生态鱼缸的构建及其水质净化效果研究

郏菁菁+武涛

摘 要 为了解决养鱼过程中不断换水以及产生的污染问题，本研究顺序进行了鱼、鱼+生态系统、鱼+生态系统+复合填料层以及鱼+生态系统+复合填料层+水生植物四组实验，分别从浊度、pH、CODMn、NH4+-N以及TP五个方面对比研究了不同处理系统条件下水体的水质变化情况，结果表明：在只有鱼的系统中，由于鱼类的代谢以及多余饲料的腐败，会产生一定量的污染物，使得水体的水质恶化；但是通过引入生产者以及分解者等，构建相对完整的水生生态系统之后，系统对于水体的污染具有一定的恢复作用，但是作用效果有限；在增设了复合填料层之后，由于填料层与水生生态系统的物理、化学以及生物作用，水体中的污染物得到有效的去除，水体基本恢复到原自来水水质；最后在系统中增设水生植物，在产氧的基础上，其根系能有效的吸附一些污染物质，还能进一步的美化室内环境。研究证明，鱼+生态系统+复合填料层+水生植物的构成的生态鱼缸系统，不仅能实现系统内部的微循环，有效的控制水体污染，还能实现水体的自身循环利用，不仅省去了换水的麻烦，还能节约用水，是一套实用并且美观的家庭养鱼系统。

关键词 生态鱼缸；复合填料；水体微循环

中图分类号 Q958.116

文献标识码 A

文章编号 1674-6708（2016） 154-0061-03

在养鱼过程中，鱼类自身会排出废物，加之饲料等发生腐败现象，会导致鱼缸中水质不断恶化，因此需要经常换水，稍有不慎，将会带来鱼类的死亡，给养鱼爱好者们增加了很多麻烦。近年来，生物填料不仅在污水处理方面有了较大的进步，在微污染水源水处理领域也有了一定的应用。本来选取了几种常用的填料，在鱼缸中组建填料吸附层，并在填料表层种植一种水生植物，力求构建一个能够自我循化，自我净化的生态鱼缸，不仅能够减少换水带来的工作量，还能实现节约用水，美化环境。

1 实验材料和方法

1.1 实验材料

1） 养鱼用水

本次实验研究采用的养鱼用水为自来水，自来水在使用前于通风处静置48小时，去除其中的余氯以及可能对鱼类生存产生危害的物质。水质分析情况如表1。

2） 鱼类及其饲料

本实验中所使用的鱼为水产养殖市场购买的长状况良好的斑马鱼和鰟鮍鱼。而采用的饲料也是商贩根据长期养鱼经验提供的最为合适的人工合成薄片饲料，饲料中含有蛋白质、纤维、脂肪、各种维生素和微量元素等。

3） 填料

本实验选取了3种填料组合而成的复合填料进行实验，复合填料自上而下依次为多孔玻璃陶瓷环（5cm）、机制颗粒活性炭（5cm）、火山石（5cm）。各种填料粒径如下：多孔玻璃陶瓷环为环形中空结构，外径1.5cm，长1.5cm，壁厚1.6mm；火山石直径2cm～4cm；机制颗粒活性炭为圆柱体结构，高度为3cm，直径5mm。

1.2 实验装置

本研究中所搭建的装置如图l所示。

如图1所示，该实验装置的构建分为4个阶段，每个阶段进行一组实验。在第一组实验装置中，仅投放斑马鱼和鳑鮍鱼，并在鱼缸壁安置一下小型静音曝气机第二组实验装置中，为了构建一个相对完整的水生生态系统，引入了苹果螺、田螺和黑壳虾作为分解者，并在池底铺设了活性炭和水草泥，在其表面种植了适量的苦草、黑藻、金鱼藻和蜈蚣草等水生植物；第三组实验装置中，在水面以上构建了一个复合填料层，在池底加设了潜水泵，将鱼缸中的水提升，使其经过填料层后重新回归水体，并在填料层侧面搭建了一个小型的太阳能光板，以便给潜水泵供给能量；第四组实验装置在第三组的基础上，在填料层表面种植了根系发达的香菇草。

