弧形筛及生物净化池净化陆基工厂化海水养殖废水的效果张正

第27卷增刊2农业工程学报Vol.27Supp.21762011年12月TransactionsoftheCSAEDec.2011弧形筛及生物净化池净化陆基工厂化海水养殖废水的效果张正1,2，王清印2※，王印庚2，廖梅杰2，姜卓2，樊瑞锋2，曲江波3，徐荣静3（1.中国海洋大学海洋生命学院，青岛266003；2.中国水产科学研究院黄海水产研究所，青岛266071；3.烟台开发区天源水产有限公司，烟台264006）摘要：为了研究陆基工厂化海水养殖废水理想的净化工艺，对山东省烟台市1个大型海水养殖厂的“弧形筛＋4级生物净化池”的废水净化系统进行了各项水质指标的定量检测。结果表明：系统对悬浮物与无机氮和无机磷的去除效果明显；经该系统处理后，养殖废水的溶解氧、pH值、电导率、温度和盐度在排放前已经达到自然海水的常规值；系统中的细菌总量和弧菌总量依废水流入的次序，在各级净化池之间呈现了下降趋势；净化池中底栖单胞藻则体现了丰富的生物多样性。利用废水净化池进行刺参养殖，还可创造显著的经济效益。研究结果证明，该套系统易于建造、废水处理能力强，是一种适合中国国情的理想的陆基工厂化海水养殖废水处理模式。关键词：废水处理，净化，筛，生物净化池，弧形筛，海水养殖doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2011.z2.035中图分类号：S954.1+2文献标志码：A文章编号：1002-6819(2011)-Supp.2-00-06张正，王清印，王印庚，等.弧形筛及生物净化池净化陆基工厂化海水养殖废水的效果[J].农业工程学报，2011，27(增刊2)：176－181.ZhangZheng,WangQingyin,WangYingeng,etal.Effluentpurificationeffectofsysteminsievebendcombinedwithfourgradebiologicalcleansingpondsinindustrializedmariculture[J].TransactionsoftheCSAE,2011,27(Supp.2):176－181.(inChinesewithEnglishabstract)0引言陆基工厂化海水养殖已经成为中国沿海地区海水养殖的主要模式之一，涉及海水鱼、参、贝、虾、蟹等多种经济动物的亲本培育、苗种繁育和养成等各个养殖阶段，在整个海水养殖的产业链条中占有及其重要的地位[1]。自20世纪90年代中后期开始，工厂化海水养殖在中国兴起和发展的十余年来，其典型构成仍然是以“深井海水＋养殖大棚”的模式[2-3]，以大排大放的流水养殖为主，存在着能耗高、效益低的诸多弊端。而且未经处理的养殖废水含有大量的有机物，直接排放，极易造成海水的富营养化，对近海生态环境也构成了一定的威胁[4-6]。针对各类养殖废水的净化问题，国内外众多学者就化学、物理、生物等处理工艺开展了大量的研究，但这些研究所取得的成果多数还停留在实验室水平，或是由于养殖模式、生产规模、运营成本等条件所限使其不适于在中国推广[7-10]。本文以烟台开发区天源水产有限公司的“弧形筛+4收稿日期：2011-04-14修订日期：2011-09-15基金项目：国家科技支撑计划（2006BAD09A11）；国家鲆鲽类产业技术体系疾病防控岗位专项经费（nycytx-50-G08）；国家海洋局海洋生物活性物质与现代分析技术重点实验室开放基金项目（MBSMAT-2009-03）作者简介：张正（1979－），男，湖北随州人，助理研究员，博士生，主要从事海水健康养殖工艺与疾病防治技术研究。青岛中国水产科学研究院黄海水产研究所，266071。Email：[e-mail]※通信作者：王清印（1952－），山东菏泽人，研究员，博士生导师，主要从事海水健康养殖与遗传育种研究。青岛中国水产科学研究院黄海水产研究所，266071。