（环境工程专业论文）生态农业园区水产养殖排水水质改善技术研究.pdf

d e g r e ep a p e ro fm a s t e rc a n d i d a t ei n2 0 1 1 u n i v e r s i t yc o d e ：1 0 2 6 9 e n r o h m e n tn u m b e r ：5 1 0 8 0 8 0 2 0 5 9 ea s tch i nan o r ma lu n i v e r s i t y r e s e a r c ho na q u a c u l t u r ew a t e rq u a l i t yi m p r o v e m e n ti n e c o l o g i c a la g r i c u l t u r ed i s t r i c t d e p a r t m e n t ： e n v i r o n m e n t a lsc ie n c e p r o g r a m ：星垒y i 垂q 塾! 坠曼堕垒! 亘坠g i 垒曼曼煎垒g d i r e c t i o n ：w a t e rb i o r e m e d i a t i o n s u p e r v i s o r ：里煦y 丛q 坠gx 旦 a s s o c i a t e ： 坠曼q 地! 曼! q i 坠垒鱼坠q 圣h 垄堕g c a n d i d a t e ：l ih u a m a y ，2 0 1 1 9m 野圳1 5嗍0m 9钔ii_m y 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交的学位论文生态农业园区水产养殖排水水质改善技术 研究，是在华东师范大学攻读硕博士( 请勾选) 学位期间，在导师的指导 下进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人 和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 经日期：2 口c 7 年月 日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 生态农业园区水产养殖排水水质改善技术研究系本人在华东师范大学攻 读学位期间在导师指导下完成的硕博士( 请勾选) 学位论文，本论文的研究 成果归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学 位论文，并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网送交学位论 文的印刷版和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、 借阅；同意学校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检 索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制 学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) () 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部 或“涉密”学位论 文木，于年月 日解密，解密后适用上述授权。 ( 、力2 不保密，适用上述授权。 导师签名磁灌目 木“涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的 学位论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方为有效) ， 未经上述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文， 均适用上述授权) 。 了 名 吣 酆 籼刹 奎堡硕士学位论文答辩委员会成员名单 i 姓名职称单位备注 史家棵教授华东师范大学主席 吴淑杭研究员上海市农业科学院 何国富副教授华东师范大学 华东师范大学硕士学位论文摘要 摘要： 随着水产养殖业的迅速发展，水产养殖排水因其排污量大、污染负荷高等特 点对环境造成了严重污染，成为目前亟待解决的问题。本论文依托于“生态农业 区水环境生态修复技术集成研究与示范”( 上海市科委重大科技专题攻关专项， 0 8 d z l 9 0 0 4 0 7 ) ，对松江五厍农业园区的水产养殖排水净化开展研究。根据农业 园区自身特点，依据生态学原理，采用水生经济作物浮床、水生植物和水生动物 放养以及生态护岸集成技术，可在改善排水河道水质的同时，提升生态园区的经 济效益，为改善生态农业园区水产养殖排水水质及生态农业园区经济收益提供技 术依据。