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全封閉循環(huán)海水養(yǎng)殖水處理系統(tǒng)水質(zhì)的標準分析
工廠化封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖是在原有的工廠化養(yǎng)殖基礎上,配備循環(huán)水凈化設施、設備,采用物理、化學、生物等凈化方式把養(yǎng)殖廢水轉(zhuǎn)變成可再利用的養(yǎng)殖用水,使用優(yōu)質(zhì)人工配合餌料和管理技術(shù)進行的高度集約化養(yǎng)殖方式。不僅可以節(jié)約能源、保護環(huán)境,有利于可持續(xù)發(fā)展,并且可使養(yǎng)殖密度增加,產(chǎn)量提高。水處理技術(shù)是工廠化封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖的中心環(huán)節(jié),確定合適的水處理工藝是建立循環(huán)水養(yǎng)殖重要的步驟。為此本研究小組在唐山普林海珍養(yǎng)殖有限公司采用弧形篩、蛋白分離器、生物濾池、紫外線消毒器等設備進行封閉式循環(huán)海水養(yǎng)殖水處理試驗,本試驗就該裝置的水處理效果進行了研究,為我國的循環(huán)水養(yǎng)殖水處理技術(shù)提供參考。
1 材料與方法
1.1 材料
1.1.1 試驗場地 唐山普林海珍養(yǎng)殖有限公司。養(yǎng)殖水泥池20個,每個水泥池大小為50m2,每池放養(yǎng)體長8cm的牙鲆魚2萬尾。
1.1.2 主要儀器設備 UV-1700型紫外可見分光光度計、SYNERGY超純水系統(tǒng)、PB-10pH計、TP-214電子分析天平、水下水溫計、鹽度計等。
1.1.3 試劑及化驗用水 定量用的化學試劑用優(yōu)級純,其他非定量用的一般試劑用分析純;化驗用水為去離子水。
1.2 方法
1.2.1 水處理系統(tǒng)工藝流程 水處理系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。
其中,海水淡化設備蛋白分離器;紫外線消毒器;弧形篩自己做,網(wǎng)目為200目;生物濾池2個,每個大小為3m×2m×4m,濾池內(nèi)浸有直徑1mm的聚丙烯絲制成的毛刷狀填料作為生物濾床,在試驗前70d加入海水進行內(nèi)循環(huán)運轉(zhuǎn),濾料上形成1層明膠狀生物膜。整個循環(huán)系統(tǒng)除了因蒸發(fā)而需要向系統(tǒng)補充淡水外,整個系統(tǒng)是1個完整的封閉模式。
1.2.2 水樣采集點的選取 根據(jù)系統(tǒng)的分布和設置,選取了5個采樣點,分別為弧形篩過濾前進水口(即養(yǎng)魚池出水口)、蛋白分離器前進水口(即弧形篩過濾后出水口)、生物濾池進水口(即蛋白分離器后出水口)、紫外線消毒器進水口(即生物濾池出水口)、養(yǎng)魚池進水口(即紫外線消毒器出水口)。
1.2.3 水質(zhì)檢驗方法 氨氮(NH3-N):靛酚藍分光光度法;硝酸鹽氮(NO3--N):紫外分光光度法;亞硝酸鹽氮(NO2--N):萘乙二胺分光光度法;無機磷(PO43--P):磷鉬藍分光光度法;溶解氧(DO):碘量法;化學耗氧量(COD):堿性高錳酸鉀法;pH值:pH計法。
2 結(jié)果與分析
在以投餌為主的養(yǎng)殖模式下,養(yǎng)殖廢水中的主要污染物包括:顆粒態(tài)固體(糞便和飼料廢物)、溶解態(tài)代謝廢物、飼料和糞便中的溶解態(tài)營養(yǎng)鹽以及藥物殘留等。這些污染性廢物不間斷地排入水體,致使有機物不斷積累,影響了水體內(nèi)部有機物的代謝循環(huán)系統(tǒng),使水體中氨氮、亞硝酸鹽等嚴重超標,細菌數(shù)量增加,水中溶解氧含量下降,引發(fā)各種養(yǎng)殖生物病害。本試驗采用過濾、蛋白分離、生物膜及紫外消毒等環(huán)節(jié)對養(yǎng)殖廢水進行處理,測定各處理方式進出水口的水質(zhì)情況,并對不同處理方法的效果進行分析。
2.1 弧形篩過濾水處理效果
養(yǎng)殖廢水經(jīng)弧形篩過濾后進出水口水質(zhì)指標見表1。由表1可見,各項水質(zhì)指標變化不大,都稍有降低,但未達顯著水平。對NO3--N、NO2--N、NH3-N的去除率分別為3.03%、2.96%、1.42%;溶解氧的去除率為3.05%;COD下降較多,去除率達13.59%;對PO43--P、pH、細菌指數(shù)的影響不大。這是因為弧形篩主要去除水中的殘餌、糞便等大顆粒物質(zhì),而對于溶解性的物質(zhì)無法去除。
2.2 蛋白質(zhì)分離器水處理效果
養(yǎng)殖廢水在蛋白質(zhì)分離器進出水口的水質(zhì)指標見表2。由表2可見,開啟蛋白分離器可顯著去除水體中的細菌、NH3-N、COD,對細菌、NH3-N、COD的去除率分別為41.32%、32.60%、23.79%;可顯著提高水體中DO的含量,DO含量提高了32.61%;對NO3--N、NO2--N、PO43--P和pH的影響較小,NO3--N和pH的含量分別上升了6.16%和0.44%,NO2--N和PO43--P的去除率分別為3.36%和6.41%。