Email：[e-mail]级生物净化池”这一国内较为新颖并已投入实际生产运营的工厂化养殖废水处理系统为研究对象，在2010年8月间对排放的养殖废水经该系统处理前后的水质因子、微生物、底栖单胞藻等多项参数指标进行了持续1周的定量测定，追踪了工厂化养殖废水经弧形筛过滤和4级岩礁围堰池塘沉淀、净化后各项水质指标和各类生物量的变化，从而对这一养殖废水净化处理工艺进行量化分析，以期对工厂化养殖废水的净化处理研究提供有益参考。1材料与方法1.1生物净化池的构成本文是针对山东省烟台市烟台开发区天源水产有限公司的工厂化养殖废水净化处理工艺展开研究。该公司以“深井海水＋养殖大棚”的模式进行大菱鲆养殖，用于养殖废水处理的4级生物净化池是建于潮间带岩礁之上，并通过进、排水管相连的4个围堰池塘。各车间养殖废水流入厂区排水沟排到总排水口后经弧形筛初步过滤掉残饵、粪便等大颗粒固体物质后，由排水道依次流入4个池塘，废水处理系统的构成平面简图见图1。按养殖废水的进水顺序排列，4个池塘依次编号为1号池、2号池、3号池、4号池，面积大小分别为0.8、1.3、1.1和1.0hm2。1.2常规水质理化因子测定内容和方法用YSI556MPS水质测定仪测定弧形筛进水口、出水口、4级池塘的溶解氧、pH值、电导率、温度和盐度5项指标。弧形筛的进水口和出水口各设1个检测点，4级第12期张正等：弧形筛及生物净化池净化陆基工厂化海水养殖废水的效果177池塘每个池塘各设4个固定检测点（图1），每个检测点间隔1d用YSI556MPS测定水质5项指标，共测定4d。其中4级池塘每天的测定数据取4个检测点平均值。注：A为养殖厂区总排水道；B为弧形筛进水口；C为弧形筛；D为弧形筛出水口；E为4号池排水口（系统总排水口）；●水样及泥样取样点图1“弧形筛＋4级净化池”净化系统构成平面简图Fig.1Sketchmapof“sievebendcombinedwithfourbiologicalcleansingponds”wastewatertreatmentsystem1.3悬浮物与无机氮和无机磷的测定方法各取一次弧形筛进水口、出水口和生物净化池4号池排放口的水样送青岛市渔业环境监测和水产品质量检验中心进行悬浮物、总无机氮和总无机磷的检测。其中弧形筛进水口和出水口水样以国标GB17378.4.27-2007进行悬浮物测定，4号池排放口水样以国标GB17378.4.35-2007进行总无机氮测定和国标GB17378.4.39-2007进行总无机磷的测定。1.4细菌数量测定方法用取水器和采泥器分别取4级池塘每个取样点的中层水和池底表层底泥，用灭菌的1.5％NaCl溶液稀释至合适倍数后，分别涂布含2.5％NaCl的胰蛋白胨大豆肉汤（TSB）琼脂平板培养基和硫代硫酸盐柠檬酸盐胆盐蔗糖（TCBS）琼脂培养基，28℃培养48h后进行细菌总数和弧菌总数的计数。取样点的设置与水质因子检测点的设置相同，每个取样点间隔1d取样1次，连续测定3d。每个池塘每次的测定数据取各个取样点的平均值。1.5底栖单胞藻的定量测定方法用采泥器取4级池塘每个取样点池底表层泥，称取湿质量，按质量倍数用灭菌的1.5%NaCl溶液稀释后，加入鲁哥式碘液（Lugol’ssolution）固定后吸取0.1mL溶液滴入浮游植物计数框中，用显微镜进行定量观察[11]。定量计算方法为底泥中的单胞藻含量（个/g）=PnCsFsFnVC（1）式中，Pn为每次计数n个视野中的单胞藻总个数；Cs为计数框的总面积，mm2；Fs为计数的单视野面积，mm2；Fn为每次计数的视野个数；V为计数的液体体积，mL；C为底泥稀释10倍后的体积质量，g/mL。本次实验中，Cs＝1000mm2，Fs＝3.14mm2（尼康E200显微镜，10X物镜镜头，视场直径2mm），Fn＝50，V＝0.1mL/次，C＝0.1g/mL。2结果与分析2.1生物净化池的工艺流程烟台开发区天源水产有限公司的日常养殖用水取自平均深度约100m的海水井。