主要研究结论如下： ( 1 ) 对五厍农业园区内水产养殖排水的本底值进行调查研究，结果表明： 排污强度均高于上海一般水产养殖平均水平，t n 含量均值为3 2m g l ，氨氮含 量均值为o 7 0m g l ，t p 含量平均值为o 4 4m g l ，c o d c ，均值为7 3 3 m g l 。 。( 2 ) 采用水生经济作物浮床、水生植物和水生动物放养以及生态护岸集成 示范工程建设，对排水河道水质进行改善。在河道中种植空心菜及水芹菜等经济 作物，以及去污能力较强的水葫芦，可在净化水质的同时提高园区的经济收益； 采用生物材料生态混凝土技术，对园区中原有的硬质护岸进行软化，恢复河岸生 态植被，可为生物提供良好的栖息场所的同时产生一定的经济收益，体现了农业 园区的生态模式。对示范工程的运行效果进行了考察，结果表明：采用本项集成 技术对排水河道水质条件有明显改善，河道中t n 、n h 4 + - n 、n 0 3 - n 及n 0 2 。n 的去除率分别达到3 0 、2 5 、2 0 、7 0 ；对t p 的去除率达到了5 4 ，c o d c r 的去除率达到6 0 。 。 ( 3 ) 研究了水生植物吸收氮磷的能力以及各个器官的氮磷转移规律，结果 表明：氮磷在各器官的累积量为叶 根 茎，叶片氮磷含量分别达到5 1g k g 、2 5 g k g ，植物生长后期营养元素开始逐渐向根部转移供植物过冬，根部含氮磷量会 逐渐增加，分别达到3 6g k g 、4 3g k g 。全年内空心菜对n 、p 的去除量达到1 2 2 埏、1 4k g ，水葫芦对水体中n 、p 去除量为3 7k g 、4 6k g 。对水体中的细菌和植 物根系微生物数量进行了研究，结果表明水体中微生物数量会随着植物的生长而 增加。 华东师范大学硕士学位论文 摘要 ( 4 ) 对水生经济作物的经济效益进行了分析，结果表明：示范工程运行一 年中共收割空心菜为8 次，大约共11 9 0 0k g ，平均每次采收1 4 8 8k g 。 总之，应用本项生物生态修复技术处理水产养殖排水可在降低水体中污染、 改善水环境的同时，产生一定的经济收益，体现了生态农业园区的生态模式，具 有良好的示范作用及参考价值，可为水产养殖排水的水质改善提供技术依据及指 导作用。 关键词：水生经济作物浮床；养殖排水；水质改善；经济效益 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ 。_ 。 华东师范大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ea q u a c u l t u r ei n d u s t r y ，a q u a c u l t u r ew a s t e w a t e rw i t ht h e c h a r a c t e r i s t i co fl a r g ea m o u n to fd r a i n a g ea n dh i g h e rp o l l u t i o nh a sc a u s e ds e r i o u sp o l l u t i o nt ot h e e n v i r o n m e n ta n db e c a m ea l lu r g e n tp r o b l e m t h i sp a p e rr e l i e so nt h e “e c o l o g i c a la g r i c u l t u r e r e s e a r c ha n dd e m o n s t r a t i o no fe c o l o g i c a lr e s t o r a t i o nt e c h n o l o g yi n t e g r a t i o no fw a t e re n v i r o n m e n t ( s h a n g h a i s c i e n c ea n d t e c h n o l o g y c o m m i s s i o no f m a j o rr e s e a r c h a b o u t s p e c i a l t o p i c s ，0 8 d z19 0 0 4 0 7 ) ，t od 0r e s e a r c ho nt h ed r a i n a g ep u r i f i c a t i o no fa q u a c u l t u r ei ns o n g i i a n g a g r i c u l t u r a ld i s t r i c t a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fa g r i c u l t u r a la r e a ，b a s e do ne c o l o g i c a l p r i n c i p l e s ，u s ef l o a t i n gb e d so fa q u a t i cc r o p s ，a q u a