3种填料对集装箱循环水养殖废水处理的初步研究

彭 磊， 邢道超， 王惠姗， 舒 锐

(1中国海洋大学水产学院，山东 青岛 266003； 2广州华大锐护科技有限公司，广东 广州514400)

3种填料对集装箱循环水养殖废水处理的初步研究

彭 磊1， 邢道超1， 王惠姗2， 舒 锐2

(1中国海洋大学水产学院，山东 青岛 266003； 2广州华大锐护科技有限公司，广东 广州514400)

集装箱循环水养殖；生物填料；水产养殖废水处理

近年来，随着海洋资源的衰退及海洋污染的加剧，集装箱循环水养殖已成为中国渔业可持续发展的重要组成部分及研究热点，其具有运行成本低、节水、节电、高效及可持续等优势。据报道，1套有效水体为40 m3的集装箱养殖系统年产鱼可达10 t[1]。生物滤池对废水的处理是循环水养殖过程中非常重要的环节，其净水能力的好坏取决于生物填料表面生物膜的附着量及其活性[2-3]。生物填料包括天然生物填料(石英砂、贝壳、竹环)、无机填料(陶粒、硅铝酸盐、活性炭)以及有机高分子填料(聚丙烯，聚丙烯醇缩甲醛)[4]。理想的生物填料应具有比表面积大、密度较小、微生物易于附着、易于反冲洗等特性[5-6]。蔡云龙等[7]通过对生化环、沸石、生化石和碎石的研究发现，沸石去除氨氮效果最好，生化石和生化环次之，碎石最差。徐竟成等[8]通过对页岩陶粒、轻质材料及悬浮填料的研究发现，悬浮填料对氨氮的去除能力较强，但对化学需氧量(COD)的去除效果不佳，轻质填料对氨氮和COD的去除效果都优于陶瓷填料。刘卉等[9]研究发现聚丙烯塑料发泡材料(EPP)无毒无味，可作为生物填料用于集装箱循环水养殖系统中。此外，有些生物填料可以再生，这也引起了学者的广泛关注[10]。

1 材料与方法

1.1试验装置

试验装置为4套封闭式集装箱循环水养殖系统(3套为实验组，1套为对照组，2个生物反应器为同一处理组的2个平行组，每个生物反应器的有效水体均为25 m3)，图1为1套系统示意图。

图1 集装箱循环水养殖系统示意图Fig.1 Schematic diagram of the closed recirculating aquaculture system

填料放置于生物反应器中，水力停留时间为6 h。于2016年6月2日至2016年8月13日在华大锐护东涌实验基地进行试验。

1.2试验材料

EPP填料，无锡杰斯比塑料有限公司；epp填料、悬浮球填料和海绵填料，合肥会通中科材料有限公司(图2和表1)。

图2 各填料外观图Fig.2 Appearance diagram of the various fillers表1 3种填料的相关参数Tab.1 Correlative parameters of the three kinds of fillers

填料种类规格/cm比重/(kg/m3)比表面积/(m2/g)孔隙率/%堆积系数/(个/m3)EPP填料0．410．13867517187悬浮球填料1．580．028097350海绵填料2～523．023．3938000

1.3试验方法

1.3.1 填料吸附细菌实验

取9个300 mL灭菌锥形瓶(A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3)，于生物滤池进水口处取水样，每个锥形瓶加入2 mL水样和98 mL 0.9 %无菌生理盐水，摇匀。稀释104倍后取50 μL涂布于LB培养基，于25℃培养箱中培养48 h，记录菌落数(按平板上菌落数为30～300的稀释度计算每毫升细菌含量)。每个锥形瓶(未稀释104倍)加入相同比表面积的填料(121℃灭菌30 min，A1、A2和A3为0.60 g EPP填料，B1、B2和B3为0.83 g悬浮球填料，C1、C2和C3为10 g海绵填料)，将锥形瓶放于摇床震荡2 h后将填料取出，剩余液体静止15 min后稀释104倍，各取50 μL涂布于LB培养基，于25℃培养箱中培养48 h，记录菌落数。

