循环水养虾系统Cu的收支及对生物滤器的影响_程波

循环水养虾系统循环水养虾系统Cu的收支及对生物滤器的影响的收支及对生物滤器的影响程波1,2，杨红生1*，刘鹰1*，李贤1,2，宋奔奔1,2（1.中国科学院海洋研究所,山东青岛266071；2.中国科学院研究生院,北京100049）摘要摘要：本文利用人工添加CuSO4溶液至Cu2+浓度为0.3mgL-1，模拟养殖用水在Cu2+污染情况下对虾封闭循环水养殖系统生物滤器的表现，以及该养殖模式条件下，系统中Cu的收支。结果表明，封闭循环水养殖系统能够提供良好的水质条件，获得较高的产量和较低的饵料系数（FCR）。养殖水体中的Cu2+浓度因机械过滤、排污等水处理过程从0.3mgL-1降为0.089±0.012mgL-1，对生物滤器异养细菌、氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的数量及对COD、NH4-N和NO2-N去除率均不造成显著影响。对于对虾封闭循环水养殖系统，投喂饵料是系统中Cu的主要来源，占6.55%。系统中的Cu主要通过机械过滤、排水和排污三大途径排放到环境中，分别排放全部Cu含量的22.33%、12.43%和11.83%。一个养殖周期（90d）中，三种途径排出的Cu量分别为14.7mg、7.94mg和7.56mg。关键词关键词：封闭循环水养殖；Cu收支；生物滤器；去除率；微生物数量中图分类号中图分类号：按《中国图书分类法》标注0引言对虾在世界水产养殖中发挥着重要的作用，据联合国粮农组织统计，2006年全球养殖甲壳类产量占全球养殖产量的9%，而产值却占23%，高达179.5亿美元[1]。2004年全球对虾养殖产量达24.7万吨，并且仍然以年均28.7%最高比率增长[2]。凡纳滨对虾（LitopenaeusVannamei）因其生长速度快，环境适应能力强，可养密度高，受到全球养殖者的追捧。然而，这种利益的获得是以牺牲和浪费大量的土地和水资源作为代价，尤其是在中国，大量含有高氨氮、亚氮、硝酸盐、磷酸盐和COD等营养物质的养殖废水被排放到环境中，不仅对环境造成严重污染，由此引发的对虾养殖过程中疾病频发，环境破坏，养殖产品质量低下和药物残留等问题也严重困扰着对虾养殖产业的进一步发展。工厂化循环水养殖因其具有占地面积小，水体利用率高，环境条件可控，机械化程度高，养殖产品质量安全，成为解决现有问题的一种有效途径。近年来，随着沿海地区工农业的迅速发展，大量未经处理的废水直接排放入海，导致海水以及海底沉积物中重金属的污染，尤其是Cu的污染越来越严重，并且在对虾养殖生产管理中，通常采用高浓度的CuSO4溶液灭藻杀菌，投入大量的人工配合饵料、肥料和水质改良剂等，均带来Cu的污染[3,4]。2006年度《中国渔业生态环境状况公报》指出：我国天然重要渔业水域12.8%的监测面积受到不同程度Cu的污染[5]。低浓度的Cu2+对于对虾具有重要的作用，可以作为他们的营养元素、血蓝蛋白成份，且在许多生物酶的结构和功能上也发挥着重要的作用，但过量的Cu2+对对虾是有害的，甚至是致死的[3]。Yeh（2004）研究表明，高浓度的Cu2+会影响对虾的血细胞数量、酚氧化酶活性等免疫指标，致使对虾更易受弧菌的感染[4]。Bambang（1995）还发现Cu2+胁迫条件下会影响对虾渗透压的调节和生存[6]。同样，对于活性污泥和序批式反应器等水处理系统而言，当废水中Cu2+浓度达到一定程度下，系统对COD的去除能力、生物膜上微生物和原生动物的数量和群落结构以及硝化动力学过程等均会受到显著的影响[7,8,9]。本文旨在研究对虾封闭循环水养殖系统中Cu的收支和排放因子，以及在Cu2+污染水体条件下，系统中生物滤器的性能表现。以期为对虾封闭循环水养殖系统的环境影响评价和运行管理提供指导。1材料和方法1.1封闭循环水养殖系统的设计及管理对虾封闭循环水养殖系统包括两部分，一部分为养殖系统，一部分为水处理系统。在养殖生产中，养殖废水经过物理过滤，生物降解，调温增氧后泵送回养殖池循环利用。本实验系统具体工艺流程和系统配置如图1所示：养殖池中残饵粪便首先在池底聚集，通过池底的残饵粪便捕集器捕获集中排放，然后养殖废水流经初级过滤装置，通过过滤棉的拦截，进一步去除大颗粒有机物，之后水体流经蛋白分离器，除去小颗粒悬浮物及溶解有机物。经过上述一系列物理拦截、过滤处理后，水体流经生物过滤器，生物滤器内放置了适宜比表面积的填料，填料为微生物的生长提供固体基质和适宜的生长环境，大量的氨氧化菌（AOB）、亚硝酸盐氧化菌（NOB）和异养细菌在此生长。水体流经生物滤器时，生物膜上AOB先把水体中NH4-N化为NO2-N，NOB再把NO2-N氧化为NO3-N，同时，异养细菌通过分解代谢活动将废水中的有机物转化为CO2和H2O，最终实现水体的净化处理，循环利用[10,11]。系统特点：（1）养殖池中均匀设置9棵人工水草，增加