t i cp l a n t s ，a q u a t i ca n i m a l sa n de c o l o g i c a l r e v e t m e n ts t o c k i n gi n t e g r a t i o nt e c h n o l o g y ，t oi m p r o v ew a t e rq u a l i t yo fd r a i n a g e ，i nt h es a m et i m e ， e n h a n c et h ee c o n o m i cb e n e f i t so fe c o - p a r k , f o rp r o v i d i n gt h e t e c h n i c a lf o u n d a t i o na b o u t i m p r o v i n gt h ea q u a c u l t u r ew a t e rq u a l i t ya n de c o n o m i cb e n e f i t so fe c o l o g i c a la g r i c u l t u r a lp a r k t h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o i l o w s ： 。 ( 1 ) t h er e s u l t st h a tt oi n v e s t i g a t et h ea q u a c u l t u r ew a s t e w a t e r sb a c k g r o u n dv a l u eo f w u s h e a g r i c u l t u r a ld i s t r i c ts h o w e dt h a t ：t h es e w a g es t r e n g t hw a sh i g h e rt h a nt h ea v e r a g el e v e lo f s h a n g h a ig e n e r a la q u a c u l t u r e t n ，n - h + - n ，t p ，c o d c ra v e r a g ec o n t e n tr e a c ht o3 2 m g l ，0 7 0 m g l ，0 4 4m g l ，7 3 3m g l ( 2 ) u s ef l o a t i n gb e d so fa q u a t i cc r o p s ，a q u a t i cp l a n t sa n da q u a t i ca n i m a l s ，e c o l o g i c a l r e v e t m e n ts t o c k i n gi n t e g r a t e dd e m o n s t r a t i o np r o j e c t s ，t oi m p r o v ew a t e rq u a l i t yo fa q u a c u l t u r e d r a i n a g e s p i n a c h ，w a t e rc e l e r ya n do t h e rc r o p sg r o w ni nt h er i v e r ，a sw e l la sw a t e rh y a c i n t h ，o n t h eo n eh a n dt op u n f yw a s t e w a t e ra n di n c r e a s et h ee c o n o m i cb e n e f i t so ft h e p a r k ； u s e e c o _ c o n c r e t et e c h n o l o g yw i t hb i o l o g i c a lm a t e r i a l st os o f t e ns o m eh a r db a n ko ft h ep a i ! i 【，t or e s t o r e r i p a r i a nv e g e t a t i o n ，t op r o v i d eg o o dh a b i t a t sf o rb i o l o g i c a la n dh a v ec e r t a i ne c o n o m i cb e n e f i t s ， r e f l e c t i n gt h ee c o l o g i c a lm o d e lo ft h ea g r i c u l t u r a ld i s t r i c t e f f e c to no p e r a t i o no fd e m o n s t r a t i o n p r o j e c t s w e r ei n v e s t i g a t e d ，a n dr e s u l t ss h o wt h a t ：c h o o s et h ei n t e g r a t i o nt e c h n o l o g yo nt h e d r a i n a g ec h a n n e l sa n dw a t e rq u a l i t yc o n d i t i o n si m p r o v e d t n ，n h 4 + - n ，n 0 3 。