1.3 实验方法

本次实验设置了4个实验组。第一组中仅投加鱼类；第二组为鱼+生态系统，通过引入前文提到的生产者，消费者和分解者，构建一个相对完整的生态系统：第三组为鱼+生态系统+复合填料，在鱼缸中构造一个15cm厚的混合填料层；第四组为鱼+生态系统+复合填料+水生植物，在复合填料表层，引入适量的水生植物。以上四组实验，第一、二组实验时间为1周，以便保证鱼类的正常存活，第三、四组每组进行时间为2周。前2周去鱼缸中的混合水样进行检测，后面4周取循环泵出水进行检测，测定鱼缸中的水质状况。

1.4 水质分析方法

本次实验主要分析鱼缸水体中浊度，pH，CODM。，NH4+-N和TP的情况，对比不同实验处理阶段的水质状况。测量方法如表2所示。

2 结果与讨论

2.1 浊度的变化情况

随着时间和处理组的不同，鱼缸中的浊度变化如图2所示。

从图2中可以看出，第一组实验中，随着时间的推移，鱼缸中的浊度明显上升，这是由于鱼类的排泄物以及饲料发生腐败，进入水体形成小颗粒悬浮于水体中，导致浊度上升。随着第二者实验的进行，鱼缸中的浊度有所下降，这是因为构建了一个相对完整的生态系统之后，鱼类的排泄物以及腐败的饲料被引入的分解者分解，使浊度下降，但是在第二者实验的后期，浊度变化不明显，说明生态系统对于水体中的浊度去除有一定上限。第三组实验中，搭建一个复合填料组成的滤层之后，系统的浊度再次下降，这是因为循环水体在经过填料层后，水体中引起浊度的物质被填料所吸附拦截，使水体的浊度下降。可以看到，经过第三组实验的处理之后，水体的浊度基本恢复到自来水的水平。在第四组实验中，水体的浊度长期维持在一个较低水平。对照四个实验组可以得出，一个完善的生态系统对于水体的浊度具有一定的缓解作用，但是效果有限，而构建一个复合填料层，可以很大程度的解决养鱼水体的浊度问题。

2.2 pH的变化情况

随着时间和处理组的不同，鱼缸中的pH变化如图3所示。

从图3可以看出，第一组实验中，随着时间的推移，鱼缸中pH逐渐下降，这是由于鱼类的排泄物以及饲料发生腐败，产生一些酸性物质，进入水体，导致水体pH逐渐下降。随着第二组实验的进行，鱼缸中水体的pH有所回升，但是在第二组实验进行4d之后基本达到稳定，说明生态系统的构建，对于水体的pH有一定的调整作用，但其效果受到限制。随着第三组实验的开展，水体的pH快速回升至接近原自来水的pH。并且第四组实验过程中，水体的pH一直维持在原水pH附近。这是因为随着水体的循环，水体中的腐败物质被复合填料层截留，而下层的相对完整的生态系统对于水体的pH具有一定的调节作用，随着时间的推移，水体的pH能够逐渐的恢复到原来水平。

