǎng)殖育苗中采用循環(huán)水處理技術(shù)調(diào)控水環(huán)境的研究已取得一定進展，其報道主要集中在利用水處理設(shè)備對養(yǎng)殖廢水連續(xù)或間歇循環(huán)處理再利用的相關(guān)研究（臧維玲等，2003，2013；劉晃等，2008；李琦等，2011）。在羅氏沼蝦育苗養(yǎng)殖方面，有采用簡易設(shè)備進行育苗廢水的循環(huán)處理（臧維玲等，2004），也有將沉淀池、過濾器、臭氧或紫外線消毒器等組成循環(huán)水處理系統(tǒng)以控制育苗池水質(zhì)（辛建美等，2014），均獲得良好的育苗效果?！颈狙芯壳腥朦c】對蝦育苗廢水循環(huán)處理再利用具有節(jié)水、節(jié)能及不用藥物等優(yōu)點，但由于設(shè)備成本較高、不易操作等原因，至今尚未得到推廣應(yīng)用，有關(guān)羅氏沼蝦工廠化循環(huán)處理育苗用水的研究也鮮見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】應(yīng)用自行設(shè)計與裝配的簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)對羅氏沼蝦育苗廢水進行處理再利用試驗，探索適用于羅氏沼蝦苗種培育的工廠化循環(huán)水育苗模式，為提高羅氏沼蝦苗種生產(chǎn)的社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益提供技術(shù)支撐，以促進羅氏沼蝦養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1. 1 試驗池設(shè)施及其用水

試驗在上海郊區(qū)上海申漕特種水產(chǎn)開發(fā)公司科研基地進行，選用9號育苗車間的177#和178#育苗池（7.0 m×3.5 m×1.2 m）為試驗池，107#和108#池為對照池，池底鋪設(shè)不銹鋼熱水管道（加熱控溫），并放置15個氣泵連續(xù)曝氣。試驗用水為當?shù)睾铀?jīng)預(yù)沉淀與漂粉精消毒等初步處理、化學成分嚴格調(diào)配，且經(jīng)升溫后才導入育苗池。

1. 2 循環(huán)水處理系統(tǒng)及其工藝流程

兩套相同的簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)均由筒式過濾器、紫外線殺菌器和生物濾器等自行設(shè)計組合而成，試驗期間分別用于循環(huán)處理177#和178#育苗池水。其中，生物濾器為自行設(shè)計制作（0.75 m×0.40 m×0.40 m），由兩個底部具孔的塑料濾箱上下相疊而成（圖1），塑料箱上層鋪設(shè)兩張纖維網(wǎng)以濾去大顆粒物，其下放置生物環(huán)（厚度15 cm）；塑料箱下層放有生物球（厚度15 cm）。育苗池循環(huán)水處理工藝流程：育苗池水由水泵（功率1000 W）泵入筒式過濾器，再按序經(jīng)紫外殺菌器、生物濾器處理后返回育苗池（圖2）。育苗期間據(jù)水質(zhì)與幼體狀況，間歇式適時啟動簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)處理育苗池水。

1. 3 羅氏沼蝦育苗管理

育苗試驗池（177#和178#）與對照池（107#和108#）分別注入80 cm深的人工調(diào)配水，恒溫28 ℃，連續(xù)曝氣，然后各育苗池放養(yǎng)由上海申漕特種水產(chǎn)開發(fā)公司自產(chǎn)的羅氏沼蝦幼體500萬尾（Z1），以后隨幼體發(fā)育期增長相應(yīng)增加水溫與水量（陳文靜等，2001）。根據(jù)蚤狀幼體發(fā)育期將育苗周期分為3個階段，在各階段進行不同的飼育和循環(huán)水處理：早期（1～5 d，Z1～Z3）只投喂鹵蟲；中期（6～12 d，Z4～Z6）開始投喂蛋羹，并逐漸增加投喂量；后期（Z7～仔蝦）以投喂蛋羹為主，輔以鹵蟲。試驗池育苗過程中僅排污，不換水、不用藥，為保持水位僅補充蒸發(fā)及系統(tǒng)運行所損耗水量；對照池采用傳統(tǒng)換水與加藥方式管理，換水量與時間視水質(zhì)和幼體狀況而定，其余事項與試驗池相同。定時觀察幼體發(fā)育變態(tài)、攝食、活力與死亡狀況。

