中國水產(chǎn)科學(xué)2013年 11 月, 20(6): 1266-1273Journal of Fishery Sciences of China研究論文DOI: 10.3724/5SP.J.1118.2013.01266封閉循環(huán)水系統(tǒng)生物濾池氣水比對水質(zhì)凈化效能的影響黃濱，雷霽霖'，翟介明”，周游”，王峰*,高淳仁'，梁友'1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所,山東青島2660712.山東萊州明波水產(chǎn)有限公司，山東煙臺(tái)2640003.中國海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，山東青島2660034.青島農(nóng)業(yè)大學(xué),山東青島266109摘要:通過在全封閉循環(huán)水系統(tǒng)中養(yǎng)殖半滑舌鰨(Cynoglossus semilaevis Gunthe),研究了不同氣水比對曝氣生物濾池凈化效能，以及對DO、pH值的影響。結(jié)果表明:本試驗(yàn)系統(tǒng)在溫度為(19+1)°C,系統(tǒng)循環(huán)次數(shù)為15次，養(yǎng)殖池Do保持在12 mg/L以上的運(yùn)行條件下，隨著氣水比由0.75: 1~1.50: 1的增加，生物濾池氨氮的去除率由35.0%增加至52.0%, NO2- -N的去除率由8.2%增加至44.6%，氣水比對硝化反應(yīng)影響顯著，但對化學(xué)需氧量COD的去除率影響并不顯著，其平均去除率為10.14%; pH值有增加的趨勢，生物濾池進(jìn)水口到出水口的pH值由7.97增加至8.08;氣水比最佳運(yùn)行參數(shù)為1.25:1. 同時(shí)還發(fā)現(xiàn)1級(jí)生物濾池進(jìn)水口DO接近飽和, 1級(jí)到末級(jí)濾池間DO僅降低了10%左右，系統(tǒng)pH值在7.9~8.1。本研究所獲參數(shù)，可供生物膜法處理養(yǎng)殖循環(huán)水的條件優(yōu)化作參考。關(guān)鍵詞:氣水比;循環(huán)水;多級(jí)曝氣生物濾池;凈化效能中圖分類號(hào): s965文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文章編號(hào): 1005-8737- (2013)06- 1266- -08在海水封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，多級(jí)曝氣生力學(xué)參數(shù)的重要指標(biāo)"。氣水比大小會(huì)直接影響曝物濾池以建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用低、處理水量大、抗沖擊氣生物濾池內(nèi)DO濃度，DO濃度是影響同步硝化反能力強(qiáng)、維護(hù)管理簡單等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。曝氣硝化的一個(gè)主要限制因素24。氣水比與體積容氧生物濾池BAF(Biological aerated filter)的氣水比是系數(shù)KLa成正比關(guān)系,氣水比越大,與溶解氧濃度影響生物硝化速率和有機(jī)化合物分解速率的重要相關(guān)的微生物如碳化細(xì)菌、氮化細(xì)菌、硝化細(xì)菌等,工藝參數(shù)之一。它不僅與系統(tǒng)能耗、運(yùn)行成本有很活性就會(huì)相對增強(qiáng)，但當(dāng)氣水比過大時(shí)，反而會(huì)影高的關(guān)聯(lián)度，還與循環(huán)水處理系統(tǒng)的水質(zhì)凈化效響到下一步處理效果5-6。氣水比的大小，生活污水，能有密切的關(guān)系;在工業(yè)與城市污水處理行業(yè)中,氣水比一般取3: 1~20: 1,而對于一些難以降解的氣水比對工程投資和運(yùn)行費(fèi)用大小有很大影響。本工業(yè)廢水,氣水比可以高達(dá)20: 1~60: 1。但相比研究通過封閉循環(huán)水系統(tǒng)養(yǎng)殖半滑舌鰨的試驗(yàn),之下，在養(yǎng)殖循環(huán)水處理系統(tǒng)中,氣水比的定量研力求找到最經(jīng)濟(jì)的氣水比運(yùn)行參數(shù)。究相對缺乏，封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的水處理工藝與目前國內(nèi)外對曝氣生物濾池氣水比的研究，在-般污水處理不僅在系統(tǒng)工藝與運(yùn)行機(jī)制上有所工業(yè)污水處理和城市污水處理領(lǐng)域中的研究比較不同，水處理指標(biāo)要求也有很大差別，近年來實(shí)際全面和系統(tǒng)。如氣水比不僅為微生物的呼吸提供必生產(chǎn)應(yīng)用中氣水比多憑經(jīng)驗(yàn)值運(yùn)行。因此，量化與須的“臨界氧濃度”，還是各種生物反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)動(dòng)優(yōu)化氣水比的合理配置,不僅為養(yǎng)殖系統(tǒng)生物濾池收稿日期: 2013-02- 28;修訂日期: 2013-05-17.基金項(xiàng)目:公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201003024);鲆鰈類產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(CARS-50-G10).作者簡介:黃濱(1962-), 男,副研究員,主要從事設(shè)施漁業(yè)研究. E-mail: huangbin@ysfri.ac.cn通信作者:雷霽霖，研究員，中國工程院院士,博土生導(dǎo)師. E-mail: leiji@ yfri.ac.cn中國煤化工YHCNMH G第6期黃濱等:封閉循環(huán)水系統(tǒng)生物濾池氣水比對水質(zhì)凈化效能的影響1267運(yùn)行工藝參數(shù)優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù),對我國循環(huán)水養(yǎng)另-路計(jì)量曝氣量。