2.3 CODMn的变化情况

随着时间和处理组的不同，鱼缸中的CODMn变化如图4所示。

从图4可以看出，第一组实验中，随着时间的推移，鱼缸中CODmn明显上升，这是由于鱼类的排泄物以及饲料发生腐败，产生一些有机物，这些物质进入水体，导致水体中有机物含量增加，从而使CODMn升高。可以看到，经过第一组的实验周期之后，水体的CODMn明显比自来水高，已不适合再进行养鱼活动。随着第二组实验的进行，水体的CODMn值有所下降，这是由于构建了相对完整的生态系统之后，系统中的生产者可以以呼吸作用或者同化作用消耗一部分有机物，分解者也可以分解水体中的有机物，使水体的有机物含量降低，从而使CODMn降低。但是仍然处于一个高于自来水CODMn的水平。随着第三组实验的进行，水体中的CODMn浓度进一步下降，这是由于复合填料层的截留和吸附作用去除了大部分有机颗粒物质，降低了水中的有机物含量。整个第三组实验阶段，CODMn浓度由4.9mg.L-1降至3.4mg.L-1，去除效率为30.61%。在第四组实验进行过程中，水体的CODMn浓度一直维持在3.3mg.L-1左右，仅比原自来水高0.2mg.L-1，水质良好。说明本套系统的构建对鱼类生活环境的改善作用效果非常明显。

2.4 NH4+-N的变化情况

随着时间和处理组的不同，鱼缸中的NH4+-N变化如图5所示。

从图5中可以看出，第一组实验中，随着时间的推移，鱼缸中的NH4+-N浓度逐渐上升，这是由于鱼类的排泄物以及饲料发生腐败分解，进入水体，导致NHNH4+-N浓度大幅度上升。由初始水体的0.7mg.L-1快速上升至第七天的3.80mg.L-1。随着第二者实验的进行，鱼缸中的NH4+-N浓度逐渐降低，这是由于引入的水生植物以及分解者，能一定程度吸收NH4+-N，但从第10天开始效果不明显，说明水生生态系统的自净有一定的限制。第三组实验中，搭建一个复合填料组成的滤层之后，系统的NH4+-N浓度明显下降，这是因为循环水体在经过填料层后，填料对氨氮有明显的吸附作用。并且，在填料层中，还生长着大量的微生物，可以利用NH4+-N发生一系列包括同化、氨化、硝化反硝化在内的微生物活动，从而实现NH4+-N的去除。可以看到，经过第三组实验的处理之后，水体的NH4+-N浓度维持在1.Img.L-1左右。在第四组实验中，水体的NH 4+-N浓度稍有降低，维持在0.9mg.L-1左右，可以看到，经过第四组实验处理后，水体中的NH4+-N浓度基本恢复正常。说明复合填料以及水生植物的添加，可以很大程度的解决养鱼水体的NH4+-N浓度升高问题。

2.5 TP的变化情况

随着时间和处理组的不同，鱼缸中的TP变化如图6所示。

如图6所示，第一组实验中，随着时间的推移，鱼缸中的TP浓度逐渐上升，这是由于鱼类的排泄物以、多余饲料腐败以及含磷有机物分解，进入水体，导致TP浓度上升。随着第二组实验的进行，水体中的TP浓度迅速下降，这是由于生态系统中的沉水植物对TP具有很好的吸附作用，从而使得水体中的TP迅速得到去除。在第三组实验中，填料对TP同样具备很好的吸附效果，从而使得水体中的TP基本得到去除，恢复到原自来水的TP水平，即接近于Omg.L-1。并且在第四组实验中，TP浓度一直维持在Omg.L-1左右，说明整套系统的搭建对于TP的去除效果非常好。

3 结论

通过上述四组实验研究，本文可得出如下结论。

1）在家庭养鱼的过程中，由于鱼类排泄以及多余的饲料腐败等原因，养鱼的水体水质会逐渐变差，导致家庭养鱼需要经常的换水，不仅增加工作量，还会造成水资源的浪费，以及产生大量的养鱼废水。

2）通过构建适宜鱼类生存的生态系统，可以一定程度上缓解由于类排泄以及多余的饲料腐败等造成的水体污染现象，但是水体水质仍与原自来水水质有一定的差距，仍需要定期换水。

3）研究证明，鱼+生态系统+复合填料层+水生植物的构成的生态鱼缸系统，不仅能实现系统内部的微循环，养鱼过程中所产生的污染物基本可以在系统内部得到有效的去除，不仅实现了水体的净化，还能使水体自循环，省去了频繁换水的麻烦，还能节约用水，是一套实用、有效、美观的家庭养鱼系统。