1、本科毕业设计（20_届）封闭式循环养殖系统的水质变化所在学院专业班级海洋生物资源与环境学生姓名学号指导教师职称完成日期年月1目录1引言32材料与方法421实验材料与设备422日常管理423采样及水质分析测量53结果54讨论8致谢9参考文献92摘要养殖水中氮、磷等物质会对鱼类的生长产生负面影响，封闭式循环养殖系统中的生物滤膜能够净化水质，调节转换有毒物质，本实验对不同养殖密度下封闭式循环养殖系统中的水质进行为期80天的跟踪测定，结果显示温度、DO、PH、在安全值范围内，其中DO保持在5MG/L左右，PH在6575，亚硝氮前期较高，中后期降低并保持在02MG/L以下，氨氮水平一直保持在1MG/L，
2、后期上升到3MG/L左右，硝氮一直处于上升状态，实验结束时，该值达到14MG/L左右，无机磷酸盐浓度前期较低，在2MG/L，后期升至20MG/L左右。本实验结果表明，试验中封闭式循环养殖系统水体中的与类排泄物等产生的氨氮、亚硝氮等对养殖生物鱼体毒性较大物质在生物膜的作用下转为毒性较小的硝氮，使氨氮等浓度保持在较安全的浓度范围内。对硝态氮和无机磷酸盐的去除效果不显著。关键词循环养殖系统；生物滤池；氨氮；硝氮ABSTRACTNITROGENANDPHOSPHORUSINCULTUREWATERMAYAFFECTTHEGROWTHANDDEVELOPMENTOFFISHNEGATIVELYBIOLO
3、GICALMEMBRANEINRECIRCULATIONAQUACULTURESYSTEMSCANPURIFYTHEWATERANDTRANSFORMTOXICSUBSTANCESWEMONITOREDTHEWATERQUALITYFOREIGHTYDAYSINRECIRCULATIONAQUACULTURESYSTEMSINTHISEXPERIMENTTHERESULTSSHOWEDTHATTEMPERATURE,DISSOLVEDOXYGENANDPHAREWITHINTHESAFERANGETHECONCENTRATIONOFDISSOLVEDOXYGENISCA5MG/LANDPHIS
4、BETWEEN6575THECONCENTRATIONOFNITRITEISHIGHINEARLYPERIODANDLOWLESSTHAN02MG/LINLATERPERIODOFTHEEXPERIMENTTHECONCENTRATIONOFAMMONIAISAROUND1MG/LATTHEBEGINNINGANDCA3MG/LATLASTTHENITRATEINCREASEDWITHCULTURETIMEUPTO20MG/LINTHELATEPERIODTHESERESULTSDEMENSTRATEDTHATTHATTHERECIRCULATIONAQUACULTURESYSTEMSINTH
5、EPRESENTSTUDYCANTRANSFORMAMMONIAWHICHISMOREPOISONOUSTOLESSPOISONOUSNITRATEKEEPINGTHEAMMONIAANDNITRITECONCENTRATIONATASECURITYLEVELKEYWORDSRECIRCULATIONAQUACULTURESYSTEMBIOLOGICALFILTRATIONAMMONIANITRITE31引言水资源是21世纪受到广泛关注的资源性问题，尤其是在水产养殖业，以往传统的养殖模式不仅浪费水资源，而且给环境带来了新的负担，甚至对环境造成威胁。因此，开展清洁生产和节水产业显得尤为重要，这也
6、是21世纪政府提倡，舆论支持，并且符合我国可持续发展的重要举措。建立一套节约水源和环保并存的水产养殖模式，对于我国的可持续发展有着迫切的意义。封闭式循环养殖模式的出现，解决了这一问题，它以其节水、省地、污染小等优点被认定为本世纪水产养殖发展的重点模式之一1。20世纪70年代，迫于品质要求和环境规范的双重压力，一些发达国家开始投入资金研究与传统养殖模式比较相对封闭的水产养殖技术，来提高水产养殖的经济效益和环境效益,并取得了不错的成绩，循环水养殖渐渐成为这些国家养殖产业的主导形式。在欧洲，当前大多数养殖企业的苗种繁育采用循环水养殖技术，越来越多的淡水和海水封闭循环水养殖模式在欧洲得以成功实践。在丹
