人工湿地除氮作用及其调控虾塘的氮收支状况

论文摘要

目前我国对虾养殖主要采用高密度、高换水率的精养与半精养方式,养殖废水基本不做处理便排放到周围水域,不仅加重天然水体的富营养化,而且也给养殖业带来诸多不利和潜在危害。因此,研究与开发低碳、高效、环保的养殖废水处理新模式为当务之急。本文在开展辅助性试验,获得相关数据与实践的基础上,通过生产性试验,重点研究了人工湿地循环处理凡纳滨对虾塘水的去氮效果与特点,初步探讨了湿地静止状态去氮作用动力学以及湿地调控虾塘的氮收支状况。人工湿地包括三个功能区,斜坡区、挺水植物区、蓄水池,试验期间于养殖中期（65d,76 d）、后期（91 d）分别以湿地系统循环处理E7虾塘10h、20h,处理水量分别为虾池总水量的15%与30%,湿地水力负荷（HLR）1.65 m/d,水力停留时间（HRT）0.42 d。湿地运转期间,对各种形态氮和CODMn显示了一定的去除效果,对TAN、NO-2 -N、NO3--N、TN、CODMn去除率分别为37.9%、22.7%、8.0%、26.7%和14.7%,其中TAN、TN达到极显著去除（P<0.01）,NO-2 -N达到显著去除（P<0.05）,其余指标去除不显著（P>0.05）。第三次循环处理结束后,湿地静止144 h期间,挺水植物区显示了对废水中各种形态氮具有良好的去除效果,虾塘废水静留挺水植物区6 h、12 h、18 h、24 h后,对TAN、NO2--N、NO3--N、TN分别去除17.5%、26.7%、25.8%、25.9%,均达到极显著去除（P<0.01）。循环处理前虾塘水总氮（TN）主要成分为无机氮（TIN）,静留湿地期间,TIN逐通过硝化与反硝化等作用去除,静留约52 h后,TON成为TN的主要组分;在静留144 h期间,TN随静留时间延长而下降,最终去除57.9%。虾塘废水静留挺水植物区期间,NO2--N、NO3- -N、TN去除符合一级反应动力学方程:Ct=C0exp（-kt）,k值分别为0.0362 h-1、0.0291 h-1、0.0090 h-1。饲料为人工湿地调控虾塘（E7）与对照塘（E8）氮总输入的主要途径,分别占氮总输入的92.4%和90.6%;E7收获虾与沉积物为氮总输出主要形式,分别占氮总输出33.3%和30.8%,通过人工湿地循环截留氮占氮总输出6%,其中斜坡区和挺水植物区截留氮占湿地总截留氮63.7%;E8沉积物为氮输出主要形式,占氮总输出48.9%,收获虾所占比例为29.2%。在养殖周期内,E7与E8主要水化学指标均控制在凡纳滨对虾安全生长范围内。E8养殖到70余天,由于微囊藻爆发,于77 d终止养殖;在养殖周期内（94 d）,E7经3次（65 d、76 d、91 d）湿地循环处理,使微囊藻与病原微生物得以有效控制,获得良好养殖效果,收获虾体重与体长分别为9.45 cm与9.01 g,单位水体产量6.17 t/hm2,E7收获虾体重与体长分别为6.85cm与3.45g,单位水体产量2.83 t/hm2。人工湿地与试验塘中的微泡增氧机与净水网联合应用,在不换水、不用药条件下,在养殖周期内,可确保虾塘主要水化学指标控制在对虾安全生长范围内,并有效抑制微囊藻的暴发,获得良好的养殖效果。此外尚进行了关于湿地调控凡纳滨对虾养殖塘溶氧收支状况与室内不同养殖水量与养殖时间对凡纳滨对虾生长及酶活性的影响以及养殖密度对罗氏沼虾生长影响等辅助性小型试验研究。通过试验明确了凡纳滨对虾养殖塘主要好氧因子为水柱呼吸,其次为虾呼吸,而通过湿地调控虾塘具有更强的溶解氧调控能力,以及有效出去虾塘中微囊藻的危害。关于养殖水量对凡纳滨对虾生长的小型试验发现,对于底栖虾类,采用较多养殖水量,池内设置隐蔽物可获得更佳的养殖效果。各组氮磷主要输入源均为饲料,其中有28.7%37.6%氮和11.5%14.0%磷被虾体利用,其余均进入水层、沉积物以及少部分被网片吸附转化,最后通过排水进入周边天然水域,此是养殖水导致周围水域富营养化的重要原因。可见严格控制投饵量、科学投喂饲料是极为重要的。不同养殖时间凡纳滨对虾生长试验发现,养殖前20 d为虾死亡率最高的时期,50 d之后水质指标开始较明显变差。饲料均为养殖池中氮磷的主要输入形式,且随养殖时间延长,其在氮磷总输入中所占比例逐渐增加;终末水层为氮磷的主要输出形式,随养殖时间延长,凡纳滨对虾对饲料氮磷的利用效率逐渐降低;在养殖4060 d为对虾快速生长期,应增加营养投入,但应注意量的控制。关于养殖密度对罗氏沼虾生长影响的小型试验发现,罗氏沼虾适宜的养殖密度为150400 ind/m3。此外,初步探讨了凡纳滨对虾不同生长阶段肝胰腺消化酶和免疫酶活性变化以及不同养殖水量对于虾肝胰腺消化酶和免疫酶活性影响。上述小型试验结果为主要试验的顺利进行与结果分析提供了实践支撑和科学依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 世界对虾养殖概况
• 1.2 我国对虾养殖发展的主要问题