1. 4 水質(zhì)指標測定方法

簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)的最佳流量為6 m3/h。隨著蚤狀幼體逐漸長大及投喂餌料種類與數(shù)量的變化，育苗池中幼體代謝物及殘餌種類與數(shù)量也發(fā)生相應(yīng)變化，且顆粒加大，水質(zhì)逐漸下降。據(jù)此，簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)運行時間也相應(yīng)設(shè)為3個階段：育苗早期（1～5 d）每天系統(tǒng)運行1 h；育苗中期（6～12 d）每天系統(tǒng)運行2 h；育苗后期（13 d出苗）每天系統(tǒng)運行4 h。參照海水分析海洋監(jiān)測規(guī)范（國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，1998）、水和廢水檢測分析方法（國家環(huán)境保護總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》委員會，2002）測定各項水質(zhì)指標。總氨氮（TAN）采用萘式比色法測定；亞硝態(tài)氮（NO-2-N）采用N-1-奈基-已二胺光度法測定；化學需氧量（COD）采用堿性高錳酸鉀法測定；pH以pHB-4型酸度計測定；細菌總量采用平板菌落法進行計數(shù)；弧菌總量采用TCBS瓊脂培養(yǎng)基平板菌落法進行計數(shù)。

1. 5 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0軟件進行統(tǒng)計，并以單因子方差分析和Duncans進行多重比較及差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2. 1 簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)對育苗池水溫與pH的調(diào)控效果

由表1可知，育苗過程中啟用簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)的試驗組與主要靠換水的對照組相比，二者間的水溫與pH無顯著差異（P>0.05，下同），且均處于羅氏沼蝦育苗合適正常范圍內(nèi)（郭葉華，1997）。

2. 2 簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)對育苗池水體TAN的調(diào)控效果

由圖1可以看出，在育苗前9 d，4口育苗池水體TAN含量均隨時間的延長呈波浪式遞增，彼此間無顯著差異；但從育苗中期開始試驗組的兩口育苗池水體TAN含量緩慢下降并最終維持在0.400 mg/L左右，對照組育苗池水體TAN含量則一直處于上升階段，雖然第11 d移池后育苗池水體TAN含量降至0.500 mg/L左右，但因大量投放蛋羹，水質(zhì)惡化加劇，TAN含量迅速上升，最終高達3.000 mg/L。

由表2可知，育苗早期4口育苗池水體TAN含量無顯著差異；育苗中期，試驗組的池水體TAN含量顯著低于對照組（P<0.05，下同）；育苗后期，簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)凈水效果更明顯，試驗組的池水體TAN含量極顯著低于對照組（P<0.01，下同），此階段試驗組的池水體TAN含量僅為對照組的22.1%?？梢?，簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)能將TAN濃度控制在羅氏沼蝦育苗的合適范圍內(nèi)（臧維玲等，1996）。

2. 3 簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)對水體NO2--N含量的調(diào)控效果

如圖2所示，在育苗前9 d，4口育苗池水體NO2--N含量的變化趨勢基本一致；育苗后期大量投喂蛋羹，簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)對NO2--N有顯著的消除、轉(zhuǎn)化效果，試驗組與對照組間存在極顯著差異，試驗組的兩口育苗池水體NO2--N含量最終控制在0.265 mg/L，僅為對照組水體NO2--N含量的56.5%。

由表3可知，在育苗早期試驗組和對照組的池水體NO2--N含量均在0.300 mg/L以下，至育苗后期， 試驗組兩口育苗池的水體NO2--N含量得到有效控制，而對照組兩口育苗池的水體NO2--N含量均高于0.450 mg/L。說明在羅氏沼蝦育苗期間，簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)能有效調(diào)控水體NO2--N濃度在合適范圍內(nèi)。