殖節(jié)能增效也意義重大。試驗(yàn)用魚:總共投放體質(zhì)量(640.10士63.30) g.體長(43.10土1.48) cm的半滑舌鰨魚種780尾,分別1材料與方法按1號(hào)池240尾2號(hào)池210尾、3號(hào)池180尾1.1試驗(yàn)系 統(tǒng)與試驗(yàn)用魚4號(hào)池150尾不同密度布放于4個(gè)養(yǎng)殖池中。試驗(yàn)在山東萊州明波水產(chǎn)有限公司試驗(yàn)車間1.2 封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)工藝流程圖1),采用封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)，養(yǎng)殖半滑舌封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。鰨試驗(yàn)。系統(tǒng)水體交換率為18次/d。1.3 養(yǎng)殖試驗(yàn)日常管理，試驗(yàn)期間每天上午8點(diǎn)常規(guī)監(jiān)測并記錄養(yǎng)殖池的水溫、鹽度pH、DO、 ORP、電導(dǎo)率等水質(zhì)指標(biāo),檢查水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)施設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況,根據(jù)水質(zhì)變化情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)控。定時(shí)觀察半滑舌鰨的攝食4號(hào)池3號(hào)池No.4 poolNo.3 pool甲十活動(dòng)、狀態(tài)等情況，餌料全部是進(jìn)口人工配合飼料,日投餌量是根據(jù)魚總體質(zhì)量的千分之六計(jì)量餌料量,分2次(8:00, 20:00)投喂，每次以飽食為準(zhǔn)(即見到魚群基本不再攝食時(shí)停止投喂)。每次投餌完成后3-30 min, 拔起養(yǎng)殖池插拔控制管以便及時(shí)將殘餌糞| 號(hào)池號(hào)池便排出系統(tǒng)外，實(shí)時(shí)添加因排污和蒸發(fā)所損失水量;No 10001No 2DO系統(tǒng)循環(huán)次數(shù)設(shè)定在15次/d,溫度(19+1)°C, 發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)魚狀態(tài)不穩(wěn)定時(shí)，及時(shí)采取減少投餌次數(shù)和人圖1封閉循環(huán)系統(tǒng)生物濾池試驗(yàn)車間平面布置圖為驚擾，測定分析循環(huán)系統(tǒng)水質(zhì)指標(biāo)和細(xì)菌指數(shù)等，1.養(yǎng)殖池,2.弧形篩,3.回水主管道,4.前置紫外線裝置, 5.盡力消除不利因素對半滑舌鰨生理與生長的影響。緩沖調(diào)節(jié)泵池, 6.循環(huán)水泵，7.氣浮凈化池, 8.多級(jí)曝氣生物濾池，9. 后置紫外線裝置，10. 終端水質(zhì)優(yōu)化池, 11. 純氧、臭氧、汽加熱1.4試驗(yàn)設(shè)計(jì)添加管路以原有的生物濾池充氣量為基準(zhǔn),通過調(diào)節(jié)供Fig.1 Fish greenhouse plan of the recirculating aquaculture氣管路的閥門，從30 m'開始每個(gè)梯度增加5 m/n,system1. fish tanks, 2. arc screen, 3. backwater main, 4. lead UV disinfection,氣水比設(shè)定0.75: 1、0.88: 1、1.00: 1、1.25: 1、5. pump pool, 6. circulating water pump, 7. degassing unit, 8. biofilters,1.50: 1等5個(gè)梯度,每個(gè)梯度試驗(yàn)運(yùn)行4 d,相應(yīng)9. rear UV disnfection, 10. dssolved oxygen pool, 11. pure oxygen, ozone,測定系統(tǒng)水質(zhì)指標(biāo)(特別注意氨氮指標(biāo)和pH)和魚steam heating add line的生理指標(biāo)。試驗(yàn)系統(tǒng):養(yǎng)殖池為4個(gè)圓形中心排水的玻璃試驗(yàn)水質(zhì)條件為:水溫(19.19 土0.59)"C，鹽鋼水池，單池面積15 m,養(yǎng)殖水深100 cm,養(yǎng)殖度(25.46士0.83), pH (7.89土0.03)生物濾池水力停水體60 m;生物濾池為4級(jí)曝氣生物濾池，總?cè)莘e留時(shí)間為1.33h。池中臭氧濃度最高添加量時(shí)的60m',第一級(jí)填裝比表面積200m2/m的BIO-ORP達(dá)到389.0 mV。BLOK生物包，第二級(jí)填裝比表面積380 m2/m’的多試驗(yàn)期間，為掌握循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)總氨氮、亞孔網(wǎng)狀生物填料(俗稱方便面填料)，第三、四級(jí)填硝酸氮和COD的變化情況，每隔1天分別對養(yǎng)殖裝比表面積100m2/m3的立體彈性濾料。池出水口氣浮凈化池出水口、各級(jí)生物濾池出水生物濾池采用多孔管曝氣方式,曝氣孔徑為口、前(后)置紫外線裝置進(jìn)水口、前(后)紫外線裝0.8 mm,間距100 mm,總供氣管路上并聯(lián)有2個(gè)進(jìn)置出水口、養(yǎng)殖池進(jìn)水位置的水質(zhì)進(jìn)行采樣分析,氣空氣流量計(jì),型號(hào)LZB-40,一路計(jì)量新增曝氣量,采樣時(shí)間為13:30,每個(gè)點(diǎn)取樣2個(gè),取其平均值。