玻璃轻石在循环水养鱼中的应用研究

董翔　李静　宋雨贤

摘  要：习近平新时代中国特色社会主义思想的提出，特别是坚持新发展理念、坚持人与自然和谐共生、坚持在发展中保障和改善民生，为循环水的应用实施提供了重要的理论基础。工厂化循环水养殖模式是解决环境污染、提高水产品质量的有效途径，以“循环水养鱼技术”为核心的封闭循环水水产养殖提高了渔业发展水平，成为实现渔业增长方式转变的有效途径，符合节能、环保，节地、节约用水的经济发展方向。

关键词：生态  循环水  玻璃轻石  池塘养殖

中图分类号：S959                              文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）01（c）-0080-03

Abstract： The proposal of Xi Jinping Thought on Socialism with Chinese Characteristics for a New Era provides an important theoretical basis for the application and implementation of recycled water， especially for adhering to the new concept of development， maintaining harmony between man and nature， and ensuring and improving people's livelihood in the course of development.The model of industrial circulating aquaculture is an effective way to solve environmental pollution and improve the quality of aquatic products.It has raised the level of fishery development and the effective way to realize the transformation of fishery growth mode， which conforms to the economic development direction of energy conservation， environmental protection， land saving and water saving.

Key Words：Ecological; Circulating water; Glass pumice; Pond farming

1  項目背景及淮安市现状

当前中国经济已进入由高速增长阶段转向高质量发展阶段，这对国内不同区域实现高质量发展提出了新的要求，作为长江经济带和大运河文化带上的重要城市，淮安市坚持生态优先、绿色发展，自觉遵循“共抓大保护、不搞大开发”战略导向，全力推动建设淮河生态经济带，着力推进全流域生态建设与环境保护，打造淮河生态经济带示范区;大力实施主体功能区战略，明确生态功能分区，加强生态保护和自然修复，提高生态产品供给能力。马头镇是国家级“台湾农民创业园”核心区、江苏淮安国家农业科技园核心区，境内水网纵横，是黄河、淮河、运河交汇之地，在新时期发展过程中，水环境保护和优化任务艰巨，马头镇的全面发展不仅对淮安市实现高质量发展起着重要作用，对江苏省乡村振兴和美丽乡村建设起着重要的示范作用。

淮安市水产科学研究所早在2001年即开始了循环水养鱼技术的研究，2003年取得了相关技术的国内领先的研究成果，成功申请两项国家发明专利，建成的 “生态型工厂化养鱼系统”已安全运行近10年，该系统运用新型过滤材料、人工湿地和微生物制剂作为水处理的主要手段，是一套具有中国特色的养鱼系统。该系统养殖用水循环利用，养殖过程不使用任何药物，是名副其实的节能、节水、环保、高效的新型水产养殖方式。

生物净化水处理技术是工厂化循环水养殖系统的核心，主要是利用微生物将水体中的氨氮转化为氮气排出系统，其技术关键是微生物的同化和异化作用。因此，生物填料作为微生物赖以栖息的场所，生物膜的载体，其材质、结构、比表面积对生物膜的性能有重要影响。生物填料在生物反应器中作用十分重要[1]。其性能好坏将直接影响水处理效果，主要需考虑以下3个方面。

（1）高效性。填料需生物亲和性好、有较大比表面积，在填料的有限体积内根据生物接触氧化的厌氧和好氧的不同要求构造不同的功能区，使厌氧、好氧、兼性厌氧反应同时高效地进行。

（2）低成本、无生物毒性，污水处理量大，用量大、价廉且易得的填料。

（3）兼顾环保、绿色、可重复利用等特性。

近几年通过对废弃的玻璃进行改性，制备成多孔悬浮生物填料-玻璃轻石，为废弃物的资源化利用提供可靠的途径。玻璃轻石作为一种新型的无机材料，由于其与水土相融和多孔质轻抗压等特性，在废水处理，城市绿化在绿色“海绵”工程中逐渐显示的独特功能和明显效果。

