PHBV/火山岩/黄铁矿协同强化处理养殖尾水效果分析

针对水产养殖尾水低碳氮比导致脱氮除磷效率不高的问题,研制了基于3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯共聚物(PHBV)/火山岩/黄铁矿协同耦合的生物过滤装置,并对其处理养殖尾水的效果进行了分析。设计了2组不同滤料填充量的过滤装置,柱1装置从上至下依次填充黄铁矿15 cm、混合滤料15 cm和火山岩5 cm,柱2装置填充黄铁矿10 cm、混合滤料15 cm和火山岩10 cm,分析了不同填料质量比对脱氮除磷效率的影响。结果表明,柱2装置对硝酸盐氮的平均去除率达到了97.8%,显著高于柱1装置(p<0.05),而柱2对磷酸盐的平均去除率低于柱1,平均去除率仅为35.0%。增加火山岩质量比有助于提升装置对硝酸盐的去除效率,而增加黄铁矿质量比有助于提高装置对磷酸盐的去除效率。当溶解氧浓度在1.2~1.5 mg/L之间时,装置可以同时进行脱氮除磷。综上所述,采用PHBV/火山岩/黄铁矿协同强化处理工艺可以实现养殖尾水中氮磷等营养盐的同步去除,为解决养殖尾水深度净化问题提供了新方法。

基于超声波定位技术的流化床生物滤器研发与性能分析

为解决流化床生物滤器在运行过程中存在床层增高影响其正常使用的问题,研发了基于超声波定位技术的滤料自清洗装置。以常规流化床生物滤器为对照组(CF),研发的自清洗流化床生物滤器为试验组(EF),比较了两组流化床生物滤器的床层增高和滤料流失程度,研究了流化床生物滤器的水处理性能。结果显示:采用超声波定位技术可有效控制流化床生物滤器的床层增高和滤料流失程度,在150%床层膨胀率下,EF组每周的床层增高和滤料流失仅为1.8±0.3 cm和28±12 g,比CF组分别降低了500%和350%。EF组的平均总氨氮(TAN)去除负荷达到了762±164.33 g/(m^(3)·d),显著高于CF组(P<0.05),在TAN快速降解的过程中,两组亚硝酸盐氮未出现明显的累积,水体中的溶氧质量浓度、碱度和COD浓度都出现一定的下降。EF组表层和底层滤料的细菌种群结构和丰度未出现明显的差异,主要优势细菌包括赭黄嗜盐囊菌属,Candidatus_Microthrix,红杆菌属和硝化螺菌属。CF组表层和底层滤料的细菌种群结构和丰度的差异较大,而优势菌群的种类较为相似,主要为罗姆布茨菌和Clostridium_sensu_stricto_1。EF组的硝化螺菌属丰度显著高于CF组,说明采用超声波技术实时控制床层高度有利于氮转化细菌的富集,进而提升了流化床生物滤器运行时的水处理性能。

不同养殖模式对南美白对虾生长性能及肠道菌群的影响

为研究不同养殖模式对南美白对虾(Litopenaeus vannamei)生长性能及肠道菌群的影响,在设施大棚中构建了中试规模的南美白对虾循环水养殖模式(RAS)和生物絮团养殖模式(BS)2种模式,每种模式为3个平行,每个平行投放南美白对虾苗10万尾,初始放养殖密度为500尾/m^(3)。每隔1 d测定养殖水体的水质指标,待100 d饲养结束后,测定南美白对虾生长指标和肠道菌群。结果显示:RAS和BS组养殖水体中的总氨氮(TAN)、亚硝酸盐氮(NO_(2)^(-)-N)、硝酸盐氮(NO_(3)^(-)-N)、温度、pH和溶氧(DO)等指标无显著差异(P>0.05),但BS组有近20 d的NO_(2)^(-)-N积累,进而影响南美白对虾的生长。BS组的特定生长率、存活率和最终养殖密度显著低于RAS组(P<0.05),饲料系数和肥满度无显著差异(P>0.05)。两种养殖模式下对虾肠道菌群在门水平无显著差异,属水平显著差异(P<0.05),RAS养殖模式中的norank_f_JG30-KF-CM45丰度最高,BS养殖模式中下水道球菌属(Amaricoccus)的丰度最高。研究表明,采用RAS模式可实现养殖水质指标的稳定可控,进而可提升对虾的生长性能,但生产成本略高于BS模式。