中國煤化工YHCNMH G1268中國水產(chǎn)科學(xué)第20卷污物排出系統(tǒng)外exhaust the sewage養(yǎng)殖池弧形篩緩沖調(diào)節(jié)泵循環(huán)水泵fish tanksarc screenpump poolcirculating water→↑終端水質(zhì)優(yōu)化池臭氧實(shí)時(shí)添加自維護(hù)拆分回流蒸汽補(bǔ)溫調(diào)節(jié)dissolved oxygen poolozone aditionresolution refluxtemperature regulation |↓純氧實(shí)時(shí)溶加后端紫外線殺多級(jí)曝氣生物濾池氣浮分離凈化池Pure oxygendditionrear uv disinfectiobiofiltersdegassing unit↑水質(zhì)在線監(jiān)測on-line新水補(bǔ)充添加風(fēng)機(jī)充氣實(shí)時(shí)排沫至系統(tǒng)外process monitoringmakeup watermakeup airxhaust the spittle圖2封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)水處理工藝流程圖Fig. 2 W ater treatment process of closed recirculation aquaculture system1.5水質(zhì)測定 與數(shù)據(jù)處理方法魚的生長、生理情況等水質(zhì)指標(biāo)的影響,對5個(gè)梯度總氨氮采用次溴酸鈉氧化比色法測定，亞硝氣水比試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表1-表3。氮用鹽酸萘乙二胺分光光度法測定7。化學(xué)需氧由表1、表2可見，隨著氣水比的增加，循環(huán)量采用堿性高錳酸鉀法測定[81。溶解氧、pH、水系統(tǒng)各單元中DO處于接近飽和或超飽和狀態(tài),溫、鹽度、氧化還原電位等水質(zhì)數(shù)據(jù)測定使用YsipH有上升趨勢，生物濾池內(nèi)水生物凈化效能有所professional plus多參數(shù)水質(zhì)分析儀。對所采集的提高。- 般情況下，pH的變化與海水中各種形式數(shù)據(jù)采用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行差異顯著性分的二氧化碳的含量有密切關(guān)系,pH的變化是因?yàn)槲觥Ｓ?jì)算測定數(shù)據(jù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)誤差，以P<0.05高密度養(yǎng)殖系統(tǒng)，CO2積累的途徑主要是魚類的作為差異顯著水平，P<0.01 作為差異極其顯著水呼吸,殘餌、糞便、分泌體液等還原性有機(jī)物質(zhì)平, P>0.05作為差異不顯著水平。的降解; CO2的累積造成池水中HCO3~濃度增大,2結(jié)果與分析且控制了養(yǎng)殖水體較低的pH9。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過2.1不同氣水比狀況 下生物濾池進(jìn)、出水口的水質(zhì)氣水比的增加，可在-定程度上利用生物濾池的指標(biāo)曝氣脫除一部分水中的二氧化碳，使系統(tǒng)pH在為比較不同氣水比對封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)多相對低位上有回升的趨勢。而對于循環(huán)系統(tǒng)生物級(jí)曝氣生物濾池進(jìn)、出水口凈化效能和pH值DO、凈化效能的提高，則得益于氣水比增加提高了表1不同氣水比狀況下生物濾池進(jìn)、出水口TAN、NO2-N、 COD水質(zhì)指標(biāo)變化情況表Tab.1Changes of TAN, NO2-N, and COD in inlet and outlet of bio-filter with different air-to-liquid ratios氣水比NO2-N(mgL-COD/(mgL-)air-to-liquid ratio進(jìn)口 inlet出 口outletR/%進(jìn)口 inlet出口outlet R/% 進(jìn)口 inlet出口 outlet R/%0.75:10.126.08235.00.0208.20.998.0.88:10.153.0.10432.00.0130.0118.51.110.9613.61.00:10.1350.06949.10.0420.038).71.0311.41.25:10.1640.091440.0430.0230.60.901.50:1).1480.0710.0310.02422.10.85 .注:R、Rm、 Re分別為 TAN、NOr-N、COD 的去除率.Note: R, R and Re refer to the eliminating ratios of TAN, NO2-N and COD, respectively.中國煤化工MHCNMH G第6期黃濱等:封閉循環(huán)水系統(tǒng)生物濾池氣水比對水質(zhì)凈化效能的影響1269表2封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)不同氣水比狀況下生物濾池進(jìn)、出水口pH、DO水質(zhì)指標(biāo)變化情況表ab.2 Changes of pH and DO in inlet and outlet of bio-filter with different air-to-liquid ratios氣水比pH溶氧飽和度1% DO of air satuationair-to-liquid ratio進(jìn)口inlet .