- na n dn 0 2 - no ft h e r i v e rr e m o v a lr a t eo f3 0 ，2 5 ，2 0 ，7 0 ；t pr e m o v a lr a t er e a c h e d5 4 ，c o d c rr e m o v a lr a t eo f 6 0 i i i 华东师范大学硕士学位论文 a b s t r a c t ( 3 ) s t u d i e dt h ea b s o r p t i o nc a p a c i t yo fa q u a t i cp l a n t sa n dt h et r a n s f e rr u l e si nv a r i o u so r g a n s f o rn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s ，t h er e s u l t ss h o wt h a t ：n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sa c c u m u l a t i o ni n v a r i o u so r g a n so fl e a f r o o t s t e m ，na n dpc o n t e n t so fl e a fr e a c h e d51g k g ，3 6 9 k g w i 也p l a n t g r o w t ht h en u t r i e n t sg r a d u a l l y t r a n s f e r r e dt ot h er o o t sf o rt h ew i n t e r , t h er o o t sc o n t a i nn i t r o g e na n d p h o s p h o r u sc o n t e n tt h a t w i l lg r a d u a l l yi n h e r e ，r e a c h i n g3 6g k g ，16g k g w i t h i no n ey e a r ， s p i n a c ho nn ，pr e m o v a la m o u n t e dt o1 2 2k g 、1 4k g ，w a t e rh y a c i n t ho nn ，pr e m o v a lc a p a c i t yo f 3 7k g ，4 6k g b a c t e r i ai nw a t e ra n dm i c r o o r g a n i s m so fp l a n tr o o t sw e r es t u d i e da n dt h er e s u l t s s h o wt h a tt h en u m b e ro fm i c r o o r g a n i s m si nw a t e rw i l li n c r e 觞e 、衍n lt h eg r o w t ho fp l a n t s ( 4 ) o nt h ee c o n o m i cb e n e f i t so fa q u a t i cc r o p sw e r ea n a l y z e d ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：w i t h t h ed e m o n s t r a t i o np r o j e c tr u n n i n go n ey e a r ，r e a pt h ew a t e rs p i n a c hf o r8t i m e s ，a b o u tat o t a lo f 119 0 0 k g ，t h ea v e r a g ep e rh a r v e s tw a s14 8 8 k g ，t oa c h i e v ee c o n o m i cg a i n s4 8 ，0 0 0y u a n c o m p a r e d w i t ht e r r e s t r i a lp l a n t ，t h er a t i oi sh i g h e ro fo u t p u tt oi n p u t i ns h o r t ，t h ea p p l i c a t i o no fi n t e