玻璃轻石处理养殖水的原理：玻璃轻石是较好的微生物菌吸附载体，表面和内部均有密集的气泡和微孔，由于水体中存在大量的细菌、真菌、放线菌、土壤原生动物等生物种群的生存和繁衍，无时不刻地将水中的有机物分解，微生物的生存需要氧气，利用玻璃轻石的多孔通气性能，于微生物结合后，将玻璃轻石做成玻璃轻石填料球，撒入水中，使水体进行曝氧，通过增加水体氧气的方法来促进好氧细菌的生长繁殖，已达到增加和加快分解水中有机污染物的目的。玻璃轻石作为微生物的载体，可实现微生物负载量大，与载体结合牢固，不易脱落，并能保持优势菌群、将微生物吸附在玻璃轻石上，由于载体上可以提供不同的微环境，适合于不同种群的微生物菌群的代谢活动，利于各种菌群的分布和繁殖。玻璃轻石在生态循环水处理中既可用于反滤池的过滤材料，又可用于人工湿地、人工浮岛的建设[2]。

2  玻璃轻石在循环水养鱼技术中的应用研究

利用玻璃轻石材料优越的吸附性质和悬浮性质，与微生物制剂配合，实现其在生态型循环水养鱼工厂中、封闭循环水池塘养殖中进行水处理的应用研究技术，该技术使用的玻璃轻石价格低廉，无毒环保，是名副其实的节能、环保、高效的新型水处理技术[3]。

2.1 玻璃轻石在生态型循环水养鱼工厂中的应用研究

下面主要分析玻璃轻石作为生物填料，并作为生物载体在养殖水中高效、稳定运行的应用技术研究。研究玻璃轻石启动挂膜和稳定运行过程中的脱氮除磷效果以及生物膜微生物群落组成结构等方面的特性，分析了不同运行参数对轻石填料在渔业水处理运行效果的影响规律，为填料在水处理污染控制中的应用提供了一定的思路和依据。优化以玻璃轻石为生物载体移动床的工艺形式、工艺参数，设计用玻璃轻石建立人工湿地，选择种植合适的水草，优化以玻璃轻石建立人工湿地进行水生态修复的工艺参数。从而形成以玻璃轻石为填料在生态型循环水养鱼工厂中高效处理水的应用新工艺和新技术[4]。

2.2 玻璃轻石在封闭循环水池塘养殖中的应用

下面主要进行研究玻璃轻石作为过滤材料，并作为生物载体在封闭循环水池塘养殖中高效、稳定运行的应用技术研究。基于新型的玻璃轻石填料为研究对象，从提升污水的脱氮除磷、COD效率入手，结合现代生物学技术，研究玻璃轻石填料生物膜结构特性、微生物群落分布等微观特性，探讨填料在废水处理中有机物、氮磷等主要污染物去除的影响规律，构建基于轻石填料在处理中强化脱氮除磷的最佳工艺特征与控制策略。设计用玻璃轻石建立人工湿地，种植水草，研究水草的种类对水中氨氮、硝态氮、总磷等参数的影响。优化以玻璃轻石建立人工湿地在封闭循环水池塘养殖中的应用研究的工艺参数[5]。同时使用玻璃轻石作为浮岛载体构建人工浮岛，选择合适的浮岛固定装置和材料，研究浮岛在水面的摆放方式和固定方式，以及植物的选择和移栽。形成以玻璃轻石为生物填料在封闭循环水池塘养殖中应用的新工艺和新技术。

2.3 玻璃轻石在封闭循环水池塘养殖中的应用技术方案

该技术方案设计的工艺流程见图1。

封闭循环水池塘养殖工厂的的主要作用单元为以下方面。

（1）過滤装置。以用玻璃轻石为主要原料。

（2）微生物制剂。

（3）人工湿地。

人工湿地和人工浮岛将由处理能力强的水生植物、底栖的水生动物和有益微生物组成，面积占养殖面积的20%。对于面积较大的水域，可采用人工浮岛和人工湿地结合的方式。使用人工浮岛，可节省土地的使用面积[6]。