出口outlet進(jìn)口inlet0.75: 17.978.0394.82.10.88: 17.998.0494.588.5.00: 18.0094.888.61.25 :8.0289.1.50: 18.08 .100.889.2表3封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)各魚池生長的變化及成活率Tab.3 Growth rate and survival rate of the fish in the tank組別group一號(hào)池PoolNo.1=號(hào)池PoolNo.2三號(hào)池Pool No.3四號(hào)池Pool No.4初始體質(zhì)量/kg initial body weight0.663最終體重/kg final body weight1.6441.7861.863增重率/%weight gain rate131.37147.96169.38181初始體長/cm initial length42.64最終體長/cm final length57.02355.6557.7457.6增長率/% growth rate33.7330.5135.4135.08 .成活率/% survival rate92.391.1290.68生物濾池溶氧和攪動(dòng)作用，使水生物膜充分接觸，0.20p十 進(jìn)口inltofiteres =3;社SE, 0.18+出口outlet of filters對生物硝化過程速率和有機(jī)化合物分解速率有提0.16王升作用。因此,在本封閉式循環(huán)水系統(tǒng)試驗(yàn)條件昌0.14.下，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合分析可以初步得出結(jié)論:氣∈0.10導(dǎo)0.08水比在-定范圍內(nèi)對提高封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)0.06水凈化效能有積極作用。s 0.040.022.2不同 氣水比狀況下水處理單元氨氮、NO2-N指0.C標(biāo)的變化分析0.75:10.88:1 .1.00:11.25:11.50:1由圖3和圖4所示，氣水比從0.75:1增至1.50: 1時(shí),生物濾池的進(jìn)口氨氮濃度在0.13~0.16 mg/L,圖3封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中不同氣水比狀況生物濾出口濃度在0.069~0.100 mg/L,去除率由35.0%增池進(jìn)水口與出水口氨氮的變化加至52.0%, 去除效果明顯;生物濾池進(jìn)口的Fig.Changes of ammonia nitrogen in inlet and outlet ofbio-filter with different air to-liquid ratiosNO2-N濃度在0.013~0.043 mg/L， 出口濃度在0.050p +進(jìn)口inlet of fiters0.012~0.038 mg/L,其中氣水比為1.25: 1時(shí)，NO2-N0.045- +出口oulet of fiters. 0.040n=3;社SE .去除率最大為46.6%;特別是氣水比大于1.0以后,s 0.035電0.030去除率顯著增加;但當(dāng)氣水比大于1.25: 1時(shí),z 0.025NO2-N的去除率由46.6%下降到22.1%,有較明顯5' 0.020z 0.015減緩趨勢;試驗(yàn)證明曝氣生物濾池系統(tǒng)，在充足0.0100.005氧氣的條件下，對去除水中氨氮和NO2-N 等有害.75:10.88:11.25:1 1.50:1物質(zhì)方面效果顯著(P<0.01);但水中有機(jī)污染物含量越低，生物凈化的難度越大。2.3不同氣水比狀況 下水處理單元COD指標(biāo)的變圖4封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中不同氣水比狀況生物濾池進(jìn)水口與出水口亞硝酸鹽氮的變化化分析Fig. 4 Changes of nitrogen in inlet and outlet of bio-filter圖5顯示，氣水比從0.75: 1 增至1.50: 1時(shí),with different air-to-liquid ratios中國煤化工YHCNMH G1270中國水產(chǎn)科學(xué)第20卷+氣浮池degassing unit91.12%、90.68%， 成魚平均體質(zhì)量為1 707 g,體n 3; xSE_. 二級(jí)走物濾池second Stage biofilte長57.00 cm,增重率157.43%,增長率33.68%，取r三級(jí)生物濾池three stage biofilter1.11 t. 四級(jí)生物濾池four stage biofilter得了良好的養(yǎng)殖效果。.水質(zhì)凈化池dissolved oxygen pool1.03。綜合分析各項(xiàng)指標(biāo)所得結(jié)果為，當(dāng)氣水比為1.25: 1時(shí),該系統(tǒng)的生物濾池處理水質(zhì)效果最佳。在此條件下，生物濾池出水口水質(zhì)指標(biāo)為: TAN0.75:1 0.88:1 1.00:1 1.25:1 I .50:10.091 mg/L, NO2-N 0.023 mg/L, COD 0.90 mg/L, .氣水比溶氧飽和度為89.1%, pH 8.07。air-to-liquid ratio圖5封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中不同氣水比狀況下各水3討論處理單元COD的變化Fig. 