2. 4 簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)對水體COD的控制效果

如圖3所示，育苗早、中期4口育苗池水體COD含量的變化趨勢基本一致，育苗后期試驗組的育苗池水體COD含量明顯低于對照組，水體COD含量約是對照組的43.3%。水體COD含量較高雖然不會導致羅氏沼蝦幼體直接死亡，但水中含有較多的還原性物質(zhì)，大量消耗水中溶解氧，并釋放有毒有害物質(zhì)（氨、硫化氫等），水質(zhì)惡化，極易引發(fā)其他病害（江敏等，1999）。

由表4可知，簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)對育苗池水體COD有一定的去除、轉(zhuǎn)化效果，特別是育苗后期大量投喂蛋羹，致使育苗池水體COD含量逐漸升高，對照組育苗池水體COD平均含量均超過15.000 mg/L，而試驗組育苗池水體COD含量維持在11.000 mg/L左右，說明簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)對高負荷COD水體的處理效果更顯著。

2. 5 紫外殺菌器的使用效果

育苗早期，試驗組育苗池與對照組育苗池的細菌含量無顯著差異；育苗中期，對照組育苗池內(nèi)細菌量快速增長，試驗組育苗池細菌量增長平緩（圖4），表明簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)已發(fā)揮一定的功效；至育苗后期，對照組育苗池細菌量繼續(xù)升高，而試驗組育苗池細菌量平穩(wěn)下降，說明簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)處理時間越長，育苗池細菌量下降越明顯。由圖5可以看出，簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)的紫外殺菌器對控制水體中弧菌量效果良好，可以控制苗池弧菌量在幼體發(fā)育變態(tài)的安全范圍內(nèi)（葉星等，1998）。綜上所述，簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)可有效調(diào)控育苗池水化指標與有害微生物含量。

2. 6 育苗效果及節(jié)水效果

在整個育苗期內(nèi)，試驗組的177#和178#育苗池未使用任何藥物，僅添加排污等損失水，羅氏沼蝦幼體發(fā)育正常，水質(zhì)狀況較對照組育苗池穩(wěn)定，育苗水質(zhì)指標TAN、NO2--N和COD基本能滿足羅氏沼蝦對水質(zhì)的要求。經(jīng)21 d育苗運轉(zhuǎn)，4口育苗池均獲得30%的出苗率，且羅氏沼蝦幼體活性及體色方面無明顯差異，但試驗組總用水量僅為對照組的50%，說明將簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)用于羅氏沼蝦育苗生產(chǎn)具有極高的可行性。

