养虾废水净化技术分析

养虾废水净化技术分析

20 世纪中叶以来,世界水产养殖业迅猛发展。我国是世界第一水产养殖大国,水产养殖量占世界总产量的70% ,20 多年来养殖产量已经超过捕捞产量。对虾作为深受广大人民群众喜爱的高蛋白海产品,其人工养殖的成功给人类带来了很大的希望。为解决不断增长的蛋白质需求和过度捕捞给野生虾类资源及其他水生动物所带来的压力等问题开辟了新的途径。然而对虾养殖废水的大量排放,在污染近岸海域生态环境的同时,反过来也制约了水产养殖业的可持续发展。近年来,在渔业养殖过程中使用水生植物作为生物过滤器净化水质,进行生态循环养殖,国内外学者进行了许多探索和研究,并取得良好效果。我国劳动人民自古就有鱼菜共生等养殖模式的发明和实践,在淡水养殖中,可作为生物过滤器的水生植物种类十分丰富 ,但在海水养殖中,可供选择用作生物过滤器的材料十分有限,基本只有大型海藻。大型海藻由于生活史的特殊性,其在夏季繁殖期过后藻体腐烂分解,所以此时基本没有材料可用作海水渔业废水的生物过滤器。

北美海蓬子(Salicornia bigelovii Torr. ) 隶属于藜科、盐角草属,原产于北美沿海盐沼中,是美国亚利桑那大学的科学家经过十几年筛选驯化出的生存力强、具有较高经济价值的盐生植物品种,对盐度适应范围广,可达5 ~ 50。作为高等绿色开花植物,其在夏季高温季节依然生长旺盛,可以弥补大型海藻作为生物过滤器的不足。国外有学者将其作为生物过滤器构建湿地,处理海水渔业养殖废水。

生态浮岛技术是一种水环境治理与水生态修复相兼顾的实用技术,最早美国生态学家Gurney 在加拿大雁水上漂浮式人工巢的研究是生态浮岛应用研究的雏形。经过近30 年的发展,国内外生态浮岛技术有了很大发展和应用,其制作材料和形式多种多样,可随实际需求而改变。本研究尝试以生态浮岛形式将北美海蓬子种植于南美白对虾高效生态循环养殖系统的净化池内,探索北美海蓬子浮岛种植技术和其生长特征,并搭建小型管道式无土栽培系统,测定北美海蓬子对养虾废水中N、P 等营养物质的吸收,以阐明北美海蓬子净化养虾废水的作用机理,以期为北美海蓬子在对虾生态循环养殖模式中的应用提供理论基础。

1 实验部分

1. 1 北美海蓬子浮岛种植技术研究

北美海蓬子浮岛种植实验地点选在浙江永兴水产种业有限公司高效生态循环养殖系统的C1# 塘(东经120°51′51″北纬27°50′50″ )。该养殖系统是一个以高位池养殖南美白对虾为主的多品种、多生态位结合的循环养殖系统。C1#塘为露天池,属净化池之一,水面面积约0. 5 ha,距海边约2 km,受风浪影响不大,池水盐度保持在12 ~ 20。

1. 1. 1 浮岛载体制作

实验选择高密度聚苯乙烯泡沫作为浮岛载体,聚苯乙烯在250 ℃以上高温才会分解为单体,产生挥发性气体。本实验选用的高密度聚苯乙烯泡沫板属挤塑板,强度较高不易发生分解和霉变,不含挥发性有害物质,化学性质稳定。

浮岛载体采用高密度聚苯乙烯泡沫板,每片泡沫板长度82 cm,宽度82 cm,厚度15 cm,距离泡沫边缘5 cm 处开始打栽培孔,每片泡沫上均匀打栽培孔16 个。每个栽培孔上口径14 cm,下口径12 cm,深度14 cm,接近底部区域呈弧度,形如碗状,栽培孔底部中间打通,留孔径5 cm 的透水孔,泡沫板共1 500 片。

1. 1. 2 浮岛固定方式

浮岛布设前在池塘中每隔8. 2 m 预埋长3. 5 m 水泥桩11 根,其中地下深埋1. 5 m,地上预留2. 0 m,作为固定浮岛的立桩。

立桩布设完成后,在池塘岸边将泡沫板搭建成8. 2 m × 12. 3 m 的大片,相邻的泡沫板上下两面均用配套的卡扣连接后,再用ϕ2 mm 的防腐尼龙绳绑扎;然后将大片浮岛放置到实验池水面,在固定桩的位置将固定桩插入浮岛中间进行固定,再将相邻的大片浮岛用配套的卡扣连接起来,最后将整片浮岛外围采用DN 75 的PVC 管作为框架进行加固,PVC 管采用胶水粘接,并用ϕ2 mm 的防腐尼龙绳与泡沫板绑扎。浮岛面积约1 008 m2 ,长82 m,宽12. 3 m。