5 Changes of COD in water treatment units with different3.1氣水比對優(yōu)化全 封閉循環(huán)水養(yǎng)殖工藝的影響air-to-liquid ratios過去簡單認(rèn)為海水養(yǎng)殖水處理技術(shù)是在城市各級(jí)生物濾池的COD濃度有下降趨勢,平均下降污水處理技術(shù)的基礎(chǔ)上演化發(fā)展而來的，但實(shí)際幅度為0.10 mg/L; 但由表1可見，隨著氣水比的上循環(huán)水養(yǎng)殖水處理與一般的污水處理，在理念增加，COD去除率在6.1%~13.6%波動(dòng)時(shí),去除率和技術(shù)，上都有著較大的差別。養(yǎng)殖水處理有以下變化幅度僅為7.5%, 且不規(guī)律,這說明不同氣水特點(diǎn): 1) 污染濃度低;2)鹽度高、溶氧高;3)生比對COD的去除率影響并不顯著(P > 0.05)。物處理處于低溫、寡營養(yǎng)狀態(tài); 4)水質(zhì)處理指標(biāo)2.4不同 氣水比狀況下水處理單元pH、DO的變要求高，屬深度處理。由此可見,循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)化分析的深度處理，循環(huán)利用，其本身就比一般的重度由圖6可以看出，隨著氣水比從0.75: 1增至.污染水的處理要困難許多，它不僅對COD、氨氮、1.50: 1,各級(jí)生物濾池的pH有增加的趨勢，生亞氮指標(biāo)要有較高的去除率,同時(shí)還對溫度、pH、物濾池進(jìn)、出水口的pH由7.97 增加至8.08,維氧化還原電位等指標(biāo)有-定的調(diào)控要求，所以兩持了整個(gè)養(yǎng)殖系統(tǒng)的pH始終處于7.5~8.5的適宜者相比差異較大。生物濾池氣水比的曝氣作用也區(qū)間。生物濾池出水口的DO隨著氣水比的增加，因自身水環(huán)境條件和終極指標(biāo)不同而不盡相同，與進(jìn)水口相比溶氧量變化不大,溶氧飽和度僅有因此現(xiàn)行污水處理行業(yè)氣水比對曝氣生物濾池凈82.10%增至89.23%。經(jīng)過6個(gè)月的養(yǎng)殖試驗(yàn),本試化效能影響的研究成果，并不能完全適用于與海驗(yàn)系統(tǒng)4個(gè)池子的成活率分別為93.75%、92.3%、水養(yǎng)殖行業(yè)，氣水比研究的缺失對全封閉循環(huán)水養(yǎng)殖的工藝會(huì)產(chǎn)生-定的影響。因此針對優(yōu)化養(yǎng)電tscond8.10「 +四級(jí)生物濾池four sagegiofitert殖循環(huán)水處理?xiàng)l件進(jìn)行基礎(chǔ)研究,將對生物膜法8.08+-級(jí)生物濾池first stage biofilter物濾池three stage biofitert處理養(yǎng)殖水技術(shù)產(chǎn)生極其重要的指導(dǎo)作用。「n=3; SE玉8.043.2 氣水比對生物濾池溶解氧濃度的影響8.02在封閉式工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中,為了達(dá)到8.00高密度養(yǎng)殖和快速增長高效養(yǎng)殖的目的,目前國內(nèi)7.98大多數(shù)循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)都采用了純氧增氧的方式。‘0.750.881.25.s在循環(huán)水模式下養(yǎng)殖池中溶氧的不斷補(bǔ)充,使養(yǎng)殖池水的DO水平基本處于≥10 mg/L的超飽和狀態(tài)。圖6封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中不同氣水比狀況下各水由表2可以看出，不同氣水比狀況下DO的變化情處理單元pH的變化況,本試驗(yàn)系統(tǒng)中-級(jí)生物濾池進(jìn)水口溶氧飽和度Fig. 6 Changes of pH in water treatment units with different由94.3%增加至100.8%,其均值達(dá)96.14%接近飽和,中國煤化工YHCNMHG第6期黃濱等:封閉循環(huán)水系統(tǒng)生物濾池氣水比對水質(zhì)凈化效能的影響1271一級(jí)到末級(jí)濾池間DO均值僅降低了10%左右，生氧已能滿足硝化細(xì)菌的需要時(shí),溶解氧不再是限制物濾池出口水的溶氧飽和度均值- -直保持在82% .硝化細(xì)菌代謝活性的因素!4。此時(shí)如果繼續(xù)加大氣以上,而在硝化反應(yīng)過程中，將1 g氨氮氧化為硝水比，對氨氨去除率的提高作用不明顯，還會(huì)造成酸鹽氮需耗氧量4.57 g[10); 本試驗(yàn)系統(tǒng)生物濾池浪費(fèi)。試驗(yàn)中氣水比變化對于COD去除率的影響,的最小溶氧質(zhì)量濃度的測試數(shù)據(jù)94.3%，約等于從結(jié)果的數(shù)據(jù)和變化趨勢分析看，僅靠增加氣水比8.5 mg/L(20'C )遠(yuǎn)超過“臨界氧濃度”。通常認(rèn)為,只手段,要大幅度降低COD濃度,對低污染濃度的養(yǎng)需要保持在5.0 mg/L以上,便足以保證生物膜上微殖用水作深度處理是相對困難的;另外也證實(shí),當(dāng)生物的正常生命活動(dòng)"1。由此可見,在使用純氧的氣水比增加到一定程度后,溶解氧不再是好氧異養(yǎng)循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，各單元水的DO水平基本處于菌活性的主要限制因素,生物濾池對COD的去除超飽和或接近飽和的狀態(tài)，氣水比的增加對生物濾率也逐漸趨于穩(wěn)定“"15。池DO濃度的增氧作用不明顯，這與普通污水處理3.4氣水比對系統(tǒng)pH和魚類生理的影響中曝氣生物濾池需要大氣水比來提高DO濃度有明pH是海水養(yǎng)殖體系的重要參數(shù)，pH的變化顯不同,循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)生物濾池的氣水比大小不與海水中各種形式的二氧化碳的含量有密切關(guān)系,是生物濾池DO濃度的主要影響因素,即便較小的二氧化碳越高,則結(jié)合水分子形成碳酸，釋放出氫氣水比也能遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足生物濾池的“臨界氧濃度”。