厂区共有海水井24口，最深井深140m，最浅井深80m，提供超过40000m2工厂化养殖车间的养殖用水，日排放养殖废水在50000m3左右。所排放的废水经过弧形筛过滤掉残饵、粪便等大颗粒有机物质后（图2），按照1号池→2号池→3号池→4号池的流入顺序排入4级生物净化池进行净化处理。各级净化池的功能划分为：1号池进行初级沉淀，2号池池内自然生长石莼等大型藻类，3号池和4号池以刺参养殖为主，放养密度0.2～0.4kg/m2，此外还自然生长一些小型单壳贝类。废水经4级净化池净化处理后，由4号池排放口排放到自然海区中。注：①过滤掉的残饵和粪便；②粗过滤的废水排向1号池图2运行中的弧形筛Fig.2Sievebendinrunning2.2水质理化因子对4级池塘的水质检测共进行了4次，每次间隔1天，各个池塘的4个检测点的水样检测时间集中在每天上午10时至12时之间。针对所检测的5项水质指标，将各个池塘4个固定检测点每天的测量数值汇总后取其平均值，作为当天水质指标的统计数值。各个水质指标变化的情况如图3所示。a.温度b.电导率农业工程学报2011年178c.pH值d.盐度e.溶解氧图3水质指标的检测结果Fig.3Resultofwaterparameters持续1周的监测结果显示，从弧形筛进水口到4号池塘养殖废水的温度变化表现为稳定升高的趋势，从深井海水恒定的15～16℃逐渐升温至当地8月份自然海水的22～24℃之间。而电导率在弧形筛进水口有一定的数值差异，但在4号池一直稳定在45.5mS/cm左右；pH值在弧形筛进、出水口和各级净化池一直是缓慢上升的趋势，但数值波动范围不太明显，稳定在7.3～8.2之间；盐度在弧形筛进水口也有一定的差异，在4号池最终稳定在29.5‰附近；溶解氧在各个净化池之间连续1周都表现先升高后降低的变化趋势，最终在4号池稳定在5～6mg/L的范围内。2.3悬浮物与无机氮和无机磷委托青岛市渔业环境监测和水产品质量检验中心对弧形筛进水口、出水口和生物净化池4号池总排放口的水样悬浮物、总无机氮和总无机磷检测结果见表1。2.4细菌总数由表2的统计结果可以看出，4个净化池池水中的以TSB培养基计数的细菌总量和以TCBS培养基计数的弧菌总量始终维持在102～103cfu/mL水平，且波动范围比较稳定。底泥中的细菌总量和弧菌总量都按1号池至4号池的顺序呈明显的递减趋势。在连续3次的检测中，底泥中的细菌总量从1号池的107cfu/g（湿质量）水平降至4号池的105cfu/g（湿质量）水平，弧菌总量从1号池的106cfu/g（湿质量）水平将降至4号池的105cfu/g（湿质量）水平。表1悬浮物与无机氮（TIN）和无机磷（TIP）的测定结果Table1Resultsofsuspendedsolids,TINandTIPmg﹒L-1检测结果序号检验项目弧形筛进水口弧形筛出水口4号池排水口方法标准1悬浮物8.32.6——GB17378.4.27-20072无机氮————0.717GB17378.4.35-20073无机磷————0.027GB17378.4.39-2007注：表中“——”表示未进行该项目检测。表24级生物净化池中养殖废水与池底底泥细菌计数结果Table2Totalamountofbacteriainwaterandsedimentinfourbiologicalcleansingponds细菌总量（TSB）弧菌总量（TCBS）池号第1天第3天第5天第1天第3天第5天1号池3919.1303.25.14.62号池4.07.64.71.81.61.03号池2.81.01.11.10.810.92底泥/(106cfu·g-1)4号池0.850.880.920.650.740.821号池760346528162861282号池3402241485045483号池2406869574139水样/(cfu·mL-1)4号池15282819856712.5底栖单胞藻数量4级净化池底泥中的单胞