7、麦，超过10的鲑鱼养殖企业将流水养殖改造成为循环水养殖，来达到减少用水量以及利用过滤地下水来减少病害的目的；法国几乎所有大菱鮃苗种孵化以及商品鱼养殖均在封闭式循环水养殖车间来进行，鲑鱼的封闭式循环水养殖技术也已经开始进行生产实践。欧洲封闭循环水养殖面积在快速增长，与此同时，美国、加拿大、澳大利亚等国的封闭循环水养殖模式也在快速发展。20世纪80年代，我国从德国、丹麦等地引进十几套循环水养殖处理设备,但因缺乏相应的管理人才，配套技术和能耗高等原因，使用不久后一直处于设备限制状态。20世纪90年代中期2，社会经济和科技水平有了一定的发展,环境意识也有所增强,循环水养殖模式重新受到重视，并在相关技术
8、方面取得不错的进步，到2006年,我国已经建成的循环水养殖车间有20多座，为提升地区水产养殖科技水平起到积极的引导推动作用。循环水养殖系统中细菌的硝化与反硝化作用对氨氮、亚硝氮的消除起着决定性的作用。20世纪80年代BOBERTSON等人3报道出好氧反硝化细菌以及好氧反硝化细菌酶系的存在，随后很多种好氧反硝化细菌被发现并被分离出4，为同时硝化反硝化的研究提供了可行依据。我国这方面研究较晚1998年，高廷耀等5提出微环境理论。2004年，张亚光等6发现红球菌属也存在好氧反硝化现象。马放等7也相继发现分离出来了好氧反硝化菌。氨氮是鱼类排泄物中的一个重要成分，对鱼体的毒性很大，含量过高能导致鱼类直接
9、死亡8。而另外一些污染物，如硝化反硝化作用的中间产物亚硝酸盐和硝酸盐过多也会对鱼体产生危害，控制其处于安全的浓度范围内就显得很重要。一般的消除含氮废物采用的方法大致分为物理法、化学法和生物法。物理方法为曝气处理，当氧气不足时，水体中发生反硝化反应，亚硝酸盐和硝酸盐在反硝化细菌的作用下分解产生有毒的氨氮，故经常对水体进行曝气，增加溶解氧有利于水产品的健康。化学方法则多用臭氧和过氧化物处理，此两者都是强氧化物消毒剂，水中很多污染物都能被其氧化，除此之外还能降低氨氮和亚硝酸盐的浓度9。在封闭式循环水中主要是靠生物处理来达到净化水质的目的，其根本原理是制造一个适合硝化细菌生长和工作的环境，并且能够维持
10、旺盛的消化作用，养殖过程中废弃的水经过生物滤床时，硝化细菌作用使水中的氨氮和亚硝酸氮等对鱼体有毒害作用的含氮废物氧化为毒性较小甚至无毒的硝酸盐氮。与传统的理化处理相比，生物处理有着经济性、不易产生二次污染4的优势10。实际操作中，效果也很明显，祈真等11用成熟生物膜去除南美白对虾水体中按但是，平均硝化率有58，最大值达到85，亚硝酸氮去除率可达到39。经过筛选的硝化细菌生成的生物膜，处理水之后，亚硝酸盐和氨氮的浓度值均不超过05MG/L12。本文通过对封闭式循环养殖系统水质的跟踪测定，分析了循环系统中生物膜对水质中各种有毒营养盐的去除效果，以期为封闭式循环水养殖的健康发展提供基础理论数据。2材
11、料与方法21实验材料与设备实验在宁波大学生命学院学生实训基地内进行，鱼种为罗非鱼，购自宁波市鄞州罗非鱼养殖鱼种场。实验时间2009年5月20日至8月13日。图1循环水养殖系统FIG1RECIRCULATIONAQUACULTURESYSTEMS实验所用封闭式循环水养殖系统如图1，循环水养殖系统包括养殖水槽12个，（直径15米，高1米，有效水体12吨）自控室固液分离机一台，生化处理器4个，滤料为1立方米/个，如图下部的桶状物体所示。缓冲水槽4个，（大的1个，小的3个）还有充气增氧机等装置。22日常管理十二个养殖水槽分为四组，每三个一组，第一组（A组）每个水槽投放罗非鱼鱼苗5公斤（密度28KG/M
