劉旭佳，王志成，熊向英，梁志輝，王賢豐，姚坤志

(1 廣西海洋研究所，廣西海洋生物技術(shù)重點實驗室，廣西 北海 536000；2 廣西海洋研究所，工程技術(shù)中心，廣西 北海 536000；3 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，湖北 武漢 430070)

工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖具有用水量少、養(yǎng)殖密度高、易于控制生長環(huán)境、飼料利用率高、排放的廢水廢物少、對環(huán)境無壓力或很小、不受外界氣候影響、可實現(xiàn)常年生產(chǎn)的特點[1-3]。中國的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)主要應(yīng)用于鲆鰈類養(yǎng)殖[4]。廣西沿海海域魚類工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖研究還是空白狀態(tài)。隨著城鎮(zhèn)化和沿海工業(yè)的不斷發(fā)展，海水養(yǎng)殖的空間不斷被壓縮，可養(yǎng)殖面積逐漸減少，傳統(tǒng)海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖的港灣水域已基本飽和，研發(fā)、推廣工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)，可推動廣西海水養(yǎng)殖生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，解決沿岸養(yǎng)殖面臨的土地、環(huán)境和生態(tài)等諸多問題。

通過集成海水養(yǎng)殖、生化處理、設(shè)施工程、環(huán)境工程、電器自控、水質(zhì)監(jiān)控等技術(shù)，建立一套適合廣西地區(qū)應(yīng)用的工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)，并使該系統(tǒng)達到循環(huán)用水、節(jié)能、環(huán)保、高產(chǎn)、高效的生產(chǎn)要求。篩選適合于廣西地區(qū)循環(huán)水養(yǎng)殖的海洋魚類品種，根據(jù)南方特點研究出生物凈化技術(shù)，以期為改善廣西沿海生態(tài)環(huán)境、減少養(yǎng)殖廢水對環(huán)境的污染提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 養(yǎng)殖設(shè)施

選取廣西海洋研究所竹林海水增養(yǎng)殖試驗基地B7車間為試驗車間，車間總面積520 m2，原有20口養(yǎng)殖池，經(jīng)改造后用于試驗養(yǎng)殖的水池13口，每口池面積5.1 m×3.4 m(17.34 m2)，養(yǎng)殖水深0.9 m，有效養(yǎng)殖水體15.6 m3/口。自動沉降池2口，蛋白質(zhì)分離器占1口池，生物過濾系統(tǒng)經(jīng)3口池改造，海馬齒浮床和紫外殺菌池1口。選取廣西養(yǎng)殖較多的鞍帶石斑魚(Epinepheluslanceolatus)和珍珠龍躉(pearlgentian)作為試驗魚種[5-6]，養(yǎng)殖周期為2018年8月22日—2018年9月21日。循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)處理流程：魚池→沉淀池→蛋白質(zhì)分離器→生物濾池→海馬齒浮床→紫外殺菌→魚池(圖1)。

圖1 循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of recirculating aquaculture system

1.2 生物過濾池設(shè)計

生物過濾分成A、B、C三個過濾通道(圖2)，每個通道在水流方向上分別有三級生物過濾池，其中A、B兩個通道相同，均采用商品濾料，由珊瑚石作為一、二級生物過濾和生化球作為三級過濾，C通道由珊瑚石作為一級過濾和椰子殼碎作為二、三級過濾。各生物過濾池濾料參數(shù)見表1。珊瑚石、生化球裝于網(wǎng)目孔徑60目、規(guī)格為320 mm×450 mm的網(wǎng)袋后置于生物過濾池中使用，椰子殼碎裝于自制網(wǎng)袋后放入生物過濾池，采用優(yōu)勢菌種法培養(yǎng)生物膜，使用的菌種為廣州東麟環(huán)?？萍加邢薰镜囊嫔苿?，其優(yōu)勢菌種主要為硝化細菌。

圖2 生物過濾池示意圖Fig.2 Schematic diagram of biological filter表1 各生物過濾池設(shè)計方案Tab.1 Design plan of biological filters

濾料名稱規(guī)格生物濾池裝填率珊瑚石孔隙率≥90%吸附率≥80%A、B通道一、二級生物過濾池C通道一級生物過濾池30%生化球?傜f 42 mmA、B通道三級生物過濾池50%椰子殼碎—C通道二、三級生物過濾池70%

1.3 海馬齒浮床設(shè)計

在海邊收集海馬齒，剪取平均長度5～10 cm、莖節(jié)數(shù)3～4節(jié)的枝條進行扦插。海馬齒浮床由塑料網(wǎng)片和泡沫球制成，根據(jù)實驗池面積大小，設(shè)計6個浮床。每個網(wǎng)片約300個扦插植株，保證1～2個莖節(jié)在水面下，利于正常生根。

