简装循环水处理系统处理罗氏沼虾育苗废水的效果

张瑞祺 苏建 鞠波 丁福江 戴习林

摘要：【目的】探索適用于羅氏沼虾苗种培育的工厂化循环水处理模式，为提高罗氏沼虾苗种生产效益提供技术支撑，以促进罗氏沼虾养殖业的可持续发展。【方法】应用自行设计与装配的简装循环水处理系统对罗氏沼虾育苗废水进行处理再利用试验，以总氨氮（TAN）、亚硝态氮（NO2--N）、化学需氧量（COD）、pH等水质指标及细菌、弧菌数量对罗氏沼虾育苗废水的处理效果进行评价。【结果】在育苗早期，简装循环水处理系统处理罗氏沼虾育苗废水的效果不明显，但至育苗后期，其育苗池的各项水质指标均极显著低于靠换水的对照组育苗池（P<0.01），水体pH 8.12～8.14，TAN含量（约0.400 mg/L）仅为对照组的22.1%，NO2--N含量终维持在0.265 mg/L，仅为对照组的56.5%，COD含量维持在11.000 mg/L左右。在整个育苗期间，采用简装循环水处理系统育苗池的细菌与弧菌总量分别为21000和2个/mL，均处于安全范围之内。经21 d育苗运转，4口育苗池均获得30%的出苗率，且罗氏沼虾幼体活性及体色方面无明显差异，但试验组总用水量仅为对照组的50%。【结论】简装循环水处理系统可有效处理罗氏沼虾育苗废水，将育苗池主要水质指标均控制在幼体发育变态的合适范围内，既能提高育苗用水的循环利用效率，又可减少育苗废水外排对环境造成的污染。

关键词： 罗氏沼虾；简装循环水处理系统；育苗废水；水质指标；效果

中图分类号： S969.38 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2016）01-0140-07

Effect of recirculating water treatment system on wastewater in breeding pond of Macrobrachium rosenbargii larvae

ZHANG Rui-qi1， SU Jian2， JU Bo2， DING Fu-jiang 3， DAI Xi-lin1 *

（1 College of Fisheries and Life Science， Shanghai Ocean University， Shanghai 201306， China； 2 Shanghai Shencao Special Fisheries Development Company， Shanghai 201516， China）

Abstract：【Objective】The industrial recirculating water treatment mode suitable for breeding Macrobrachium rosenbargii larvae， in order to provide references for improving breeding benefit of M. rosenbargii larvae and promoting sustainable development of M. rosenbargii aquaculture. 【Method】The self-designed and assembled recirculating water treatment system was used to treat and recycle wastewater in breeding pond of M. rosenbargii larvae. And in production test， the water quality indexes viz.， total ammonia nitrogen （TAN）， nitrite nitrogen （NO2--N）， chemical oxygen demand（COD）， pH， and quantities of bacteria and vibrio were determined. Then treatment effect of recirculating water system on wastewater in breeding pond of M. rosenbargii larvae were evaluated. 【Result】The results showed that， at the early breeding stage， the treatment effect of recirculating water system on wastewater in breeding pond of M. rosenbargii larvae was not obvious； at the late breeding stage， all water quality indexes of treatment group were extremely significantly lower than those of control group （P<0.01）， and pH was 8.12-8.14， TAN content was about 0.400 mg/L， and only 22.1% of that of control group， NO2--N content was about 0.265 mg/L， and only 56.5% of that of control group， COD content maintained at around 11.000 mg/L. Furthermore， during all breeding periods， the quantities of bacteria and vibrio were 21000 and 2 strains/mL， respectively， which remained within safety range. After breeding operation of 21 d， four breeding ponds had hatching rate of 30%， with no significant difference in larvae activity and color. But， the overall water consumption of treatment group was only 50% of that of control group. 【Conclusion】The simple recirculating water system can treat effectively wastewater in breeding pond of M. rosenbargii larvae， therefore， the main water quality indexes are controlled within an appropriate range， so as to improve efficiency of water utilization and decrease environmental pollution caused by effluent discharge from breeding pond.