鱼菜共生系统设计构建及运行效果分析

旨在探究草莓和宝石鲈共生过程中,植物净水情况、鱼类生长情况及应用推广价值。通过集合循环水养殖(RAS)的高效水处理技术和浮筏式水培架等,运用物质平衡原理确立关键参数,构建一套草莓和宝石鲈共生浮筏式系统。为期69 d的养殖试验,结果显示,鱼类生长情况良好,最高养殖密度13.01±1.36 kg/m^(3),成活率100%;草莓生长情况良好,产量共计428.51±0.02 g,系统平均日耗电量12.49 kW·h。水质结果表明:水质参数平均值为氨氮0.56±0.01 mg/L、亚硝酸盐氮0.175±0.019 mg/L、硝酸盐氮31.13±1.75 mg/L、溶解氧7.38±0.61 mg/L、pH 7.11±0.58。系统运行稳定,产出2种经济产物,为鱼菜共生系统推广提供技术支持。

涡旋式流化床生物滤器水力特性试验

为把流化床生物滤器应用于循环水养殖系统,探讨其较佳的设计与运行参数,研制了一种涡旋式流化床生物滤器,并对其水力特性进行了试验研究。试验装置使用石英砂作为填料,设计了0.18～0.25、>0.25～0.425和>0.425～0.6mm3组不同粒径范围的石英砂和40、50、60、70、80和90cm6组不同初始砂床高度的双因素试验,探讨了石英砂粒径和初始床层高度对砂床流化性能的影响。结果表明:3组不同粒径范围石英砂的临界流化速度分别为(0.061±0.0088)、(0.25±0.011)、(0.48±0.014)cm/s。砂床要保持良好的流化状态,初始砂床高度与床层直径的比值(高径比)需分别大于1.43,1.78和2.14,且高径比与石英砂粒径大小成正比;在相同的膨胀率下,当初始砂床高度增加时,表面流速基本保持不变。床层压降测量显示,3组不同粒径范围石英砂单位床高的压降值分别为(7530.66±215.98)、(6925.66±364.58)和(6790.08±277.95)Pa/m,使用0.18～0.25mm石英砂测得的压降试验值与理论值较为接近,误差在2%～3%。基于Ergun方程,采用回归拟合方法得出涡旋式流化砂床临界流化速度的数学模型,可为流化床的设计和应用提供技术依据。

我国鲟鱼养殖设施的现状与发展对策

我国鲟鱼养殖始于20世纪90年代,其人工养殖的历史较短,并且设施化养殖基础薄弱,养殖模式研究尚处于起步阶段。鲟鱼的养殖方式仍以粗放型养殖模式为主,易受地域、天气等因素的影响,限制了该产业的可持续发展。文中简述了我国鲟鱼设施化养殖的种类,对比了鲟鱼流水养殖、网箱养殖和工厂化循环水养殖的优缺点,详细分析了鲟鱼设施化养殖的工艺流程及养殖过程中使用的设施设备,阐述了设施化养殖的技术要点,指出了目前鲟鱼设施化养殖过程中存在问题,总结了鲟鱼设施化养殖的对策,明确了今后鲟鱼产业的发展方向。

养殖池形对子二代中华鲟生长、呼吸代谢及血清生理的影响

为掌握循环水养殖模式下适宜子二代中华鲟(Acipenser sinensis)生长的养殖池形,分析了养殖池形对子二代中华鲟生长及血清生理的影响。以平均体质量(2.43±0.19)kg,平均体长(63.77±2.15)cm的子二代中华鲟为试验对象,设计了圆形(YX)、跑道形(PX)和方切角形(FX)3种养殖池形,试验周期为90 d。结果显示:养殖池形对子二代中华鲟的生长影响显著,FX组的中华鲟特定生长率和增重率显著低于YX组和PX组(P<0.05),而饲料系数显著高于其他两组(P<0.05);中华鲟的存活率受养殖池形的影响,FX组的中华鲟存活率低于其他两组;血清生化指标表明,FX组中的谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)显著低于其他两组,其他血清生化指标无显著差异(P>0.05);另外,FX组的耗氧率显著高于PX组(P<0.05),而排氨率无显著差异(P>0.05)。研究表明,在循环水养殖系统中设计养殖池时,圆形或跑道形是适宜中华鲟健康生长的鱼池形状。