離子，使水中的pH下降,反之則升高。伴隨著循3.3氣水比對生物濾池水凈化效 能的影響環(huán)水系統(tǒng)中高密度養(yǎng)殖魚類的呼吸作用和其他微養(yǎng)殖水中殘餌、糞便和溶解態(tài)代謝廢物的積累,生物的生理生化影響，以及硝化過程中產(chǎn)生的H*,經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致水體中氨氮、亞硝酸鹽等指數(shù)超標(biāo),對會(huì)導(dǎo)致水中二氧化碳濃度逐漸積累,有的甚至達(dá)養(yǎng)殖魚類毒害后果極為嚴(yán)重,因此養(yǎng)殖系統(tǒng)生物濾到周圍環(huán)境飽和濃度的20~100倍,使得pH值快池承載著水質(zhì)凈化的主要任務(wù)。氣水比具有提高生速下降，對循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的控制造成了非常大物濾池溶氧、生物硝化過程速率和有機(jī)化合物分解的困難[161。臧維玲等!7]的試驗(yàn)證實(shí),隨養(yǎng)殖天數(shù)增速率的作用。對于普通的污水處理，氣水比對硝化加,pH逐步下降, COD、氨氮和NO2 -N濃度呈上細(xì)菌的活性影響很大，當(dāng)氣水比較低時(shí),硝化細(xì)菌升趨勢。曲克明等|81研究認(rèn)為，在生物濾池池底大很難得到溶解氧的補(bǔ)給,而在數(shù)量和活性上均表現(xiàn)面積曝氣,對循環(huán)水養(yǎng)魚系統(tǒng)中各種生物產(chǎn)生的較低。隨著氣水比的提高,氧傳質(zhì)系數(shù)KLa 也隨之二氧化碳具有較好的去除作用，不需另設(shè)二氧化提高，溶解氧含量迅速提升,硝化細(xì)菌的活性被釋碳去除設(shè)備。本試驗(yàn)隨著氣水比從0.75:1 增至放。表現(xiàn)為反應(yīng)器的硝化效果明顯提高,氨氮去除1.50: 1,各級(jí)生物濾池的pH值雖然提高并不明顯,率增大121。在本循環(huán)水試驗(yàn)系統(tǒng)中,雖然氣水比大但對整個(gè)養(yǎng)殖系統(tǒng)的pH值維持在7.9-8.1 的適宜小不是生物濾池DO濃度的主要影響因素，但氣水區(qū)間起到了重要作用。由此可見，合適的氣水比運(yùn)比仍與凈水微生物如氮化細(xì)菌、硝化細(xì)菌等活性相行參數(shù)對循環(huán)系統(tǒng)的適宜水環(huán)境構(gòu)建有積極影響。關(guān),特別是氣水比大于1.0以后，氨氮和NO2-N的從魚類生理學(xué)分析看,養(yǎng)殖水環(huán)境的pH值去除率顯著增加，其中生物濾池出水氨氮濃度過高(pH>9.5)或過低(pH<6.5)都對魚類生長不利。魚0.091 mg /L,去除率44.4%, NO2 N濃度0.023 mg /L,長期處于偏酸性水體中，受環(huán)境脅迫影響，可使魚去除率46.6%,尤其是NO2 -N濃度指標(biāo)比傅雪軍蝦血液的pH降低,削弱其載氧能力,造成缺氧癥;等[3]通過封閉式循環(huán)水半滑舌鰨養(yǎng)殖試驗(yàn),得到pH過高的水則會(huì)腐蝕鰓組織[191。另外, pH過高,池的生物濾池出水NO2-N平均濃度低于0.090 mg /L,水中的NH3 濃度增大,過高的NH3 對魚類有毒害平均去除率19.47%結(jié)果明顯提高。本試驗(yàn)當(dāng)氣水比作用，限制魚的生長(20。因?yàn)槌厮写嬖谥@氮平大于1.25: 1時(shí)，氨氮和NO2 -N的去除率增速有衡體系NH4+ = NH3+ H*,可見pH值對氨氮的較明顯減緩趨勢;同時(shí)也證明了當(dāng)反應(yīng)器中的溶解存在形式十分重要,對氨氮毒性的顯現(xiàn)也非常關(guān)中國煤化工YHCNMH G .1272中國水產(chǎn)科學(xué)第20卷鍵。pH的降低還使海水中硝化過程的速率減慢,4結(jié)語有機(jī)化合物的分解速率降低，導(dǎo)致水體中物質(zhì)的循(1)生物濾池的氣水比與普通污水處理氣水比環(huán)再生減慢,水質(zhì)更加惡化。由此看pH的變化對有所不同，不是為生物硝化過程提供氧氣為主要目養(yǎng)殖魚類生理和硝化細(xì)菌生化都有較大的影響，因的。(2) 當(dāng)氣水比從0.75: 1增至1.50: 1時(shí)，生物此絕不能忽視循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中pH值的變化。在濾池氨氮的去除率由35.0%增加至52.0%, 去除效我國《海洋監(jiān)測質(zhì)量保證手冊》的漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中果明顯;在氣水比為1.25: 1時(shí)，NO2-N去除率最規(guī)定,海水養(yǎng)殖的pH范圍為7.0~8.5121。本試驗(yàn)經(jīng)大達(dá)46.6%， 當(dāng)氣水比大于1.25: 1時(shí)，氨氮和過6個(gè)月的養(yǎng)殖試驗(yàn),半滑舌鰨養(yǎng)殖成活率為91 .96%,NO2- -N的去除率增速有較明顯減緩趨勢。(3)生物成魚平均體重為1 723 g, 體長57.14 cm,增重率濾池曝氣有脫除水中二氧化碳等有害氣體的作用，169.2%,增長率32.58%,取得了良好的養(yǎng)殖效果。最佳的氣水比可以維持養(yǎng)殖水pH值在7.5~8.5的適試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以說明，對于高密度循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng):宜區(qū)間，對促進(jìn)魚類生長，提高抗病能力有益。