• 1.3 养殖水体污染简况
• 1.3.1 养殖对环境污染
• 1.3.2 养殖水源污染简况
• 1.4 我国对虾养殖业的可持续发展
• 1.5 本文研究内容和意义
• 第二章 人工湿地除氮作用及其调控虾塘的氮收支状况
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 养殖试验塘、用水与试验虾
• 2.2.2 养殖试验塘设施与管理
• 2.2.3 人工湿地生态系统
• 2.2.4 人工湿地生态系统循环处理虾塘废水方法与技术
• 2.2.5 样品采集与测定指标
• 2.2.6 样品测定方法
• 2.2.7 数据处理方法
• 2.3 结果
• 2.3.1 人工湿地运转期去除虾塘废水中氮的状况
• 2.3.2 静止湿地挺水植物区去除氮与CODMn作用随时间的变化状况
• 2.3.3 湿地静止期间挺水植物区总氮组成随时间的演变状况
• 2.3.4 人工湿地去氮动力学
• 2.3.5 养殖周期养殖塘不同形态氮的变化状况
• 2.3.6 养殖塘氮收支情况
• 2.4 讨论
• 2.4.1 人工湿地运转时的去氮效果
• 2.4.2 静止人工湿地的去氮特点
• 2.4.3 人工湿地静止期处理水氮存在形式变化特点
• 2.4.4 湿地静止期间不同形态氮去除动力学
• 2.4.5 氮收支分析
• 2.5 结语
• 第三章 湿地调控凡纳滨对虾养殖塘溶氧收支状况研究
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 试验塘与设备
• 3.2.2 人工湿地及其循环处理虾塘水工艺
• 3.2.3 试验幼虾和用水
• 3.2.4 虾池产氧量与耗氧量测定
• 3.2.5 底泥耗氧测定
• 3.2.6 虾呼吸耗氧量选用
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 虾塘各水层毛产氧量与水呼吸耗氧量
• 3.3.2 虾塘全水柱毛产氧量与耗氧量
• 3.3.3 虾塘溶解氧收支平衡状况
• 第四章 室内不同养殖水量对凡纳滨对虾生长的影响
• 4.1 前言
• 4.2 材料方法
• 4.2.1 试验池和养殖用水
• 4.2.2 试验用虾与养殖管理
• 4.2.3 试验设计与水质等测定
• 4.2.4 测定方法
• 4.2.5 数据处理方法
• 4.2.6 数据分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 养殖池水质变化状况
• 4.3.2 对虾生长状况
• 4.3.3 不同养殖水位对氮磷收支影响
• 4.3.3.1 养殖池氮磷输入状况
• 4.3.3.2 养殖池氮磷输出状况
• 4.4 结语
• 第五章 不同养殖时间凡纳滨对虾生长与虾池水质、氮磷收支状况
• 5.1 前言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 试验池和养殖用水
• 5.2.2 试验用虾与试验设计
• 5.2.3 试验管理
• 5.2.4 水质指标测定方法
• 5.2.5 数据处理
• 5.3 结果讨论
• 5.3.1 养虾池水化学指标随养殖时间的演变状况
• 5.3.2 不同养殖时间对虾体长与体重、体长和养殖天数关系
• 5.3.3 不同试验组体重和养殖天数的关系
• 5.3.4 成活率与养殖天数的关系
• 5.3.5 试验池氮磷收支
• 5.3.5.1 试验各组氮磷输入情况
• 5.3.5.2 试验各组氮磷输出情况
• 5.4 结语
• 第六章 室内罗氏沼虾幼虾养殖密度对水质与生长的影响
• 6.1 前言
• 6.2 材料与方法
• 6.2.1 试验池与养殖用水
• 6.2.2 试验用虾
• 6.2.3 试验管理
• 6.2.4 水质指标测定方法
• 6.2.5 数据处理
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 不同养殖密度对养殖试验池水质的影响
• 6.3.2 不同养殖密度对生长的影响
• 6.3.3 试验虾体长与体重、体长与养殖天数的关系
• 6.4 结论
• 第七章 凡纳滨对虾酶活性随生长与养殖水量的变化
• 7.1 前言
• 7.2 材料与方法
• 7.2.1 试验池和养殖用水
• 7.2.2 试验用虾与养殖管理
• 7.2.3 试验设计
• 7.2.4 酶测定方法
• 7.2.4.1 蛋白质量测定
• 7.2.4.2 蛋白酶活性测定
• 7.2.4.3 淀粉酶活性测定
• 7.2.4.4 脂肪酶活性测定
• 7.2.4.5 超氧化物歧化酶和碱性磷酸酶活性测定
• 7.2.5 数据分析
• 7.3 结果与分析
• 7.3.1 不同养殖阶段凡纳滨对虾酶活性变化
• 7.3.2 不同养殖水量对凡纳滨对虾酶活性影响
• 7.4 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