g r a t i o nt e c h n o l o g yc a nr e d u c et h ew a t e rp o l l u t i o no fd r a i n a g e a n di m p r o v ew a t e re n v i r o n m e n t ，p r o d u c ee c o n o m i cb e n e f i t s t h i sr e f l e c t st h ee c o l o g i c a l a g r i c u l t u r ep a t t e r n ，h a dag o o dr o l em o d e la n dt h er e f e r e n c ev a l u e ，a n dp r o v i d e st e c h n i c a lb a s i s a n dg u i d a n c ea b o u tt h ew a t e rq u a l i t yi m p r o v e m e n to fa q u a c u l t u r ed r a i n a g e k e y w o r d s ：c r o p sf l o a t i n gb e d ；a q u a c u l t u r ew a t e r ；w a t e rq u a l i t yi m p r o v e m e n t ； e c o n o m i cb e n e f i t s 华东师范大学硕士学位论文目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目录v 第1 章绪论1 1 1 课题来源及研究背景一1 1 1 1 课题来源1 1 1 2 课题背景与研究意义1 1 2 水产养殖排水处理技术研究进展2 1 2 1 我国水产养殖业现状2 1 2 2 上海市郊水产养殖污染状况2 1 2 3 水产养殖排水的特点3 1 2 4 水产养殖排水处理技术4 1 2 5 存在的主要问题1 1 1 3 研究目的1 2 1 4 研究内容：1 3 第2 章研究方法与技术路线1 4 2 1 实验材料1 4 2 1 1 实验仪器：1 4 2 1 2 实验试剂1 4 2 2 检测方法1 5 2 2 1 水质检测方法1 5 2 2 2 微生物的检测方法1 5 2 2 3 植物生长检测方法1 6 2 3 技术路线1 6 第3 章松江五厍生态农业园区水产养殖水质状况调查研究1 8 3 1 中试地点的选择1 8 3 j 1 园区概况1 8 3 1 2 示范点的选择1 9 3 2 五厍生态农业园区水产养殖情况调查2 0 3 2 2 五厍生态农业园区的水产养殖基本情况2 0 3 2 3 五厍生态农业园区水产养殖投料变化情况2 l 3 2 4 五厍生态农业园区塘的排水水量及排换水规律调查2 2 3 3 排污强度估算2 3 3 4 五厍生态农业园区水产养殖水体水质分析2 4 3 4 1 溶解氧2 4 3 4 2 水温2 5 3 4 3p h 2 5 3 4 4 透明度2 6 3 4 5 氮元素2 7 3 4 6 总磷2 9 3 4 7c o d c r 2 9 v 华东师范大学硕士学位论文 目录 3 5 本章小结3 0 第4 章五厍生态农业园区水产养殖排水水质改善示范工程建设3 1 4 1 河道a 工程：。3 1 4 1 1 硬质护岸? 3 2 4 1 2 河道a 水生植物的配置3 2 4 1 3 水生动物放养3 5 4 2 河道b 及护岸设计3 6 4 2 1 生态护坡的构建3 6 4 2 2 河道b 3 7 4 3 本章小结3 8 第5 章五厍生态农业园区示范工程运行效果及效益分析3 9 5 1 采样点的布设3 9 5 2 五厍生态农业园区示范工程运行效果分析3 9 5 2 1 第一阶段河道a 及河道b 的水质分析4 0 5 2 2 第二阶段河道a 及河道b 的水质分析4 5 5 2 3 两个阶段的净化效果比较5 0 5 2 4 松江五厍农业园区水产养殖排水水质改善技术年度比较5 1 5 3 微生物群落结构分析5 2 5 3 1 细菌总数5 2 5 3 2 硝化与反硝化细菌数量5 2 5 4 示范工程效益评估5 3 5 4 1 环境效益分析5 3 5 4 2 经济效益分析5 6 5 5 本章小结5 7 第6 章结论与展望5 9 6 1 结论5 9 6 2 展望6 0 参考文献6 l 致谢6 5 硕士期间学术成果6 6 v i 华东师范大学硕士学位论文 绪论 1 1 课题来源及研究背景 1 1 1 课题来源 第1 章绪论 近几十年来，我国水产养殖业迅速发展，水产品总量已越居世界总产量的第 一位，但同时大量养殖排水的排放也给水环境造成了严重污染。在高密度集约化 的水产养殖过程中，所投加的饲料中含的氮、磷大约只有9 1 和1 7 4 被鱼同 化【l 】，其残余饲料、鱼类的排泄物、各种化学药品、抗生素类物质则构成养殖水 体的主要污染物，这些养殖过程中的残留物质进入水域环境，造成了湖泊退化， 海洋赤潮，破坏了其他生物的生存环境，生物多样性减少【2 】；与此同时，水域环 境的污染又会制约水产养殖的可持续发展。