秸秆生物炭基在淡水养殖水治理中的应用研究

文_涂海滨 上海江柘环境工程技术有限公司

本研究采用的生物碳基人工鱼礁技术，是在传统人工鱼礁的基础上添加秸秆生物炭，构建具有大比表面积、高度吸附能力和微生物附着能力的秸秆生物炭基人工鱼礁。同时实现秸秆的资源化，提高了人工鱼礁的强度、透气性、吸附性和生物亲和性。把人工鱼礁打造为微生物生长乐园，并通过这些微生物降解、吸附和同化作用提高水中氮、磷的去除作用，同时为鱼、虾类等提供繁殖、生长、索饵和庇敌的场所，达到净化水质，提高养殖产品数量和质量的目的。

本研究在上海逸佳水产养殖专业合作社和金山区丰泽淡水鱼种场这两个实施基地来进行秸秆生物碳基新材料在淡水养殖中的应用研究，养殖水域面积共约300亩，其中建设了4座投加生物碳基人工鱼礁的试验塘，内无人工鱼礁的对比塘2座，其余均为普通养殖塘。

本研究对发展都市绿色渔业，推动水产养殖转型升级起到推进作用，同时为区域水环境的治理和改善提供工程示范。

1 试验部分

1.1 秸秆炭基生物新材料的制备

本研究利用生物炭（采用植物秸秆制备）和泥沙，按照一定的配比度，在一定温度下(＜200℃)进行水热合成，并形成规格为350mm×350mm×100mm（厚度）的中间开孔生物砖，并利用这些含秸秆生物炭基生物砖来构造人工鱼礁。

合成人工鱼礁采用水热法所需温度较低(＜200℃)，对泥沙自身的微孔结构破坏较小，泥沙的大部分组成不变，生物炭的多种性质也保持不变，最终产品依然保持原有的多孔性和生物亲和性；水热反应产物托勃莫来石为材料提供较高强度，能保证人工鱼礁的稳固和寿命；由于人工鱼礁原料的亲和性在反应后依然能得到保持，因此其对水体的污染与混凝土材料相比将大大降低；生物炭及生成的托勃莫来石的多孔性，能满足微生物的附着，其吸附作用和净化效果可实现养殖水体环境的生态修复，满足鱼类生长对水质的需求。

1.2 试验方法

实验物种为南美白对虾，设4座试验塘，2座对比塘。试验塘与对比塘基本条件相同，塘的水域面积均为7.5亩，水深约1.2m，塘底及塘堤均无硬化措施，养殖塘进水为同一条进水渠道，进水水质基本相同。其中试验塘中采用秸秆生物炭基新材料构建人工鱼礁，试验塘1至4的人工鱼礁构建面积分别占养殖塘水域面积的40%、30%、20%和10%，对比塘1及对比塘2采用传统养殖方式，内无人工鱼礁等附属设施。

试验塘及对比塘的虾苗投放量均为3.5万尾/亩，在整个养殖周期中，采用相同的投喂方式进行人工养殖。

1.3 取样分析方法

本养殖周期自2019年6月25日开始投放虾苗，2019年7月10日开始取得第一批水样样本，以后每隔约两周取样1次，送专业检测机构进行化验分析。

水样的污染物含量CODcr、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)和总磷(TP)分别按照GB11914-89、GB7479-87、GB11894-89、GB11893-89进行测定。

2 结果与讨论

2.1 养殖塘水中CODcr去除效果

每个鱼塘水质中CODcr浓度数据如表1所示。在整个养殖周期中，养殖塘水的CODcr浓度出现较大的波动；从平均值来看，试验塘相比于对比塘的CODcr浓度低15.9%～27.3%，且4个试验塘的CODcr浓度平均值均小于2个对比塘的CODcr浓度平均值，可见秸秆生物炭基人工鱼礁对水产养殖尾水CODcr的去除有较好效果。

表1 试验塘和对比塘水质CODcr数据 (mg/L)

2.2 养殖塘水中氨氮去除效果

每个鱼塘水质中氨氮浓度数据如表2所示。在整个养殖周期中，养殖塘水的氨氮浓度出现较大的波动；从平均值来看，试验塘相比于对比塘的氨氮浓度低37.3%～72.1%，且4个试验塘的氨氮浓度平均值均小于2个对比塘的氨氮浓度平均值，可见秸秆生物炭基人工鱼礁对水产养殖尾水氨氮的去除有良好效果。

表2 试验塘和对比塘水质氨氮数据 (mg/L)

2.3 养殖塘水中总氮去除效果

每个鱼塘水质总氮数据如表3所示。在整个养殖周期中，养殖塘水的总氮浓度出现较大的波动；从平均值来看，试验塘相比于对比塘的总氮浓度低14.2%～30.0%，且4个试验塘的总氮浓度平均值均小于2个对比塘的总氮浓度平均值，秸秆炭基人工鱼礁对增强水产养殖尾水总氮的去除有良好效果。

表3 试验塘和对比塘水质总氮数据 (mg/L)

2.4 养殖塘水中总磷去除效果

每个鱼塘水质总磷数据如表4所示。在整个养殖周期中，养殖塘水的总磷浓度出现较大的波动；从平均值来看，试验塘相比于对比塘的总磷浓度低5.8%～20.7%，且4个试验塘的总磷浓度平均值均小于2个对比塘的总磷浓度平均值，秸秆炭基人工鱼礁对增强水产养殖尾水总磷的去除有良好效果。

表4 试验塘和对比塘水质总磷数据 (mg/L)

3 结语

本研究利用植物秸秆和泥沙为原材料，不仅解决了泥沙堆积和秸秆焚烧带来的环境污染问题，同时也因地取材，整个生产过程节能环保，生产成本降低。

在污染物吸收降解方面，通过放置以秸秆生物炭基新材料构建的人工鱼礁，能够有效提高氮磷去除率，降低养殖水体对周围环境的污染，具有良好的生态效益。

分析养殖塘水部分批次污染物浓度波动的原因主要有以下两个方面：一是在取样过程中要注意避开饵料投加时间和地点，以免饵料投加造成养殖塘水化验指标出现偏差；二是在取样过程中适当注意天气变化，避免如下雨等天气过程中，由雨水将空气中的污染物或地表径流带入的污染物造成化验指标出现偏差。