1. 1. 3 北美海蓬子播种及栽培管理

栽培孔中放入直径为14 cm 软塑料培养钵,培养钵中装入容量约为2 /3 的种植土,池塘中的水通过栽培孔底部的透水孔渗进栽培孔的土壤中,待栽培孔中土壤完全湿透,即可进行播种,播种时只需将种子均匀撒入栽培孔即可。

2014 年3 月初,在每个栽培孔中播种北美海蓬子种子约20 粒。约2 周左右,即可见到北美海蓬子发芽幼苗。北美海蓬子生长期间,只需定时除去栽培孔中的杂草,对幼苗过密或过疏的地方进行适当间苗或补苗,保持每个栽培孔中2 ~ 3 颗幼苗。2014 年11—12 月,根据种子成熟状况,分批收割北美海蓬子植株,晾晒,收集保存种子。

北美海蓬子种子成熟期长,成熟状况参差不齐,早期成熟的种子散落下来。温州冬季十分温暖,因此浮岛上的种子很快又会萌发,此时需要及时清除栽培孔中的海蓬子残枝,以利新的植株生长。因此温州地区浮岛种植北美海蓬子,只需第一年进行播种,此后在新一轮生长过程中,只需根据生长状况定时进行除草、间苗和补苗等工作,基本无需其他管理。浮岛北美海蓬子生长期间,基本没有发现病虫害,完全不需要农药化肥。

1. 1. 4 浮岛北美海蓬子生长特征及产量估算

2015 年3—7 月间,每隔5 ~ 6 d 测量并记录北美海蓬子株高,定期采集部分植株测量株高株重,7 月中旬随机收割10 片泡沫板上的北美海蓬子植株(不含根部) 进行产量估算。

1. 2 北美海蓬子净化对虾养殖废水的实验研究

为了解浮岛北美海蓬子净化对虾养殖废水的机理和效果,在南美白对虾高位养殖池旁边构建小型管道式无土栽培系统,进行北美海蓬子净化养虾废水的实验研究。管道式无土栽培系统包括培养架、水箱、潜水泵、水管、定植篮和定植海绵等,每个培养架上有72 个定植孔。

首先在光照培养箱中,进行北美海蓬子催芽育苗及幼苗培育,待北美海蓬子幼苗长至约1. 5 cm 时,移至小型管道式无土栽培系统中,以养虾废水进行培养。实验期间,根据水质情况,每3 ~ 12 d 更换一次培养水。在夏季中午高温或雨季,以防雨棚遮挡防护。

1. 2. 1 北美海蓬子对养虾废水中氮磷吸收速率的研究

将养虾废水装入管道式无土栽培系统的水箱中,以潜水泵将其泵入栽有北美海蓬子的培养架循环管中,进行培养。培养期间,每隔一定时间(0、3、6、9 和12 d, 根据测定情况调整) 取水样,根据钼酸铵分光光度计法(GB 11893-89) 测定TP、碱性过硫酸钾消解紫外分光光度计法(GB 11894-89) 测定TN、次溴酸氧化法测定NH4+ -N、重氮—偶氮法测定NO2- -N、锌-镉还原法测定NO3- -N、钼蓝法测定PO4^3- -P。

在对虾养殖过程中,不同生长阶段虾的代谢率和投饵量不同,养殖水体中的营养盐浓度变化较大,但总体来说,营养盐浓度都很高。实验分两组进行,分为中等营养盐和高营养盐养虾废水组,以没有定植北美海蓬子的培养架作为空白对照组。每天定时测量培养水的盐度,并适当补充蒸馏水,以保持实验期间盐度恒定。

1. 2. 2 北美海蓬子对不同形态氮优先吸收的测定

以200 μmol·L - 1 的浓度,将氯化铵(NH4+ -N)、亚硝酸钠(NO2- -N)、硝酸钾(NO3- -N) 加入管道式无土培养系统的水箱中( PO4^3- -P 浓度为20 μmol·L - 1 ),进行循环培养,开始实验。每隔6、24、48、72 和96h 取水样,分别测定其中NH4+ -N、NO2- -N、NO3- -N 和PO4^3- -P 的浓度。实验共进行2 次,以没有定植北美海蓬子的培养架作为空白对照组。

1. 2. 3 北美海蓬子对养虾废水氮磷去除效果的研究

2015 年7 月中旬,收获浮岛上种植的北美海蓬子植株,将其带回实验室内,60℃烘干,样品经消解后,以纳什比色法测定植株TN 含量,钼酸铵分光光度计法测定植株TP 含量;结合浮岛海蓬子种植面积和产量,估算北美海蓬子从养虾废水中移除的氮磷总量。

1. 2. 4 统计分析

采用SPSS 18. 0 处理数据,p < 0. 05 视为差异显著。

2 结果与分析

2. 1 浮岛栽培的北美海蓬子生长特征及产量

2015 年3—7 月间,定期测量北美海蓬子的株高株重等,并进行回归分析,得到结果见

图1 和图2。

图1 显示,北美海蓬子前期(3—4 月) 生长十分缓慢,5 月份进入快速生长期,6 月下

旬以后平均株高基本不再增加,此时平均株高约69. 5 cm。