低温工况下流化床生物滤器的启动方式实验

为提高在低温工况下流化床生物滤器的挂膜速率及净水效果,将其应用于小型鲟鱼循环水养殖系统,并采用新型填料玻璃珠作为滤器的基质,探讨了不同启动方式下该滤器的挂膜时间及运行效果。结果表明,在养殖水体14~16℃工况下,采用自然挂膜方式和添加微生态制剂方式培养生物膜时,滤器成功启动所需的时间分别为29 d和21 d,挂膜时间显著长于采用接种原滤料方式,并且随着接种原滤料数量的增加,生物膜成熟所需的时间逐渐缩短。随着挂膜时间的延长,生物载体上的异养细菌和氨氧化细菌的数量都呈现先增加后减少的趋势。生物膜成熟后,不同启动方式下滤器对营养盐的去除效果无显著差别,对TAN、COD和BOD5的去除率分别维持在10.5%~22.1%、15.9%~31.5%和30.3%~48%,对TAN的去除负荷维持在157~331 g/（m3·d）,硝化效果好于一般的生物滤器。

光色和光照周期对大西洋鲑银化期生长及生理的影响

为探讨大西洋鲑(Salmo salar)银化期间光色和光照周期对其生长及生理的影响,采用单因素分析法,设计3种光照周期和3种光源颜色,在红光条件下,设置24 h开灯(24L∶0D)(全光照)、24 h关灯(0L∶24D)(无光照)以及12 h开灯12 h关灯(12L∶12D)(半光照)3种光照周期,在半光照条件下,设置红光、白光和蓝光3种LED光源颜色。试验周期为4个月,测定各组大西洋鲑的生长性能指标及血清生化指标。结果显示,半光照时,大西洋鲑的日增重和特定生长率显著高于无光照组(P<0.05),而饲料系数显著低于其他两组(P<0.05)。光源颜色对大西洋鲑银化期的生长具有显著影响(P<0.05),采用红光时,大西洋鲑的日增重最高,白光组次之,蓝光组最低,而饲料系数呈现相反的规律。盐度耐受试验表明,半光照组的死亡率为10%,显著低于其他两组(P<0.05),而红光组死亡率约为10%,显著低于白光组和蓝光组(P<0.05)。血清指标分析表明,半光照组的钠离子和氯离子含量低于其他两组,说明该组的大西洋鲑在海水中具备了渗透压调节的能力。综上,红光光源半光照为大西洋鲑银化期的适宜养殖条件。

改性滤料净化养殖外排水性能及细菌群落分析

为提升工厂化水产养殖领域中生物滤器的水处理性能,该文研发了一种PVA-PVP改性滤料,并将其作为填料应用于移动床生物滤器。以俄罗斯鲟养殖池水为水处理对象,以普通滤料为对照组,分析了填充2种滤料工况下移动床生物滤器的挂膜过程和水处理性能,并采用高通量测序方法研究了2种滤料不同时期的细菌群落结构差异。结果表明,改性滤料组和普通滤料组在挂膜3周后生物膜成熟,在滤器稳定运行期,改性滤料组对亚硝氮的平均去除率和氨氮去除负荷分别为(48.42±12.14)%和(40.9±13.45)g/(m3·d),显著高于普通滤料组。高通量测序表明,挂膜初期,2种滤料组细菌种类的差异不大,而随着时间的推移,2种滤料表面的细菌都发生了一定的变化。普通滤料组的优势细菌主要包括丰佑菌属、Flavihumibacter和norankfMNG7,改性滤料组的优势细菌主要包括硝化螺菌属、腐螺旋菌科、厌氧绳菌科和鞘脂单胞菌科,而硝化螺菌属等细菌在转化养殖水体中氮元素起着关键的作用,说明研发的改性滤料更有利于功能性细菌的生长及富集,进而可提升生物滤器的硝化性能。

新型流化床生物滤器处理海水养殖废水性能研究

为提升流化床生物滤器的水处理性能,优化滤器的工艺运行参数,研制了新型流化床生物滤器,并以玻璃珠为填料,将该生物滤器应用于斑石鲷循环水养殖系统,探讨了其对养殖水体中营养盐和有机物的去除效果。结果表明:新型流化床生物滤器实现了床层高度的稳定,避免了滤料的流失,优化了滤器内部的流态。在海水养殖工况下,新型流化床生物滤器经过一个月的自然挂膜,可实现滤器的成功启动。通过扫描电镜观察,挂膜前后生物膜载体表面发生了显著的变化。流化床生物滤器的硝化作用主要发生于床层的底部,表层对其贡献率不显著。在稳定工况下,新型流化床生物滤器对TAN、NO_2^--N、BOD_5和SS的去除率分别达到了(48.7±5.23)%、(64.28±9.88)%、(59.19±4.98)%和(40.06±10.21)%,对TAN的平均去除负荷达到了(245.2±50.5)g/(m^3·d)。本生物滤器硝化性能及稳定性优于常规生物滤器,可为该滤器在循环水养殖系统中的高效运行和应用提供一定的技术支撑。