因此，对养殖排水的处理和循环利用 越来越受到重视。 本论文在调查分析了我国目前水产养殖排水处理的基础上，以上海松江区控 制农村水环境污染为背景，针对农村环境生态修复技术的集成与示范，选取上海 市松江区五厍生态农业园区为示范点，主要开展对五厍生态农业园区内水产养殖 排水处理应用技术的集成示范研究，为水产养殖排水的治理和生态修复提供依 据。 五厍生态农业园区于2 0 0 1 年2 月正式成立，是上海市市级现代农业园区， 国家级农业标准化生产示范基地。区域总面积11 9 平方公里，占原五厍镇总面 积的3 9 7 ，耕地面积为1 0 8 4 4 亩，占原五厍镇集体耕地面积的5 0 4 ，以中高档 花卉、出口蔬菜、名优瓜果、水产为四大主导产业。本论文拟在五厍农业园区示 范点开展水产养殖排水处理技术的应用研究，并建成水产养殖排水生态修复的示 范工程。 1 1 2 课题背景与研究意义 通过调查了解到目前在五厍农业园区内，畜禽粪尿已得到妥善治理，生活污 水只得到部分治理，其余未经处理的生活污水、水产养殖排水和降水径流构成了 园区的主要污染来源。其中水产养殖排水以其排水量大及污染负荷高的特点，问 题更为突出。五厍农业园区内的水产养殖排水直接排入下游河道，经由中心河、 华东师范大学硕士学位论文绪论 建设河进入黄浦江上游地区，会造成一定程度的污染，特别是在水产养殖大引大 排时，会加重河道污染。因此如何削减水产养殖排污量，这一问题亟待解决。 本论文选择上海松江现代农业示范园区五厍示范区内某虾塘排水河道为示 范点，通过对上海市松江五厍水产养殖排水排放特征研究，因地制宜的构建经济 作物生态浮床净化带，并将其与水生植物处理相结合，提出一种最佳的水产养殖 排水治理技术，减少水产养殖排水中营养成分、溶解有机物和悬浮固体向周边水 域的排放，降低水体富营养化的程度，缓解水产养殖所带来的环境污染问题，并 探讨养殖排水处理的最佳技术参数，为上海地区及其它平原水网地区的水产养殖 排水排放和处理提供有价值的参考，构建绿色生态水产养殖模式，实现水产养殖 排水的综合循环利用。 1 2 水产养殖排水处理技术研究进展 1 2 1 我国水产养殖业现状 我国水产养殖业有着悠久的历史，随着经济的发展和人民生活水平的提高， 我国传统养殖业生产的水产品无论在种类、价格、口味，还有在品质上都已不能 完全满足市场和消费者的需求，只是靠加大养殖密度来增加产量。这就给水产养 殖业带来诸多问题，如：水产品种类减少、质量退化；养殖过程中病害频繁发生 造成养殖业损失；养殖过程中化肥、农药等农用化学品和药物的大量滥用【3 】，造 成水环境污染严重；水产品中药物残留超标，进入市场的质量监测不过关，导致 水产品通过食物链进入人体，严重危害人体的身体健康。这些问题都严重制约了 我国水产养殖业的发展。近几十年来我国通过调整水产养殖产业结构，增强环保 意识，健全水产养殖质量监测体系等方法，使得我国水产养殖业在取得较好的经 济效益的同时，也确保我国水产养殖业得到长足的发展，走可持续水产养殖的道 路。 1 2 2 上海市郊水产养殖污染状况 就上海市郊精养鱼塘而言，主要养殖草鱼、白鲢、花鲢、鳊鱼、鲫鱼、鲤鱼 等6 种鱼类。从开始繁殖到成鱼，不同鱼种的生长期分别为草鱼2 3 年，白鲢、 花鲢、鲫鱼、鲤鱼约为2 年，鳊鱼约近3 年。根据对郊区各区县1 8 家精养鱼塘 的调查，平均每公顷鱼塘投放鱼苗2 3 6 0 吨，成鱼产量约为2 8 1 2 吨，一般 2 华东师范大学硕士学位论文绪论 每公顷鱼塘净产量在7 5 0 - 7 5 0 0 公斤之间。平均每公顷鱼塘全年投放饲料1 0 - - 一 3 1 吨，化肥( 主要是尿素) 0 2 3 1 5 0 吨，有机肥( 包括人畜粪、畜禽排泄物等) 7 5 7 5 吨，药物( 包括剧毒农药甲胺磷) 3 0 - 3 9 0 k g ，石灰1 5 0 3 9 0 0 k g 。精养鱼 塘年底清塘换水水质监测结果见表【4 】 表1 1上海郊区精养鱼塘换水水质检测结果 t a b 1 - 1t h et e s tr e s u l t so f p o n d si ns h a n g h a is u b u r b s 鱼塘废水排放是形成鱼塘水产养殖污染的直接原因，鱼塘换水一般在4 5 月份、7 - 一8 月份、1 0 月前后以及年底四个阶段。平常换水次数和数量都较少， 基本上都是同时进水和排水以补充蒸发的水量及水体的氧含量。年底集中清塘换 水是其主要排放时间，集中换水量约占全年换水量的三分之一以上。通过实地调 研，鱼塘全年换水量一般为3 万m 3 h a 左右，以此推算出的鱼塘全年排污强度见 表【2 表1 2 上海郊区水产养殖( 鱼塘) 污染排放强度 t a b 1 2p o l l u t i o ni n t e n s i t yo f p o n d si ns h a n g h a is u b u r b s 1 2 3 水产养殖排水的特点 随着水产养殖业的发展，养殖排水的排放成为一个严重的环境问题，与其他 废水相比，水产养殖排水具有浓度高，水力负荷高，处理难度大等特点，如不经 过合理的处理排放到天然河道中，将会造成水域环境严重污染。