12、3），第二组（B组）10公斤（密度56KG/M3），第三组（C组）15斤（密度84KG/M3），第四组为补给组，随时补充前三组的死亡鱼苗，所买鱼苗鱼体大小基本相似，全长约01M左右，故补给时直接按尾数投放。由于投放鱼体较大，直接用颗粒饲料喂养，每天早晚各一次，日投饵量控制在鱼体体重的4左右，实际投饵量根据鱼的摄食情况灵活掌握，适当增减，一般控制在每餐20至30分钟内吃完。需要说明的是，早期罗非鱼由于环境不适、饵料、水温等问题死亡数量较多，5情况持续一星期后基本消失。养殖期间，设备基本处于工作状态，增氧机定期开放，晚上开放时间多于白天，以保持鱼类生存所需氧气，每天不间断地进行查看，观察鱼类摄食情
13、况。另外，及时做好养殖记录，包括水温、投饵、摄食、活动等。23采样及水质分析测量实验开始后每3天进行水质测定一次，其中水温、溶解氧YSI溶氮仪、PH（PH计）在养殖水槽内直接测定，其余指标由取得的水样在实验室内测定，水样品先经045微米孔径大小的滤膜抽滤，以去除水样中颗粒杂物，抽滤后水样放于冰柜内（20），收集一定量时统一测定（存放时间不超过20天）。水样中的氨态氮（NH3N）用靛酚蓝法测定，硝酸氮（NO2N，NO3N）用镉柱还原法测定（GB173784199839），可溶性磷酸盐（DIP）用磷钼蓝法测定13，各营养盐均用全自动间断化学分析仪SMARTCHEMFRANCE测定。所有数据在EXC
14、EL2007软件上进行整理、统计分析及作图。3结果表1循环养殖水体中温度、溶解氧、PH的变化TABLE1CHANGEOFTEMPERATURE,DISSOLVEDOXYGEN,PHINRECIRCULATIONAQUACULTURESYSTEMS日期523616620626629706713722725731805813A组温度254289297289287284溶氧425106569021536049645182598041468029PH716005667045648025657024637006651038B组温度25529298291289285溶氧454151519043499042
15、611104567071420057PH724023728010711006679054633010668031C组温度251287295289287283溶氧631080619031596058633072500059397057PH741008737006723008667037654037648024表1为封闭式循环水养殖系统中水体温度、溶解氧、PH数据表。可以看出水体温度随着时间变化成上升趋势，溶氧大体保持在5MG/L左右，只有密度为30斤每池的C组在8月初的时候降到397。PH大致保持在65到75这个区间内。A、B、C三组在温度、溶解氧、PH上均无明显差异。6图2循环养殖水体中亚硝态
16、氮NO2N的变化FIG2CONCENTRATIONCHANGEOFNITRITEINRECIRCULATIONAQUACULTURESYSTEMS图2为封闭式循环养殖系统中各处理组的亚硝态氮浓度变化。在各测量时间段内，各处理组建亚硝态氮浓度差异不显著，实验初期（5月237月06日）亚硝态氮较高，后期（7月13日8月13日）较低，一直保持在02MG/L甚至更低。图3循环养殖水体中氨氮（NH3N）浓度变化图FIGCONCENTRATIONCHANGEOFAMMONIAINRECIRCULATIONAQUACULTURESYSTEMS图3为封闭式循环养殖系统中各处理组的氨氮浓度变化图。在各测量时间段
17、内各处理组间的氨氮浓度差异不显著，前五个时间段，各实验组的氨氮浓度均在1MG/L，实验最后（8月5日8月13日）各实验组的氨氮浓度较高，在2MG/L到3MG/L之间。7图4循环养殖水体中硝态氮（NO3N）浓度变化图FIG4CONCENTRATIONCHANGEOFNITRATEINRECIRCULATIONAQUACULTURESYSTEMS图4为封闭式循环养殖系统中各处理组硝态氮的浓度变化图。在各测量时间段内各处理组间的硝态氮浓度无显著差异，在实验过程中，各处理组的硝态氮浓度随时间变化呈上升趋势。图5循环养殖水体中无机磷酸盐（PO43）浓度变化图FIG5CONCENTRATIONCHANGE