挂膜方式对流化床生物滤器启动及细菌群落结构的影响

为探讨挂膜方式对流化床生物滤器的启动时间及其对微生物群落结构的影响,了解流化床生物滤器的净水机制,并将其应用于中华鲟循环水养殖系统中,研究自然挂膜法和接种微生态制剂2种挂膜法工况下滤器的启动时间,并采用焦磷酸测序方法,分析不同时期滤器中微生物群落结构的变化。结果显示:采用接种微生态制剂挂膜法滤器启动的时间显著短于采用自然挂膜法。挂膜初期,两种挂膜方式下滤料载体表面微生物种类较少,其优势细菌都是厚壁菌门;生物膜成熟后,采用自然挂膜法的滤器中细菌群落的多样性显著高于采用接种微生态制剂培养法,并且群落结构更加稳定,筛选出的功能性细菌的比例也高于采用接种挂膜方式,如黄杆菌属和紫色非硫细菌等,表明采用自然挂膜法更利于流化床生物滤器的稳定运行。

工厂化循环水养殖中臭氧/紫外线反应系统的水处理性能

为增强臭氧在水产应用的安全性,满足工厂化循环水养殖对有机物去除和水体消毒的需要,该文开发O3/UV反应系统。通过试验方法研究该系统臭氧投加溶解区适宜的臭氧投加流量和处理量的关系、紫外辐射剂量配比等工艺参数,及对水质净化效果和水体消毒灭菌效果的影响等。试验结果表明:1)在满足所需水中溶解臭氧浓度的条件下,采用较低臭氧进气流量和较高进水流量有利于提高系统的臭氧溶解率和利用率。该系统在水流量为5 m3/h,臭氧投加量为(8.78±0.60)g/h时可得到水中臭氧溶解质量浓度为1.53 mg/L的臭氧水,臭氧溶解率为82.7%,臭氧利用率为97.7%。2)增加紫外灯的功率和数量均可提高对臭氧的去除率,但增加紫外灯的数量对其性能提升效果更明显。该系统在紫外剂量为1 996 MJ/cm2,对残留臭氧的去除率为83.82%。3)该系统对紫外消光度、总有机碳、水色等指标的去除率相比单独使用臭氧分别提升109.95%、89.77%和51.44%,杀菌率可达97%以上,实现工厂化循环水养殖低臭氧残留条件下的有机物有效去除和消毒杀菌。

生物絮团技术在水产养殖中的作用研究综述

生物絮团技术(Biofloc Technology,BFT)是解决当前集约化水产养殖资源和环境问题而产生的可持续水产养殖技术之一,通过调节水体中的碳氮比(C/N),进而实现净化水质,提高饲料中蛋白质的利用率及养殖对象抗病力的功能。该文从BFT的概念、组成及形成条件等方面,对BFT在水产养殖中的应用现状进行了分析,重点总结了BFT对养殖对象的生物防治作用,并展望了BFT未来的发展及研究方向。

臭氧对循环水养殖水体水质的净化效果及机理研究

为了探讨臭氧对循环水系统养殖水体水质的净化效果及作用机理,开展3种不同臭氧投加量对水体中有机污染物和氨氮、亚硝酸盐等作用影响的试验,并在此基础上对净化机理进行分析。结果显示:臭氧优先与有机污染物发生反应,其次为亚硝酸盐,然后才是氧化氨氮;臭氧对有机物的去除是选择性的,优先降低UV_(254)和水色,对于COD和DOC处理效果不明显,但能显著提高养殖水的可生化性; 15 mg/L的臭氧投加量可取得较经济适宜的净化效果,对于UV_(254)、亚硝酸盐、水色、COD分别可降低73. 86%、92. 35%、37. 52%和16. 43%,并将DOC/UV_(254)比值升高到448. 86 (cm·mg)/L,显著提高养殖水的可生化性。研究表明:臭氧氧化技术在养殖水体净化处理中发挥了良好作用,针对不同情况选择适宜的臭氧投加量对于提高净化处理效率有重要意义。

不同养殖模式下俄罗斯鲟肌肉营养成分的比较与分析

为了了解循环水养殖系统养殖条件下鱼类肌肉的营养成分,开展鱼类品质调控研究。本研究比较了循环水养殖系统养殖条件下与池塘拟野生条件下俄罗斯鲟肌肉的常规营养成分、氨基酸和脂肪酸组成,并进行对比评价。结果表明,两种条件下俄罗斯鲟肌肉中一般营养成分不存在显著差异,均检出17种氨基酸,氨酸酸各组成成分含量方面两者无显著差异。氨基酸评分(AAS)和化学评分(CS)结果显示:循环水系统养殖条件下第一限制性氨基酸均为蛋-胱氨酸,赖氨酸在必需氨基酸中评分最高,必需氨酸基指数(EAAI)循环水组高于池塘组。循环水组检出20种脂肪酸,池塘组检出14种脂肪酸,两者脂肪酸总量无明显差异,脂肪酸各组成成份有较大差异,其中二十二碳六烯酸(DHA)循环水组显著高于池塘组。综上所述,循环水养殖系统养殖条件下俄罗斯鲟肌肉的营养价值不低于池塘拟野生条件下的俄罗斯鲟。