水产养殖排水引 起水体污染的物质主要有以下几种【5 】： ( 1 ) 有机物【5 】 养殖水体中的有机物主要来源于投加的残留饲料、浮游生物的代谢产物以及 养殖动物的排泄物。水体中有机物含量过高时常造成水质恶化，导致鱼类生长缓 慢，甚至死亡或泛池。马建新等【6 】认为水体中c o d 太高是引起对虾病病毒爆发及 华东师范大学硕士学位论文绪论 流行的主要原因之一，当c o d 长时间超过1 3m g , m 时，对虾容易感染病毒。 ( 2 ) 氨氮p 1： 水产养殖过程中，投入到养殖水体中的饲料中的氮元素和磷元素只有2 5 和 1 7 4 左右被鱼同化【l 】，这表明养殖水体中氮的负荷主要是由鱼的排泄物和残余 饲料造成的。水体中的氨主要以离子n h 4 + - n 和分子n h 3 两种形式存在，当p h 过 高，氨主要以分子n h 3 形式存在，其毒性更强。养殖水体中主要存在n h 4 + n 为时， 水体偏酸性，其毒性表现在鱼的亚致死量和免疫活性受迫，具体症状是鱼极度活 跃或抽搐，失去平衡，无生气或昏迷。氨是密集型水产养殖系统中最为关键的控 制参数，当氨的含量超过o 5m g l 时，对鱼有毒害作用【7 j ，鱼类不能长时间生活 在总氨含量超过0 5m g l 的水体中【8 】。氨通常通过硝化菌的硝化作用被转化为 n 0 3 - - n 形式存在，硝化作用一般可通过各种生物滤器来完成。 ( 3 ) n 0 2 - n 及其它例 n 0 2 - - n 对鱼类有很强的毒性，其会导致鱼、虾血液中的亚铁血红蛋白被氧化 成高铁亚铁血红蛋白，而后者不能运载氧气，从而抑制血液的载氧能力，造成组 织缺氧，鱼类摄食能力降低甚至死亡【9 】。一般鱼类对n 0 2 - - n 的耐受质量分数远低 于l m g l ，因此应避免它在养殖水体中的积累。通常n 0 2 - n 通过兼性厌氧反硝化 菌在缺氧且有碳源存在的条件下转化为氮气得到去除。相对来说，鱼类对n 0 3 - - n 的耐受力较大，但是当n 0 3 - - n 的质量分数大于其它营养元素时，将会引起水体的 富营养化以及藻类水华，造成严重的环境问题。 1 2 4 水产养殖排水处理技术 近年来城市生活污水和工业废水的处理技术己较为成熟，而水产养殖排水因 其独特的特点，污染物种类少，污染物含量变化小，但水量大，污染负荷高，且 间歇性排放，从而增加了养殖排水的处理难度。养殖排水的处理既要满足排放的 标准，也需要满足物质循环利用的要求。目前很多污水处理技术的应用效果不佳， 需要对处理技术和工艺加以改进。水产养殖排水处理技术主要包括物理、化学和 生物生态处理技术【1 0 】，下面将对各种处理技术作详细介绍。 4 华东师范大学硕士学位论文 绪论 1 2 4 1 物理处理技术 ( 1 ) 过滤技术 过滤主要包括机械过滤和膜过滤技术。机械过滤主要是采用过滤设备，如： 机械过滤器、压力过滤器、沙滤器等【1 1 1 ，将养殖排水中的剩余残饵和养殖生物排 泄物等悬浮态的大颗粒通过过滤和吸附作用去除，甚至可以通过吸附作用有效去 除重金属、氨氮等溶解态污染物【l2 1 。膜过滤技术主要是采用不同孔径的膜滤 除颗粒物，根据膜孔径截留不同粒径颗粒物的过程。水产养殖水体中粒径 小于2 0 一2 5 岫的细颗粒通常用重力沉淀或微孔筛网过滤很难去除，需要通 过膜过滤技术加以去除。横流式微滤及超滤技术提供了一种对小粒径颗粒 物的去除方法【l3 1 。这种膜过滤技术可用于循环水养殖系统的废水处理，尤 其是用于养殖经济价值较高的水产品产生的废水处理。 ( 2 ) 泡沫分离技术 自2 0 世纪7 0 年代，泡沫分离技术已在工业废水处理中得到广泛应用【1 4 】。其原 理是向被处理水体中通入空气，使水中的表面活性物质被微小气泡吸着，并随气 泡一起上浮到水面形成泡沫，然后分离水面泡沫，从而达到去除废水中溶解态和 悬浮态污染物的目的。近年来逐渐用于养殖排水的处理方面，由于泡沫分离技术 不仅可以将蛋白质等有机物在未被矿化成氨化物和其他有毒物质前就已被去除， 避免了有毒物质在水体中积累【l5 1 ，而且可向养殖水体提供所需的溶解氧，对维护 养殖水体生态环境有良好作用。郑瑞东【l6 】等利用泡沫对养殖污水处理的研究发 现：水力停留时间以2 - - 一3 m i n 为宜；气液比应控制在2 ：1 左右，而对于淡水养殖 排水，因其缺乏电解质，形成泡沫受限，应用较差。 ( 3 ) 其他处理技术 在水产养殖过程中，排换水以及机械增氧是最常见的物理处理方法。除此之 外还有活性炭吸附、反渗透技术、高分子重金属吸附等方法。活性炭具有特殊的 吸附作用，能去除存在于水中的异臭物、农药、游离氨、色素等物质【17 1 。高分子 重金属吸附剂是一种能吸附水中重金属离子的良好材料，粒径为0 3 - - 1 2 m m ， 用于吸附去除溶液中的重金属离子。