18、OFINORGANICPHOSPHATEINRECIRCULATIONAQUACULTURESYSTEMS8图5为封闭式循环养殖系统中各处理组无机磷酸盐浓度变化图，在各测量时间段内各处理组的无机磷酸盐浓度无显著差异，在实验初期（5月23日7月6日），各处理组的无机磷酸盐浓度较低，都在2MG/L一下，实验后期，各处理组无机磷酸盐浓度比较高，超过10MG/L,甚至到20MG/L。4讨论随着经济的快速增长，人们日益意识到生态环境的重要性，常见的几种养殖模式或多或少会对环境带来危害。比较几种典型的水产养殖模式对水环境的影响，无论是粗放式池塘养殖、精养式围栏养殖还是滩涂虾类养殖都会对环境造成危害，而循环
19、水养殖对环境的综合影响最小（罗国芝，2008）。除此之外，陈德志等人14做过实用型循环水养殖罗非鱼实验，得到投入产出比为112的数据，在水处理效果方面，氨氮、亚硝酸盐和化学耗氧平均减少500、267和246。该系统养殖的商品鱼品质优良适合出口，创造了一定的经济效益。封闭循环水养殖系统在养殖产业模式上有着很大的优势，但是自身也存在着一些缺陷，比如说关键技术的突破，在硝化反硝化过程中，由于硝化的结果，循环水养殖系统中的硝氮含量逐步增加，增加到一定程度时，会对养殖的水产品产生毒害作用，反硝化过程能后将硝氮转化为氮气，然而反硝化过程是一个厌氧的过程，同时要有有机碳源，目前还是没有相对成熟的技术。还有就
20、是对微细悬浮物的去除，也还没有找到经济适用的技术。另一个问题就是系统的稳定性，封闭式循环养殖系统的稳定性是产业化的关键，但是现在的系统都难以达到长期的稳定性。工厂化封闭式循环水养殖中最长使用生物过滤器来去除养殖水体中的氨氮15，这一处理方式被称为生物过滤16，生物过滤是循环养殖系统中的核心环节，其形式和水平直接影响系统的经济性和可靠性，生物过滤又称生物膜法，泛指利用栖附在固体表面上的生物膜，不断和污水充分接触，并在好氧环境中，通过生长在生物膜上的微生物，将污水中的有机物分解，或将有毒污染物消除，以达到净化水质的目的。在本套循环水养殖系统中，生化处理器中的填充物是沸石，沸石是碱土金属和碱的含水铝
21、硅酸盐矿物，它结构中具有很多均匀大小的通道和空腔，这些通道和空腔中存在着水分和金属阳离子，具有选择离子交换性和气体吸附性17，其不仅是硝化菌的良好栖附物，本身也具有降低水中氨态氮的能力，吸氨值约为100150MG/G18。氨态氮在养殖水体中主要以非离子态氨和离子态氨两种形式存在，对鱼体都是有毒性的，一般情况下，养殖水中的非离子态氨的浓度不能超过00125MG/L，但也有报道提出该数字可以达到0025MG/L19。循环养殖系统水质中PH值的稳定对养殖生物健康生长至关重要，文乐元等人20提出最适合的水体PH值为75到85，而对大多数鱼类有直接危害的PH值是超过95或者小于45，本实验中测得的数据多
22、在6以上到75这个范围，各处理组的数据也无显著差异。对于溶氧来说，大多数鱼类健康生长对水体中溶氧的要求在6MG/L，水中溶氧高，可抑制和减轻氨氮、亚硝酸盐等对鱼类的毒害作用，当水体中溶解氧下降到4MG/L，将会对鱼虾生长产生影响，实验得到的数据大多集中在5MG/L左右，部分达到6MG/L以上，这在鱼类健康生长所需的溶解氧范围内。说明本实验循环养殖系统对水质、PH值和溶解氧的控制较9理想，可满足养殖鱼的健康生长。我国淡水渔业用水标准规定，养殖水体中的亚硝态氮应控制在02MG/L以下。亚硝酸盐可将鱼红血球中的血红蛋白转化为高铁血红蛋白，从而影响输氧能力。亚硝酸盐的产生是硝化反硝化作用旺盛的表现，所
23、有影响硝化反硝化作用的物理、化学和生物因素都可能影响亚硝酸盐的产生。本实验中，养殖前期封闭式循环水体中的亚硝酸盐含量较高，中后期亚硝酸盐含量下降，稳定的保持在02MG/L以下。养殖前期系统对亚硝酸盐去除率不高可能由于养殖初期生物滤膜没有充分培养起来，宋红桥等21人实验经过一个多月的菌种培养和挂膜，出水水质达到稳定状态。吴凡等22的实验中挂膜叶需要15天以上甚至更长。氨氮的多少关系到鱼类的生长与生存，肖光明提出当氨氮超过05MG/L，表示水体中受到有机物污染，但是精养池塘在夏秋季节往往超过此值，通常总氨为054MG/L,水质较好的池塘总氨不超过2MG/L。试验中得到数据从5月23日到7月底氨氮浓