循环水养殖系统中饲养密度对罗非鱼幼鱼生长及经济效益的影响

为探讨养殖密度对循环水养殖系统中罗非鱼幼鱼的影响,选取了同批次的罗非鱼幼鱼进行50天的饲养,测定了4组不同养殖密度梯度下幼鱼的生长指标的变化,并计算了不同工况下的经济效益。结果表明,养殖密度对罗非鱼幼鱼的生长有一定的影响,随着养殖密度的增大,幼鱼的成活率及最终平均体重和体长都呈现出下降的趋势,特定生长率、日平均增重、生长效率、肥满度等生长指标也显示出相似的规律,高密度最低的A组各生长指标显著高于密度最高的D组,密度过高会抑制罗非鱼幼鱼的个体生长速度。养殖经济效益分析表明C组产量最高,是较适宜的养殖密度。

鲟鱼工厂化循环水养殖系统设计及运行效果

针对目前中国淡水工厂化循环水养殖系统建设和运行成本过高,推广应用受到一定程度制约的问题,在自主研发斜管重力滤沉淀装置、内循环流化床反应器、一体化臭氧接触反应器等水净化设备的基础上,通过应用物质平衡相关原理,精确设计、确立不同阶段系统关键运行参数,建立一种高效节能的鲟鱼工厂化循环水养殖系统。通过96 d养殖试验,结果显示,鲟鱼摄食和生长情况正常,养殖密度平均(41.2±2.3)kg/m^3,存活率95.8%,饲料系数1.17。日换水量在5%以下,水质情况良好,氨氮和亚硝酸盐氮后期稳定控制在(0.80±0.21)mg/L和(0.38±0.12)mg/L;系统平均日耗电量为33.3 kW·h,平均产出1kg鲟鱼耗电7.30 kW·h。系统运行具有低能耗、高效率的特点,可为鲟鱼循环水养殖提供技术支撑。

PVA-PVP共混填料在循环水养殖水处理中的应用研究

针对目前工厂化循环水养殖水处理工艺中常规生物过滤工艺使用聚乙烯填料对氨氮去除效率低、硝酸盐氮累积严重的问题,研发制作一种PVA-PVP共混填料。当填料比重为0.4051g/cm3时,所含成分中聚乙烯含量为90%~91%,聚乙烯醇(PVA)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的含量分别为3%~4%和2%~3%。将该填料与生物移动床技术相结合,并集成在俄罗斯鲟鱼循环水养殖水处理系统中,比较了高、中、低3种溶解氧条件下填料在挂膜期和成熟期对三态氮的去除效果。结果表明:使用PVA-PVP共混填料的实验组生物滤器对三态氮的平均去除率均显著高于对照组;进水溶解氧浓度对滤器水净化效果的影响显著,低溶解氧条件下滤器对氨氮和亚硝酸盐氮的平均去除率最高、分别为25.76(±9.26)%和22.28(±9.25)%,高溶解氧条件下滤器对硝酸盐氮的平均去除率最高、达11.52(±14.23)%。可见,PVAPVP生物填料作为生物膜载体对氨氮和硝酸盐氮均具有良好的去除效果,以此作为传统聚乙烯生物填料的升级能够进一步提升工厂化循环水养殖系统的性能和可靠性,推动产业升级和推广应用。

工厂化循环水养殖系统中pH维持系统研究

为精确调节循环水养殖系统中水体的pH,使鱼类生长在最适宜环境中,建立了一种新的pH维持系统。系统采用新型控制算法,通过向养殖水体持续加碱,将水体中的pH维持在一个稳定的数值。试验设定pH的目标值为7.4,采用组态软件运行将PID、TCP、预判等多种计算相结合的算法来改变计量泵的输出流量,通过计量泵向调节池中持续注入碳酸氢钠(NaHCO3)溶液,以平衡水体中碱的消耗,最终将系统水体的pH长时间稳定在7.4±0.01的范围内。本pH维持系统能实现对循环水养殖系统中水体pH的精确调控,对维持水质的稳定及促进鱼类的健康生长具有重要意义。