2.3 生物濾池水處理效果
由表3可見,開啟生物過濾池能有效去除水體中的NH3-N和NO2--N的去除率分別為36.99%和28.77%;系統(tǒng)在降低NH3-N和NO2--N的同時,會消耗水體中的DO,使DO濃度降低11.66%;開啟該系統(tǒng)能提高水體中NO3--N、COD和細菌指數(shù),NO3--N、COD和細菌指數(shù)分別上升了17.18%、9.87%和69.10%;pH值和PO43--P變化很小。該系統(tǒng)對NH3-N的去除作用和增加細菌的數(shù)量作用達顯著水平。
2.4 紫外線消毒器水處理效果
由表4可以看出,開啟紫外線消毒器能顯著降低養(yǎng)殖水體中的細菌指數(shù)和COD濃度,去除率分別為84.17%和23.58%,對NH3-N、NO2--N和PO43--P的去除率分別為14.87%、8.65%和6.62%,但未達顯著水平。DO含量上升了7.87%,而NO3--N和pH稍有升高。
2.5 蛋白分離器、生物濾池、紫外線消毒器水處理效果
由表5可見,養(yǎng)殖水體經(jīng)蛋白質(zhì)分離器、生物濾池和紫外線消毒器一系列處理后能顯著去除NO2--N和NH3-N,對NO2--N和NH3-N的去除率分別為37.12%和63.85%;并且使COD和細菌指數(shù)顯著降低,分別降低了36.01%和84.29%;使PO43--P的濃度降低了10.41%,但未達顯著水平。該系統(tǒng)能顯著提高水體NO3--N和DO濃度,NO3--N和DO濃度分別上升了32.45%和26.35%;使pH值略有升高,升高了0.25%。
3 討論
弧形篩過濾主要用于濾除水中的殘餌、糞便等大顆粒固體物質(zhì),對去除溶解的氮、磷和有機物質(zhì)等作用并不明顯。但此環(huán)節(jié)意義非常大,通過弧形篩的過濾,在系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的開始就將養(yǎng)殖水體中的殘餌、糞便等大顆粒固體物質(zhì)去除掉,可大大減輕整套水處理系統(tǒng)的負荷,尤其可大大提高后面蛋白分離器、生物濾池等環(huán)節(jié)的處理效果。在系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的過程中,一定要注意弧形篩的密封性,及時檢查篩網(wǎng)的安全性,防止篩網(wǎng)破損。另外,要及時洗刷和檢查篩網(wǎng),防止篩網(wǎng)網(wǎng)目堵塞,影響水處理效果。
蛋白質(zhì)分離器、生物濾池和紫外線消毒器對NH3-N均有明顯的去除作用。生物濾池能有效去除水體中的NO2--N(去除率為為28.77%),蛋白質(zhì)分離器和紫外線消毒器對NO2--N的去除作用較小(3.36%和8.65%)。生物過濾器中附著亞硝化細菌和硝化細菌生長,亞硝化細菌能將氨降解為毒性較小的亞硝酸鹽,硝化細菌能將亞硝酸鹽降解為毒性更小的硝酸鹽,NO2--N和NO3--N濃度的變化與這2種細菌的作用有關(guān)。高濃度的硝酸鹽同樣會對魚類有害,50mg/L是*的較為安全硝態(tài)氮濃度。本試驗中經(jīng)處理后硝酸鹽濃度升高,但遠遠未達到影響魚類的程度。紫外線能有效去除水體中的細菌(去除率達84.17%),蛋白質(zhì)分離對細菌數(shù)量也有一定去除作用(對細菌的去除率為41.32%)。生物濾池可增加水體中細菌數(shù)量,是因為填料表面生長著大量細菌形成生物膜。紫外線消毒因其不產(chǎn)生有害的消毒副產(chǎn)物而受到重視。
生產(chǎn)過程中,養(yǎng)殖魚類的殘餌、糞便及生物膜脫落物質(zhì)會在水體中形成懸浮顆粒,它們經(jīng)過生物濾器時會被濾料吸附,時久量多時,會堵塞濾料表面,降低生物膜傳質(zhì)效果和硝化效率,所以要加強水處理系統(tǒng)的維護管理,生物濾器要定期反沖去污,以維持生物濾器高效運轉(zhuǎn)。生物濾池中的微生物是分解有機溶解物和氨的主要物質(zhì)??梢栽谝延械墓夂霞毦U菌、硝化細菌、酵母菌的基礎上,進一步篩選優(yōu)化高效菌種,采用增強菌種固化強度,增強使用壽命等技術(shù)方法,進一步引進優(yōu)良的外籍微生物,以強化生物凈化效率,提高對氨氮、亞硝酸鹽、硝態(tài)氮的去除率。
從開啟整個系統(tǒng)對過濾水處理后的數(shù)據(jù)可以看出,該系統(tǒng)能顯著去除NO2--N和NH3-N,對NO2--N和NH3-N的去除率分別為37.12%和63.85%;并且使COD和細菌指數(shù)顯著降低,分別降低了36.01%和84.29%;使PO43--P的濃度降低了10.41%,但未達顯著水平。該系統(tǒng)能顯著提高水體NO3--N和DO濃度,NO3--N和DO濃度分別上升了32.45%和26.35%;使pH值略有升高,升高了0.25%。研究結(jié)果表明,蛋白質(zhì)分離器、生物過濾器和紫外線殺菌器聯(lián)合使用可對水質(zhì)起到良好的凈化效果。


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