用高分子吸附剂去除水中的重金属离子，可 华东师范大学硕士学位论文 绪论 重复再生利用，不产生二次污染18 1 。反渗透技术是一项新的液体分离技术，它能 有效的分离出水中9 8 以上的盐类和9 9 9 的细菌及毒素。q i n 等 1 9 1 采用以风力 为动力的反渗透膜技术处理养殖排水，发现氮的去除率为9 0 - 9 7 ，反渗透膜 的再生速率约为4 0 - - 5 6 。 1 2 3 2 化学处理技术 ( 1 ) 臭氧氧化处理技术 臭氧具有强氧化性，且可在水中短时间内自行分解，没有二次污染，是理想 的绿色氧化药剂【2 0 1 。臭氧氧化方法在水处理领域已在许多方面得到了应用，其作 用主要是除臭、脱色、杀菌和去除有机物。海水工厂化养殖排水存在养殖生物排 泄物等悬浮物，以及氨氮、可生物降解有机物等物质，而且也存在难生物降解有 机物。因此，利用臭氧、过氧化氢、二氧化氯、漂白液等化学氧化剂的氧化作用， 氧化分解难生物降解溶解态有机物是养殖排水深度处理的主要手段。臭氧氧化技 术已在西欧、美国和日本被广泛应用于海水养殖系统的循环水处理【2 。此外，臭 氧不仅能快速降低海水c o d ，而且还可大大降低水体中氨氮和亚硝酸盐浓度【2 2 1 ， 但所消耗的臭氧量很大。因此采用0 3 u v i 艺，既能提高处理效率又可减少臭氧 的用量。g r a h a m 等人【2 3 】研究利用不同浓度的臭氧处理养殖排水对b a c t e r i a lg i l l d i s e a s e ( b g d ) 以及异样细菌的影响，结果表明，臭氧相对于其他一些化学处理 方法对于防止感染b g d 有一定作用，但对异养细菌没有明显的作用。另处低浓度 ( o 0 2 5 k go z o n e k gf e e d ) 和高浓度( o 0 3 6 0 0 3 9 k go z o n e k gf e e d ) 臭氧处理效果 差别很小，但低浓度不易引起鱼类中毒变异。 ( 2 ) 紫外辐射消毒技术 紫外辐射消毒( u v ) ，可破坏残留的臭氧并杀死病菌，具有成本低和不产生 任何毒性残留等优点。破坏臭氧残留的紫外波长从2 5 0 r i m 到2 6 0 n m ，灭菌的波 长从1 0 0 n m 到4 0 0 砌【2 4 】。紫外消毒技术目前较为成熟，且国内不乏应用实例， 主要用于水产养殖排水的回用水技术处理方面。 6 华东师范大学硕士学位论文 绪论 ( 3 ) 混凝沉淀技术 混凝沉淀技术即在水体中加入混凝剂，通过化学反应去除水中的污染物，目 前常用的混凝剂有铝盐、铁盐、石灰及有机絮凝剂等。混凝沉淀的方法若直接应 用于养殖水体可能对养殖生物存在不良影响，一般适用于处理水产养殖排水，即 选择合适的混凝剂或开发新型混凝剂，在不破坏养殖水体原有生态结构的情况 下，对养殖排水进行修复和改善。j a m e s 等人【2 5 】在循环养殖系统排放的废水中加 入化学混凝剂( 明矾和氯化铁) 后5 m i n ，t s s 去除9 0 ，磷的去除效率达到8 9 9 3 ，去除效果较好。 ( 4 ) 其他化学处理技术 除以上处理技术外，离子交换技术和电化学技术正在研究应用于水产养殖的 水体修复中。离子交换的原理是设计填充强碱性阴离子交换树脂以及强酸性阳离 子交换树脂，当水流经过时水中阳离子和阴离子分别被交换树脂上的阴阳离子交 换，从而降低水中离子浓度。此方法目前主要应用于科研和水族馆的水生生物养 殖，还不能应用于实际水产养殖水体处理中【26 | 。电化学方法应用于水产养殖水处 理的案例不多，停留在实验阶段。l i n 等人【2 7 】研究发现，采用电化学法去除养殖 排水中溶解的硝态氮和氨氮，当初始的硝态氮为l m g l 时，完全去除仅需1 m i n ， 当浓度升至5 m g l 时，所需时间大于半小时，表明去除所需的时间与起始浓度 成直线关系，而铵态氮的去除所需时间要长些，当硝态氮在半个小时去除时，铵 态氮则只去除了4 0 。 1 2 3 3 生物生态处理技术 ( 1 ) 生物膜法 生物膜法是通过附着在载体或介质表面上的细菌等微生物生长繁殖，形成膜 状活性生物污泥，利用生物膜降解污水中的有机物的生物处理方法。生物膜中的 微生物以污水中的有机污染物为营养物质，在新陈代谢过程中将有机物降解，同 时微生物自身也得到增殖。生物膜法被广泛应用于去除水产养殖排水中的n h 3 n 和有机物【2 8 1 。氨被氧化成n 0 3 有两个阶段：一是氨氧化细菌( a o b ) 把氨氧化为 n 0 2 。，二是亚硝酸盐硝化细菌( n o b ) 把n 0 2 - 氧化为n 0 3 。而充满填料的生物滤 华东师范大学硕士学位论文绪论 器通常为a o b 和n o b 的生长提供固体基质和适宜的生长环境，同时，在生物 膜表面形成的微生物通过分解代谢活动将废水中的有机物最终分解为c 0 2 和 h 2 0 。为了优化硝化速率和减少生物滤器的堵塞，填料载体应该具有高表面比、 低成本、质轻耐用、不易堵塞