3 討論

3. 1 循環(huán)水處理系統(tǒng)對育苗池水的調(diào)控效果

循環(huán)水養(yǎng)殖中的氨氮來自水產(chǎn)動物代謝及餌料的微生物分解，是水體的主要耗氧污染物，能導致水體富營養(yǎng)化（張文藝等，2013）。臧維玲等（1996）研究發(fā)現(xiàn)，TAN對羅氏沼蝦幼體發(fā)育過程中蚤狀幼體Z5、Z7、Z9的安全質(zhì)量濃度分別為2.04、2.26和2.55 mg/L。本研究中，試驗組177#、178#育苗池水體TAN濃度在整個育苗期間的變化范圍為0.154～1.062 mg/L，遠低于TAN對羅氏沼蝦幼體發(fā)育影響的安全濃度上限，且走勢平緩；對照組育苗池在育苗后期其水體TAN濃度已非常接近安全濃度上限，且TAN濃度上升極快。NO2--N能迅速滲透到魚蝦體內(nèi)，使血液中的亞鐵血紅蛋白失活，形成鐵血紅蛋白而失去攜氧功能（趙煜和安艷芳，1997）。NO2--N還能降低水產(chǎn)動物抗病能力，增加養(yǎng)殖病害暴發(fā)的風險（陸錦天和林惠山，2001）。據(jù)臧維玲等（1996）報道，NO2--N對Z5、Z7和Z9安全質(zhì)量濃度分別為0.64、1.38和1.68 mg/L，即該安全濃度值可作為育苗生產(chǎn)中NO2--N含量的警戒值。本研究中，雖然4口育苗池的水體NO2--N含量均低于警戒值，但試驗組兩口育苗池水體NO2--N含量在育苗后期最終控制在0.265 mg/L，僅為對照組水體NO2--N含量的56.5%。羅氏沼蝦蚤狀幼體各發(fā)育期及其轉(zhuǎn)變期對同一種物質(zhì)的耐受性也有所不同，耐受性最強的是Z1，最弱是Z5，Z11變態(tài)為仔蝦期間也有一個低谷（姜增華等，2009）。試驗組育苗池在整個育苗周期中各項水質(zhì)指標均得到有效控制，尤其是TAN和NO2--N含量在Z5和Z11兩個危險期均在安全范圍之內(nèi)。COD能反映水體受還原性物質(zhì)污染的程度，也是表征水體中有機質(zhì)含量的一個重要指標（馬建新等，2002）。育苗后期，試驗池水體COD含量與對照組育苗池出現(xiàn)差異，177#、178#池的COD均值分別為11.378±1.392和11.568±1.486 mg/L，極顯著低于對照育苗池。葉星等（1998）報道，羅氏沼蝦育苗水細菌總數(shù)低于1.1×105個/mL時較安全，超過此范圍且弧菌總量達103～104個/mL時極易暴發(fā)蝦病。在本研究的整個育苗期間，試驗組育苗池中的細菌與弧菌總量分別為21000和2個/mL，均處于安全范圍之內(nèi)。水質(zhì)處理時，紫外線殺菌與傳統(tǒng)殺菌方法相比具有無需添加化學藥劑、不產(chǎn)生有毒有害副產(chǎn)物、殺菌效率高、操作簡單、便于運行管理等特點（G■mez et al.，2007；Guo et al.，2009）。綜上所述，在羅氏沼蝦育苗生產(chǎn)中應(yīng)用本研究自行設(shè)計的簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)具有極高的可行性。

3. 2 循環(huán)水處理系統(tǒng)合適流量的選用

循環(huán)水處理流量是影響循環(huán)水處理系統(tǒng)對養(yǎng)殖廢水凈化程度的重要因子，其值又取決于水處理設(shè)備的特性、處理水質(zhì)狀況及養(yǎng)殖對象與環(huán)境條件等因素（李琦等，2011；李強，2012；臧維玲等，2013；魏小嵐等，2013）。對于一套循環(huán)水系統(tǒng)，應(yīng)在推廣應(yīng)用前篩選出對特定養(yǎng)殖條件下最佳的水處理流量。本研究從簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)對育苗池水的凈化效果分析，發(fā)現(xiàn)整套系統(tǒng)在流量為6 m3/h時對水體TAN、NO2--N有最佳的去除效果，流量為12 m3/h對水體COD有最佳去除效果，且不同流量時紫外殺菌器的殺菌效果也不同，與王建明（2010）、魏小嵐等（2013）的研究結(jié)果一致。可見，不同流量有效于不同指標，且針對不同養(yǎng)殖環(huán)境及養(yǎng)殖對象，因此，循環(huán)水處理系統(tǒng)處理養(yǎng)殖用水的流量及時間應(yīng)靈活控制，根據(jù)養(yǎng)殖水體水質(zhì)特點優(yōu)化循環(huán)水處理系統(tǒng)參數(shù)，以達到最佳的循環(huán)處理效果。

4 結(jié)論

簡裝循環(huán)水處理系統(tǒng)可有效處理羅氏沼蝦育苗廢水，將育苗池主要水質(zhì)指標均控制在幼體發(fā)育變態(tài)的合適范圍內(nèi)，既能提高育苗用水的循環(huán)利用效率，又可減少育苗廢水外排對環(huán)境造成的污染。

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（責任編輯 蘭宗寶）