24、度均在1MG/L以下，该浓度在正常的氨氮浓度范围内，实验后期（8月初）的氨氮浓度较高，到3MG/L左右，笔者认为，经过两个多月的持续运行，可能会使此循环系统的处理能力有所下降，但是此时水体中的氨氮值也并不是特别高，也没有影响到鱼类的生长。循环水养殖系统的稳定性是需要技术的突破，如果长期单靠系统本身，对氨氮的效果可能不会一直很明显。必要的采取一些人工措施，能够有助于系统对水质的净化。可通过调制饲料，控制饲料蛋白质含量，可以利用化学方法，比如使用沸石粉和过氧化钙。也可换掉部分水，既去除水中部分含氨氮物，又能补充因蒸发失去的水。综上，认为该系统对氨氮有一定的处理能力。硝酸盐的浓度在本试验中一直处于上
25、升趋势，可能是由于硝化作用，部分氨氮转化成硝氮，使硝氮的浓度一直增加，这也从另一个方面显示出该系统的除氨氮能力，不过试验中发现，水体中较高的硝氮浓度并未对养殖鱼产生太大影响。另外实验过程中，该养殖系统中的无机磷酸盐也在增加，说明本循环养殖系统对无机磷酸盐的去除效果也不显著。本实验结果表明，封闭式循环养殖系统在一定程度上能够降低水体中的毒害物质（亚硝酸盐、氨氮等），对亚硝酸盐的控制效果明显，在一定时间内也能控制系统中的氨氮浓度；但对硝氮和无机磷酸盐的去除效果不明显。参考文献1罗国芝,朱泽闻我国循环水养殖模式发展的前景分析,中国水产,2008（2）75772LIGUETALAPPLICATIONO
26、FCONSTRUCTEDWETLANDSONWASTEWATERTREATMENTFORAQUACULTUREPONDS,2007,113111353ROBERTSONL,A,KUENENJ,GAEROBICDENITRIFIEATIONACONTROVERSYREVIVEDJARCHMICROBIOL,1984（139）3513544PATUREAUD,ZUMSTEINE,DELGENESJ,AEROBICDENITRIFIERSRSOLATEDFROMDIVERSENATURALANDMANAGEDECOSYSTERASMICMBECOL,2000,391451525高廷耀,周增炎,朱晓君
27、生物脱氮工艺中的同步硝化反硝化现象城市给排水,1988,24（12）696张亚光,方柏山,闵航一株好氧反硝化菌的特征及系统进化分析J华侨大学报,2004（25）7578107马放,周丹丹一株好氧反硝化菌生理生态特征的研究哈尔滨工业大学学报,2006,38（4）5755778陈树林封闭式循环水养殖水质处理技术简况J渔业现代化,2004（5）25279单宝田,王修林,赵中华等海水工厂化养殖废水处理技术进展,海洋科学,2002,26（10）363810赵丽梅,刘慧玲,刘宏良工厂化循环水养殖系统含氮物质净化方法,OCEANANDFISHERY2006,（5）202211祈真,杨京平,刘鹰封闭循环水养殖
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29、JMIDENTIFICATIONANDPHYLOGENYOFAPROTEINKINASEGENEOFWHITESPOTSYNDROMEVIRUSGENES,2001,220120719CHENSL,LINGJ,BLANCHETONJ,NITRIFICATIONKINETICSOFBIOFILMASAFFECTEDBYWATERQUALITYFACTORSJAQUACULTURALENGINEERING,2006,3417919720文乐元,肖光明,王锡荣淡水养殖水质调控技术,湖南农业,2007（7）161821刘晃,管崇武,倪琦,宋红桥,胡伯成生物膜法SBR在循环养殖水处理中影响因素分析,南方水产,2005（4）555922吴凡等一种新型悬浮滤料在循环养殖系统中的生物过滤效果,水产科技情报,2008,35（6）29329