W=(C0-C1)/C0×100%

式中：W—吸附率，%；C0—菌液初始浓度，CFU/mL；C1—吸附后菌液浓度，CFU/mL。

1.3.2 填料挂膜实验

1.4数据处理

数据均采用平均值±标准差(Mean±SD)的形式表示，并用Excel 和SPSS 21.0对数据进行统计分析。显著水平为P<0.05。

2 结果

2.13种填料对废水中细菌吸附能力的比较

在2 h内，EPP填料对废水中细菌的吸附能力最强，吸附率为62.83%，并且与悬浮球填料和海绵填料的吸附能力存在显著性差异(P<0.05)，后两种填料对细菌的吸附能力差异性不显著(P>0.05)，吸附率分别为49.72%和45.32%(表2)。

表2 3种填料对细菌的吸附量Tab.2 The amount of bacteria absorbed on the three kinds of filters

注：同一列数值的上标不同表示差异显著(P<0.05)

图3 3种填料挂膜启动期间与质量浓度变化Fig.3 The concentration change of N-N(A)and N-N(B)during biofilm cultivation

图4 3种填料处理高浓度养殖废水时与质量浓度关系拟合图

无机氮类型填料类型参数abcR2NH+4-N与NO-2-N(y1=ax2+bx+c)EPP填料-0．061．737-1．3170．947海绵填料-0．0671．961-1．4560．958悬浮球填料-0．0591．792-0．8140．912NH+4-N与NO-3-N(y2=aln(x)+b)EPP填料-5．1216．34—0．931海绵填料-5．0216．42—0．969悬浮球填料-4．7916．05—0．973

3 讨论

3.13种填料对养殖废水中细菌的吸附性能

生物填料对养殖废水中细菌的吸附能力可以影响其挂膜效果[11]。因此，研究不同填料对细菌的吸附特性，可以为集装箱循环水养殖系统选择合适的填料。填料不仅可以影响生物膜的生长、繁殖和脱落，而且还起到截留和吸附养殖废水中悬浮物的作用[12]。倪红等[13]通过对石英砂、活性炭以及火山岩填料的研究发现，2～4 mm的火山岩填料对重组菌pYN-2S有最好的吸附效果。董栋等[14]通过对不同填料吸附细菌速率的研究发现，活性炭>陶粒>白黏土>铝土矿。本研究比较3种填料对养殖废水中细菌吸附能力的差异，结果表明，EPP填料对细菌的吸附能力最强。

由于EPP填料表面较粗糙，有微孔，增加了表面的吸收位点，因此对细菌有较好的吸附效果。悬浮球填料比海绵填料的比表面积要大很多，但两者对细菌的吸附能力差异不显著(P>0.05)，这可能是因为海绵填料的孔隙率较高，提高了比表面积的利用率，以致两者对细菌的吸附能力相近。

的关系

4 结论

□

[1] 卢雁妮.受控式高效循环水集装箱养殖产业扶贫和健康扶贫的“兴义模式”[N]. 黔西南日报,2016-05-07(005).

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[14] 董栋,孙伟,苏建芳,等.铅锌矿选矿废水处理与回用试验研究[J].有色金属(选矿部分),2012(3):28-31.

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Preliminarystudyoneffectsofthreefiltersonthewastewatertreatmentintheclosedrecirculatingaquaculturesystem

PENGLei1,XINGDaochao1,WANGHuishan2,SHURui2

(1DepartmentofFisheries,CollegeofFisheries,OceanUniversityofChina,Qingdao266003,China; 2GuangzhouHuadaReahooCO.,LTD,Guangzhou514400,China)

closed recirculating aquaculture system; biological filler; wastewater treatment in aquaculture system

10.3969/j.issn.1007-9580.2017.05.001

2017-07-12

国家自然科学基金青年基金(31502212)

彭磊(1972—)，男，副教授，研究方向：水产养殖工程。E-mail: penglei@ouc.edu.cn

舒锐(1974—)，男，博士，公司法人代表。E-mail: 1542577840@qq.com

X703

A

1007-9580(2017)05-001-06