1.4 養(yǎng)殖管理、水樣處理與分析

1.5 細菌測定

水體游離細菌密度測定：從生物濾池中取水樣1 mL，置于已滅菌離心管中，用滅菌海水分別進行10倍(10×)、100倍(100×)、1 000倍(1 000×)、10 000倍(10 000×)稀釋，取稀釋后樣品涂布于2216E固體平板，每個稀釋度做2個重復(fù)，將平板在30 ℃恒溫培養(yǎng)箱中倒置培養(yǎng)48 h后，選擇菌落數(shù)在30～300個的稀釋度計數(shù)，2個重復(fù)取其平均值。

2 結(jié)果

2.1 COD含量變化

各池COD 質(zhì)量濃度隨時間而變化(圖3)。沉淀池、蛋白質(zhì)分離器處理池、生物濾池A、B、C通道、ABC通道匯總池、海馬齒浮床池、紫外殺菌池處理后的COD質(zhì)量濃度均顯著低于養(yǎng)殖池(P<0.05)，各處理池間均無顯著差異(P>0.05)。數(shù)據(jù)結(jié)果表明，各處理池COD質(zhì)量濃度隨時間表現(xiàn)出整體下降的趨勢。

圖3 各池化學(xué)耗氧量(COD)質(zhì)量濃度的變化Fig.3 Changes in mass concentration of COD in each treatment pond

2.2 營養(yǎng)鹽含量變化

圖4 各池氨氮質(zhì)量濃度的變化Fig.4 Changes in mass concentration of in each treatment pond

圖5 各池亞硝酸氮質(zhì)量 濃度的變化Fig.5 Changes in mass concentration of in each treatment pond

圖6 各池硝酸鹽氮質(zhì)量 濃度的變化Fig.6 Changes in mass concentration of in each treatment pond

圖7 各池磷酸鹽質(zhì)量濃度的變化Fig.7 Changes in mass concentration of in each treatment pond

2.3 生物濾池細菌數(shù)量變化

生物濾池(ABC通道匯總池)細菌數(shù)量變化見圖8。8月28日細菌總量降低，9月6日之后出現(xiàn)升高現(xiàn)象，一直持續(xù)至9月底。

圖8 生物濾池中細菌數(shù)量隨時間的變化Fig.8 Changes of bacterial quantity with time in biological filter

3 討論

3.1 沉淀池對水質(zhì)的影響

3.2 生物濾池對水質(zhì)的影響

生物過濾作為循環(huán)水養(yǎng)殖的核心部分，控制整個養(yǎng)殖系統(tǒng)水質(zhì)和生產(chǎn)能力[12-13]。對于降解養(yǎng)殖水體中的無機氮，截留水體懸浮物，維持養(yǎng)殖水體正常循環(huán)利用起到關(guān)鍵作用[14-15]。王威等[15]對陶環(huán)、彈性毛刷和爆炸棉構(gòu)建的生物濾器進行研究，發(fā)現(xiàn)陶環(huán)和爆炸棉的凈水效果優(yōu)于彈性毛刷濾料。宋奔奔等[16]研究不同濾料對循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)凈化處理的效果，發(fā)現(xiàn)移動床濾料氨氮去除率明顯高于毛刷濾料和結(jié)構(gòu)濾料。王際英等[17]發(fā)現(xiàn)活化爐渣是一種高效價廉的生物濾料，適合在循環(huán)式海水工廠化養(yǎng)殖中應(yīng)用，但其發(fā)揮作用至少需要50 d的熟化。

3.3 海馬齒浮床系統(tǒng)對水質(zhì)的影響

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明，本循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)能減少對外界環(huán)境的依賴，具有養(yǎng)殖水質(zhì)穩(wěn)定、病害少、單位產(chǎn)量高等優(yōu)點，同時能大大降低養(yǎng)殖尾水的排放，與傳統(tǒng)養(yǎng)殖相比，可大幅降低養(yǎng)殖對周圍環(huán)境的壓力，還能實現(xiàn)常年不間斷生產(chǎn)。但是該系統(tǒng)存在運行成本高、能耗大、生物濾池處理不穩(wěn)定等問題，因此，以后還需要在生物濾料選擇、養(yǎng)殖系統(tǒng)和沉淀池設(shè)計以及沉淀物收集處理方面做進一步深入研究，爭取形成規(guī)?；痉娥B(yǎng)殖。

□