不同碳源对水产养殖固体颗粒物生物絮凝效果的比较_潘云峰

随着人类对水产品的需求日益增多，水产养殖在全球范围内以每年8.9%～9.1%的比率逐渐增长，养殖对环境的污染和饲料中蛋白质的需求问题随之成为成为限制其发展的主要因素[1]。研究发现，养殖鱼类仅能利用饵料中的20%～25%的蛋白质，剩余的以氨氮、残饵和粪便的形式存在于养殖水环境[2]。对于水体中的氨氮及残饵和粪便，一种处理方法是进行换水，这样会消耗大量水资源。据估算，养殖1kg对虾要消耗20m3的清洁水源，养殖1kg的鱼大约要消耗2～10m3的清洁水源[3]；第二种方法是将养殖用水进行处理再利用，即循环水养殖（Recirculatingaquaculturesystem，RAS）[4]。循环水养殖每单位产量可以节约90%～99%的水消耗和99%的土地占用，但其对能量和人力的需求会增加投资和运营成本，而且现在大部分养殖场因为硝态氮和固体废弃物不能得到有效处理而不能实现零污染[5]。Avnimelech在2006年指出相对于传统的水产养殖处理方法，生物絮凝技术（Bio-floctechnology，BFT）是一个新的选择，逐渐被认为是解决水产养殖产业发展所面临的环境制约和饲料成本的有效替代技术[3]。生物絮凝技术是微生物的无机氮同化过程，异养微生物通过消耗大量的碳源将水体中的氨氮转化为自身的蛋白质，同时结合水体中的颗粒有机物、细菌、胶体颗粒等悬浮物质形成絮体，实现养殖水体中残饵和粪便的二次利用[6]。调控水体中溶解态的碳氮比是形成生物絮凝的重要条件。Goldman发现形成生物絮凝要满足C/N>10[7-8]。研究表明，在闭合水产养殖系统中异养细菌利用109g溶解有机碳去除大约18g的氨氮[9]。在C/N为10的条件下，10mg·L-1的氨氮5h就会被去除，而不会产生硝酸氮和亚硝酸氮[10]。Burford用15N做标记研究了虾类摄食絮凝体的情况。结果发现，虾类日常摄食的18%～29%的蛋白质来源于絮凝体[11]。碳源作为絮凝细菌的能量来源需求量较大，如何选择经济实用的碳源是实现絮凝面临的主要问题，碳源的种类和数量很大程度上决定了絮凝的效果。Peter以醋酸盐和甘油作为碳源研究发现甘油为碳源形成的絮体蛋白质含量达到57%，醋酸钠为碳源形成的絮体蛋白质含量达到61%，对氨氮的去除可以达到98%[12]。Tay在颗粒污泥的培养中研究发现葡萄糖培养的颗粒污泥主要由丝状菌组成，而醋酸盐培养的颗粒污泥主要由杆菌和球菌组成[13]。碳不同碳源对水产养殖固体颗粒物生物絮凝效果的比较潘云峰，罗国芝，谭洪新，孙大川（上海海洋大学水产与生命学院，上海201306）摘要：通过添加葡萄糖和醋酸钠2种碳源进行生物絮凝的培养，比较了2种碳源生物絮凝效果的差异。试验设添加葡萄糖碳源，添加醋酸钠碳源和不添加碳源3个反应器，分别将10g饲料溶解于10L水中，培养过程中添加碳源反应器维持碳氮比大于10。经过33d培养，葡萄糖碳源反应器絮体蛋白含量为30.4%，累积氨氮质量浓度在第5天达到最大值104.25mg·L-1。醋酸钠碳源反应器絮体蛋白含量为34.6%，累积氨氮质量浓度在第6天达到最大值112.15mg·L-1。无添加碳源反应器絮体蛋白含量为26.3%，累积氨氮质量浓度在第7天达到最大值117.89mg·L-1。试验表明葡萄糖碳源生物絮凝反应器对水质的处理效果要优于醋酸钠，但在形成絮体的蛋白质含量上要小于醋酸钠。关键词：水产养殖；生物絮凝；碳源中图分类号：TQ424；X714文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)11-0020-006收稿日期：2011-03-18基金项目：公益性行业（农业）科研专项经费资助（201003024）作者简介：潘云峰（1985－），男，硕士研究生，研究方向为养殖水污染控制与水环境保护；E-mail：pyf5300@163.com联系作者：谭洪新，教授；E-mail：hxtan@shou.edu.cn第37卷第11期2011年11月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.11Nov.,201120DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.11.005源决定了细菌组成，从而影响絮凝效果。因此本试验分别比较葡萄糖和醋酸钠2种碳源生物絮凝过程中对水质的处理效果，絮体的蛋白质等营养变化，为生物絮凝碳源的选择提供参考依据。1材料与方法1.1试验部分试验在上海海洋大学循环水养殖工程与技术实验室进行。生物絮凝反应器为30L圆形桶状聚乙烯反应器，通过分接器和曝气软管平均分配功率138W曝气量为100L·min-1的气泵（ACO-008），在每个反应器中接入2个曝气头（直径3cm，高3.5cm的石英沙聚合气石），来提供氧气和混合强度。试验用水为本实验室循环水养殖系统养殖用水