Key words： M. rosenbargii； simple recirculating water treatment system； wastewater from breeding larvae pond； water quality index； effect

0 引言

【研究意义】近年来，罗氏沼虾（Macrobrachium rosenbergii）已成为我国养殖的主要淡水虾类品种，在水产养殖产业中占据重要地位（陈马康，2000），但至今在一些地区仍采用高密度、高換水率与频繁施药等粗放的育苗模式，导致其养殖水环境恶变，病害频发，生产成本大幅上升（舒廷飞等，2001；臧维玲等，2004）。良好的生态环境是水产养殖业生存与发展的前提和必要条件，因此，改进罗氏沼虾苗种培育的传统生产工艺势在必行，也是确保罗氏沼虾产业健康发展的基础保障。【前人研究进展】工厂化养殖循环水处理技术具有节省土地与水资源、有效降低能耗与周围水环境污染的优点（Naylor et al.，2000；王威，2012），施行养殖生产用水的工厂化循环处理再利用是我国水产养殖业的重要发展方向。至今，国内经济虾类养殖育苗中采用循环水处理技术调控水环境的研究已取得一定进展，其报道主要集中在利用水处理设备对养殖废水连续或间歇循环处理再利用的相关研究（臧维玲等，2003，2013；刘晃等，2008；李琦等，2011）。在罗氏沼虾育苗养殖方面，有采用简易设备进行育苗废水的循环处理（臧维玲等，2004），也有将沉淀池、过滤器、臭氧或紫外线消毒器等组成循环水处理系统以控制育苗池水质（辛建美等，2014），均获得良好的育苗效果。【本研究切入点】对虾育苗废水循环处理再利用具有节水、节能及不用药物等优点，但由于设备成本较高、不易操作等原因，至今尚未得到推广应用，有关罗氏沼虾工厂化循环处理育苗用水的研究也鲜见报道。【拟解决的关键问题】应用自行设计与装配的简装循环水处理系统对罗氏沼虾育苗废水进行处理再利用试验，探索适用于罗氏沼虾苗种培育的工厂化循环水育苗模式，为提高罗氏沼虾苗种生产的社会效益、经济效益和生态效益提供技术支撑，以促进罗氏沼虾养殖业的可持续发展。

1 材料与方法

1. 1 试验池设施及其用水

试验在上海郊区上海申漕特种水产开发公司科研基地进行，选用9号育苗车间的177#和178#育苗池（7.0 m×3.5 m×1.2 m）为试验池，107#和108#池为对照池，池底铺设不锈钢热水管道（加热控温），并放置15个气泵连续曝气。试验用水为当地河水经预沉淀与漂粉精消毒等初步处理、化学成分严格调配，且经升温后才导入育苗池。

1. 2 循环水处理系统及其工艺流程

两套相同的简装循环水处理系统均由筒式过滤器、紫外线杀菌器和生物滤器等自行设计组合而成，试验期间分别用于循环处理177#和178#育苗池水。其中，生物滤器为自行设计制作（0.75 m×0.40 m×0.40 m），由两个底部具孔的塑料滤箱上下相叠而成（图1），塑料箱上层铺设两张纤维网以滤去大颗粒物，其下放置生物环（厚度15 cm）；塑料箱下層放有生物球（厚度15 cm）。育苗池循环水处理工艺流程：育苗池水由水泵（功率1000 W）泵入筒式过滤器，再按序经紫外杀菌器、生物滤器处理后返回育苗池（图2）。育苗期间据水质与幼体状况，间歇式适时启动简装循环水处理系统处理育苗池水。

1. 3 罗氏沼虾育苗管理

育苗试验池（177#和178#）与对照池（107#和108#）分别注入80 cm深的人工调配水，恒温28 ℃，连续曝气，然后各育苗池放养由上海申漕特种水产开发公司自产的罗氏沼虾幼体500万尾（Z1），以后随幼体发育期增长相应增加水温与水量（陈文静等，2001）。根据蚤状幼体发育期将育苗周期分为3个阶段，在各阶段进行不同的饲育和循环水处理：早期（1～5 d，Z1～Z3）只投喂卤虫；中期（6～12 d，Z4～Z6）开始投喂蛋羹，并逐渐增加投喂量；后期（Z7～仔虾）以投喂蛋羹为主，辅以卤虫。试验池育苗过程中仅排污，不换水、不用药，为保持水位仅补充蒸发及系统运行所损耗水量；对照池采用传统换水与加药方式管理，换水量与时间视水质和幼体状况而定，其余事项与试验池相同。定时观察幼体发育变态、摄食、活力与死亡状况。

1. 4 水质指标测定方法

简装循环水处理系统的最佳流量为6 m3/h。随着蚤状幼体逐渐长大及投喂饵料种类与数量的变化，育苗池中幼体代谢物及残饵种类与数量也发生相应变化，且颗粒加大，水质逐渐下降。据此，简装循环水处理系统运行时间也相应设为3个阶段：育苗早期（1～5 d）每天系统运行1 h；育苗中期（6～12 d）每天系统运行2 h；育苗后期（13 d出苗）每天系统运行4 h。参照海水分析海洋监测规范（国家质量技术监督局，1998）、水和废水检测分析方法（国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》委员会，2002）测定各项水质指标。总氨氮（TAN）采用萘式比色法测定；亚硝态氮（NO-2-N）采用N-1-奈基-已二胺光度法测定；化学需氧量（COD）采用碱性高锰酸钾法测定；pH以pHB-4型酸度计测定；细菌总量采用平板菌落法进行计数；弧菌总量采用TCBS琼脂培养基平板菌落法进行计数。