(1)選擇最佳的氣水比運(yùn)行參數(shù)，是保證魚類在因此，對于不同的封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng),適宜水環(huán)境中(pH 7.5~8.5)生長的重要手段之-。要根據(jù)生物濾池大小、濾料比表面積和數(shù)量、養(yǎng)(2)氣水比的增加對生物濾池凈化性能有積極的促殖密度、溫度等條件，經(jīng)過測試尋求最佳的生物進(jìn)作用。濾池氣水比運(yùn)行參數(shù)，只有這樣才可以達(dá)到高效3.5氣水比對生物膜代謝 能力和活性的影響節(jié)能的生產(chǎn)狀態(tài)。本試驗(yàn)系統(tǒng)生物濾池氣水比的生物濾池中生物膜的代謝和活性，比較理想最佳運(yùn)行參數(shù)為1.25:1,可供封閉式循環(huán)水養(yǎng)的情況是減緩生物膜老化的進(jìn)程，不使厭氧層過殖系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行參考。分增長，加快好氧膜的更新?；钚陨锬さ暮穸?般在70~ 100 um范圍內(nèi),生物膜為薄層時(shí)，膜內(nèi)參考文獻(xiàn):傳質(zhì)阻力小,膜的活性較高1。試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)1] 孔小松,干愛華,劉瑞軒,等.氣水比對生物膜法處理氣水比從0.75: 1增至1.50: 1時(shí)，生物濾池的氨廢水各階段的影響[J].工業(yè)水處理，2005, 25(7):50-52.氮濃度去除率由35.0%增加至52.0%，NO2-N 濃2] 仇付國，郝曉地，陳新華.曝氣生物濾池處理效果影響度去除率由8.2%增加至46.6%;去除效果明顯增因素試驗(yàn)研究[J] .環(huán)境科學(xué)與管理，2008, 33(12):加;特別是氣水比大于1.0以后,去除率增速顯著;81-84.可以說明合理的氣水比曝氣量,除了有為生物濾3] Pochana K， Keller J . Study of factors afecting池充氣增氧和脫除水中的有害氣體的作用外，還simultaneous nitrification and denitrification(SND)[J] . Wat Sci Tech, 1999, 39(6): 61-68.與生物膜的更新有關(guān)系;它能帶來足夠量的上升4] 徐亞同.廢水中氮磷的處理[M]. 上海華東師范大學(xué)出氣泡，使生物濾池內(nèi)部的水力攪拌作用增大，同版社, 1996: 23- -59 .時(shí)加大了氣水上升流對濾料的剪切力,不斷沖脫5] 趙靜野，鄭曉萌,高軍.曝氣充氧中氧總傳質(zhì)系數(shù)的探濾料上老化的生物膜,促使生物膜的新陳代謝能討[].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)2006 ():32-37.力增強(qiáng)，以保證好氧膜的不斷更新,提高生物膜6] 張闖，陶濤,李爾，等.兩種曝氣設(shè)備的清水曝氣充氧實(shí)驗(yàn)研究[J] .環(huán)境污染與防治，2006 (1):42- 45 .活性，表現(xiàn)為對氨氮、亞硝酸氮去除效能的不斷增中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國國加;當(dāng)氣水比增加到一定程度后，生物濾池對氨家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)海洋監(jiān)測規(guī)范部分:海水分析氮、亞硝酸氮的去除率也逐漸趨于穩(wěn)定;但是當(dāng)氣[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2008.水比增加過高時(shí)，又會(huì)導(dǎo)致其對濾料的過量沖刷,[8]中華人民共和國國家質(zhì) 量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國國家不但不利于增強(qiáng)生物膜活性，還會(huì)降低其處理效標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).工業(yè)循環(huán)冷卻水中化學(xué)需氧量(COD)的測定高錳酸鉀法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.果,并造成能源浪費(fèi)。因此氣水比的大小需要控制[9] 王麗，蘇柯，張龍軍，等.高密度循環(huán)海水養(yǎng)殖系統(tǒng)在一個(gè)適宜的范圍內(nèi)更為科學(xué)。CO2的積累和去除效果分析[J].海洋水產(chǎn)研究, 2003,中國煤化工YHCNMH G .第6期黃濱等:封閉循環(huán)水系統(tǒng)生物濾池氣水比對水質(zhì)凈化效能的影響127324(2): 25- -29.4081- 4089.[10] 高俊發(fā).水環(huán)境工程學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,[16] Colta J, Watten B, Pfeiffer T. Carbon dioxide stripping in2003: 182- -278 .aquaculture-Part II: Development of gas transfer[1]張冰瑩.利用漂液廢渣處理印染廢水[J]. 環(huán)境保護(hù),models[D] . Aqu Engin, 2012, 47: 38- 46.1995(9): 110-113. .17] 臧維玲，戴習(xí)林,徐嘉波，等.室內(nèi)凡納濱對蝦工廠化[12]陶濤.氣水比對多級(jí)曝氣生物濾池深度強(qiáng)化污水處理養(yǎng)殖循環(huán)水調(diào)控技術(shù)與模式[J].水產(chǎn)學(xué)報(bào), 2008, 32(5):效能的影響研究[J].重慶建筑，2011, 10(96): 48 -51.749- -756 .[13] 傅雪軍,馬紹賽,朱建新,等.