使用玻璃轻石为基质在池塘上面建立生态浮岛，生态浮岛由若干个浮岛单体组成，浮岛单体主要包括浮体框、水生植物、太阳能曝气单元和生物膜载体单元。浮体框材质可为高分子材料，浮体框内填充负载有微生物的玻璃轻石，在玻璃轻石内种植水生植物，浮岛上方设置有曝气机，利用曝气机曝气，能够局部活化水质，增加水体流动性，提高水中含氧量。

3  结论

利用玻璃轻石优越的吸附性质，与微生物制剂配合，实现其在生态型循环水养鱼工厂中、封闭循环水池塘养殖中进行水处理的应用研究技术，该技术使用的玻璃轻石价格低廉，无毒环保，是名副其实的节能、环保、高效的新型水处理技术。该技术既解决了池塘养殖用水的净化问题，又能使池塘养殖由静水养殖变为动水养殖，甚至流水养殖，既节约了养殖用水，又大大提高了池塘的生产效力，是“生态型循环养殖技术”又一应用尝试，是对目前传统池塘水产养殖革命性的改变，将对渔业增长方式的改变起到重要的引导作用。将这种环保的生物填料应用推广于养殖业循环水的处理中，将对构建绿色、循环式工厂化养鱼体系具有很重要的意义，同时对于玻璃轻石的应用可对以下关键技术难点进行深入研究。

3.1 玻璃轻石与微生物结合在过滤池中的应用

利用玻璃轻石填料的质轻、大比表面积的特性，与微生物结合后，研究玻璃轻石填料在反滤池中用于养殖循环水处理中的应用。研究启动挂膜和稳定运行阶段对有机物、氮磷污染物的去除效果，探究不同的运行参数对玻璃轻石填料在渔业循环水处理运行效果的影响规律。

3.2 玻璃轻石与微生物结合在人工湿地中的应用

利用吸附了微生物的玻璃轻石建立人工湿地，选择种植合适的水草，优化以玻璃轻石建立人工湿地进行水生态修复的工艺参数。湿地系统中的含氮化合物主要包括有机氮、无机氮和颗粒氮。氮的去除作用通过植物根系组织的吸收、填料吸附沉降及生长在植物、填料表面的微生物氨化、硝化和反硝化过程。研究水体因素如温度、pH等的影响。

3.3 玻璃轻石与微生物结合在人工浮岛中的应用

使用玻璃轻石作为浮岛载体在池塘上面构建人工浮岛，选择合适的浮岛固定装置和材料，研究浮岛在水面的摆放方式和固定方式，以及植物的选择和移栽。形成以玻璃轻石为生物填料在封闭循环水池塘养殖中应用的新工艺和新技术。

参考文献

[1] 魏娜娜，于萍.新型环保材料玻璃轻石的生产、应用现状和发展建议[J].玻璃，2020，47（4）：53-57.

[2] 杨正俊，邹昀，高传超，等.玻璃轻石混凝土砌块孔型优化设计分析[J].混凝土与水泥制品，2019（3）：68-70.

[3] 郝建春.废玻璃变轻石打造绿色“海绵”工程新资材[J].中国新技术新产品，2016（3）：145-146.

[4] 蔡秀萍，王杏龙.水解酸化-MUCT组合工艺处理畜禽养殖废水试验[J].黑龙江畜牧兽医，2017（14）：69-71.

[5] 王飞超.玻璃轻石—土壤混合体水分入渗及氮、磷再分布过程研究[D].西安理工大学，2018.

[6] 刘旭栋.畜禽养殖废水COD组分表征及其工程实践意义[D].重庆大学，2017.