1. 5 统计分析

试验数据采用SPSS 13.0软件进行统计，并以单因子方差分析和Duncans进行多重比较及差异显著性检验。

2 结果与分析

2. 1 简装循环水处理系统对育苗池水温与pH的调控效果

由表1可知，育苗过程中启用简装循环水处理系统的试验组与主要靠换水的对照组相比，二者间的水温与pH无显著差异（P>0.05，下同），且均处于罗氏沼虾育苗合适正常范围内（郭叶华，1997）。

2. 2 简装循环水处理系统对育苗池水体TAN的调控效果

由图1可以看出，在育苗前9 d，4口育苗池水体TAN含量均随时间的延长呈波浪式递增，彼此间无显著差异；但从育苗中期开始试验组的两口育苗池水体TAN含量缓慢下降并最终维持在0.400 mg/L左右，对照组育苗池水体TAN含量则一直处于上升阶段，虽然第11 d移池后育苗池水体TAN含量降至0.500 mg/L左右，但因大量投放蛋羹，水质恶化加剧，TAN含量迅速上升，最终高达3.000 mg/L。

由表2可知，育苗早期4口育苗池水体TAN含量无显著差异；育苗中期，试验组的池水体TAN含量显著低于對照组（P<0.05，下同）；育苗后期，简装循环水处理系统净水效果更明显，试验组的池水体TAN含量极显著低于对照组（P<0.01，下同），此阶段试验组的池水体TAN含量仅为对照组的22.1%。可见，简装循环水处理系统能将TAN浓度控制在罗氏沼虾育苗的合适范围内（臧维玲等，1996）。

2. 3 简装循环水处理系统对水体NO2--N含量的调控效果

如图2所示，在育苗前9 d，4口育苗池水體NO2--N含量的变化趋势基本一致；育苗后期大量投喂蛋羹，简装循环水处理系统对NO2--N有显著的消除、转化效果，试验组与对照组间存在极显著差异，试验组的两口育苗池水体NO2--N含量最终控制在0.265 mg/L，仅为对照组水体NO2--N含量的56.5%。

由表3可知，在育苗早期试验组和对照组的池水体NO2--N含量均在0.300 mg/L以下，至育苗后期， 试验组两口育苗池的水体NO2--N含量得到有效控制，而对照组两口育苗池的水体NO2--N含量均高于0.450 mg/L。说明在罗氏沼虾育苗期间，简装循环水处理系统能有效调控水体NO2--N浓度在合适范围内。

2. 4 简装循环水处理系统对水体COD的控制效果

如图3所示，育苗早、中期4口育苗池水体COD含量的变化趋势基本一致，育苗后期试验组的育苗池水体COD含量明显低于对照组，水体COD含量约是对照组的43.3%。水体COD含量较高虽然不会导致罗氏沼虾幼体直接死亡，但水中含有较多的还原性物质，大量消耗水中溶解氧，并释放有毒有害物质（氨、硫化氢等），水质恶化，极易引发其他病害（江敏等，1999）。

由表4可知，简装循环水处理系统对育苗池水体COD有一定的去除、转化效果，特别是育苗后期大量投喂蛋羹，致使育苗池水体COD含量逐渐升高，对照组育苗池水体COD平均含量均超过15.000 mg/L，而试验组育苗池水体COD含量维持在11.000 mg/L左右，说明简装循环水处理系统对高负荷COD水体的处理效果更显著。

2. 5 紫外杀菌器的使用效果

育苗早期，试验组育苗池与对照组育苗池的细菌含量无显著差异；育苗中期，对照组育苗池内细菌量快速增长，试验组育苗池细菌量增长平缓（图4），表明简装循环水处理系统已发挥一定的功效；至育苗后期，对照组育苗池细菌量继续升高，而试验组育苗池细菌量平稳下降，说明简装循环水处理系统处理时间越长，育苗池细菌量下降越明显。由图5可以看出，简装循环水处理系统的紫外杀菌器对控制水体中弧菌量效果良好，可以控制苗池弧菌量在幼体发育变态的安全范围内（叶星等，1998）。综上所述，简装循环水处理系统可有效调控育苗池水化指标与有害微生物含量。