封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)18] 曲克明,杜守恩海水工廠化高效養(yǎng)殖體系構(gòu)建工程技水處理效率及半滑舌鰨養(yǎng)殖效果分析[J].環(huán)境工程學(xué)術(shù)[M] .北京:海洋出版社, 2010: 138- -220 .報(bào), 2011, 5(4): 745-751.[19]李丹萍. pH值對海水魚蝦養(yǎng)殖的影響[].科學(xué)養(yǎng)魚，[14] Zhu S, Chen s. Impacts of ReynoL ds number on nitrification1998(9):4 .biofiLm kinetics[J]. Aqu Engin, 2001, 24: 213- 229.[20]王安利,王維娜.蝦池赤潮與環(huán)境因子關(guān)系的研究[].[15] Fdz-PoLanco F, Mendez E, Uruena M A, et al . SpaiaL海洋學(xué)報(bào), 1995, 17(2):128 -133 .distribution of heterotrophsand nitriers in a submerged[21]《海洋 監(jiān)測質(zhì)量保證手冊》編委會(huì).海洋監(jiān)測質(zhì)量保證biofiLter for nitrification [J]. Wat Res, 2003, 34(10):手冊[M].北京:海洋出版社.2000: 23.Effect of the air-to-liquid ratio on treatment efficiency of wastewaterin multistage BAF in a recirculating aquaculture systemHUANG Bin', LEI Jilin', ZHAI Jieming2, ZHOU You', WANG Feng", GAO Chunren', LANG You'1. Key Laboratory for Sustainable Utilization of Marine Fisheries Resources, Ministry of Agriculture, Yellow SeaFisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Qingdao 266071, China;2. LaiZhou MingBo Aquatic CO., LTD, Yantai 264000, China;3. Fishery College, Ocean University of China, Qingdao 266003, China;4. Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, ChinaAbstract: The half-smooth tongue-sole (Cynoglossus semilaevis Gunthe) is commonly reared in a recirculatingaquaculture system. We evaluated the effect of the air-to-liquid ratio on the purification efficiency, DO, and pH inthe biological aerated filters of a recirculating system. The test system was maintained at (19 +1)°C and 15 cycles.The DO in the tank remained above 12 mg/L. As the air-to-liquid ratio increased from 0.75:1 to 1 .50:1, theremoval rate of TAN increased from 35.0% to 52.0%, and the removal rate of NO2-N increased from 8.2% to44.6%. Thus, the air-to-liquid ratio had a significant impact on nitrification, whereas the influence of chemicaloxygen demand (COD) removal rate was not significant. The average removal rate was 10. 14%. The pH valuesincreased from 7.97 to 8.08 but decreased between the biofilter inlet and the outlet. The optimal air-to-liquid ratiowas 1.25:1. This resulted in DO levels at the inlet of the first bio-filter tank that were close to saturation. Betweenthe first bio-filter tank and the final bio-filter tank, DO only decreased by 10%. The recirculation aquaculturesystem maintained the water pH value between 7.9 and 8.1. Our results provide a reference for optimization ofbio-film process culture conditions.Key words: air- to-liquid ratio; recirculation aquaculture system; multistage BAF; purification efficiencyCorresponding author: LEI Jilin. E-mail: leijl@ ysfri.ac.cn中國煤化工YHCNMH G