2. 6 育苗效果及节水效果

在整个育苗期内，试验组的177#和178#育苗池未使用任何药物，仅添加排污等损失水，罗氏沼虾幼体发育正常，水质状况较对照组育苗池稳定，育苗水质指标TAN、NO2--N和COD基本能满足罗氏沼虾对水质的要求。经21 d育苗运转，4口育苗池均获得30%的出苗率，且罗氏沼虾幼体活性及体色方面无明显差异，但试验组总用水量仅为对照组的50%，说明将简装循环水处理系统用于罗氏沼虾育苗生产具有极高的可行性。

3 讨论

3. 1 循环水处理系统对育苗池水的调控效果

循环水养殖中的氨氮来自水产动物代谢及饵料的微生物分解，是水体的主要耗氧污染物，能导致水体富营养化（张文艺等，2013）。臧维玲等（1996）研究发现，TAN对罗氏沼虾幼体发育过程中蚤状幼体Z5、Z7、Z9的安全质量浓度分别为2.04、2.26和2.55 mg/L。本研究中，试验组177#、178#育苗池水体TAN浓度在整个育苗期间的变化范围为0.154～1.062 mg/L，远低于TAN对罗氏沼虾幼体发育影响的安全浓度上限，且走势平缓；对照组育苗池在育苗后期其水体TAN浓度已非常接近安全浓度上限，且TAN浓度上升极快。NO2--N能迅速渗透到鱼虾体内，使血液中的亚铁血红蛋白失活，形成铁血红蛋白而失去携氧功能（赵煜和安艳芳，1997）。NO2--N还能降低水产动物抗病能力，增加养殖病害暴发的风险（陆锦天和林惠山，2001）。据臧维玲等（1996）报道，NO2--N对Z5、Z7和Z9安全质量浓度分别为0.64、1.38和1.68 mg/L，即该安全浓度值可作为育苗生产中NO2--N含量的警戒值。本研究中，虽然4口育苗池的水体NO2--N含量均低于警戒值，但试验组两口育苗池水体NO2--N含量在育苗后期最终控制在0.265 mg/L，仅为对照组水体NO2--N含量的56.5%。罗氏沼虾蚤状幼体各发育期及其转变期对同一种物质的耐受性也有所不同，耐受性最强的是Z1，最弱是Z5，Z11变态为仔虾期间也有一个低谷（姜增华等，2009）。试验组育苗池在整个育苗周期中各项水质指标均得到有效控制，尤其是TAN和NO2--N含量在Z5和Z11两个危险期均在安全范围之内。COD能反映水体受还原性物质污染的程度，也是表征水体中有机质含量的一个重要指标（马建新等，2002）。育苗后期，试验池水体COD含量与对照组育苗池出现差异，177#、178#池的COD均值分别为11.378±1.392和11.568±1.486 mg/L，极显著低于对照育苗池。叶星等（1998）报道，罗氏沼虾育苗水细菌总数低于1.1×105个/mL时较安全，超过此范围且弧菌总量达103～104个/mL时极易暴发虾病。在本研究的整个育苗期间，试验组育苗池中的细菌与弧菌总量分别为21000和2个/mL，均处于安全范围之内。水质处理时，紫外线杀菌与传统杀菌方法相比具有无需添加化学药剂、不产生有毒有害副产物、杀菌效率高、操作简单、便于运行管理等特点（G■mez et al.，2007；Guo et al.，2009）。综上所述，在罗氏沼虾育苗生产中应用本研究自行设计的简装循环水处理系统具有极高的可行性。

3. 2 循环水处理系统合适流量的选用

循环水处理流量是影响循环水处理系统对养殖废水净化程度的重要因子，其值又取决于水处理设备的特性、处理水质状况及养殖对象与环境条件等因素（李琦等，2011；李强，2012；臧维玲等，2013；魏小岚等，2013）。对于一套循环水系统，应在推广应用前筛选出对特定养殖条件下最佳的水处理流量。本研究从简装循环水处理系统对育苗池水的净化效果分析，发现整套系统在流量为6 m3/h时对水体TAN、NO2--N有最佳的去除效果，流量为12 m3/h对水体COD有最佳去除效果，且不同流量时紫外杀菌器的杀菌效果也不同，与王建明（2010）、魏小岚等（2013）的研究结果一致。可见，不同流量有效于不同指标，且针对不同养殖环境及养殖对象，因此，循环水处理系统处理养殖用水的流量及时间应灵活控制，根据养殖水体水质特点优化循环水处理系统参数，以达到最佳的循环处理效果。

4 结论

简装循环水处理系统可有效处理罗氏沼虾育苗廢水，将育苗池主要水质指标均控制在幼体发育变态的合适范围内，既能提高育苗用水的循环利用效率，又可减少育苗废水外排对环境造成的污染。

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（責任编辑 兰宗宝）