海水人工湿地净化海水养殖外排水脱氮研究

摘要

工厂化、集约化海水养殖将成为未来海洋渔业养殖发展的一个重要趋势，养殖过程中将渔业用水直接排放沿海养殖区，对海区造成了区域性污染。部分工厂化海水养殖企业已将循环水养殖发展成为行业支柱产业，并且在渔业用水的净化处理上取得了很大的成就。本论文以集约化养殖中的循环水养殖理念为基础，将人工湿地处理系统模式作为循化养殖过程中污水处理的核心技术，进而取代以往的传统净化装置。首先人工湿地污水处理技术具有处理效果好、出水水质稳定、氮、磷去除能力强、运转维护管理方便、工程基建和运转费用低、对负荷变化适应能力强、适于处理间歇排放的污水等主要特点。同时，人工湿地对保护野生动物和提高局部地区景观的美学价值也有益处。因此，大力开发人工湿地污水处理技术，对我国水环境污染的治理具有重大的意义，在我国具有广泛的发展前景。为了将人工湿地系统与海水养殖相结合，用以人工湿地处理海水养殖外排水实验，构建人工湿地大菱鲆养殖循环水系统，水生植物选择芦苇和互花米草，植株密度皆为64株/m2。湿地系统基质材料选择珊瑚石、蛭石、细沙三种。为了进一步探索海水人工湿地系统处理养殖外排水脱氮与系统微生物、基质酶活性相关性，再次构建人工湿地处理系统。选择种植密度为64/m2的互花米草，基质填料选择细纱、高炉矿渣、珊瑚石。分别设置不同水力停留时间为16h、24h、36h。其主要结论如下：
　　1．在探讨海水人工湿地系统脱氮效果试验中：伴随着着盐度的升高，芦苇人工湿地对 NH4-N的去除率差异不显著（P＞0.05），且芦苇具有一定耐盐性，盐度为18~19之间长势良好。互花米草人工湿地维持盐度为28~31之间，较芦苇更具耐盐。选择不同的进水方式，人工湿地对 NH4-N的去除差异极显著（P＜0.05）。随着递增间歇进水方式水力停留时间，人工湿地对 NH4-N的去除率呈现出升高的趋势，变化极显著（P＜0.05）综合考虑系统运行的合理性和高效性，得出合理的运行条件为间歇进水24h，互花米草系统较芦苇系统更优。选择互花米草人工湿地系统与大菱鲆循环水养殖相结合，在间歇进水24h条件下（60天）系统处理过的养殖废水出水 NH4-N、NO2-N、NO3-N的浓度显著低于养鱼池中NH4-N、NO2-N、NO3-N的浓度(P＜0.05)，对 NH4-N平均去除率分别为（89.88±0.17)％,而且循环水系统中大菱鲆的日平均增重达2.42克，饵料系数为1.68，大菱鲆常规方式养殖日平均增重达2.27克，饵料系数为1.98，显示大菱鲆养殖选择循环水养殖模式具有较大优势。
　　2．在大菱鲆、牙鲆养殖试验中：综合比较了大菱鲆的两种养殖操作方式，结合大菱鲆生理习性以及养殖环境等因素，将人工湿地循环水海水养殖方式a作为绿色廉价养殖工程中大菱鲆高密度养殖适宜选择。养殖系统a在及时满足养殖池中用水量前提下，采取三天一循环的方式，不但消除了以往养殖系统中出现厌氧期过长从而抑制好氧微生物生命活动现象，而且系统间断性运行也提高了养殖设备的使用寿命，重要的是有效降低了养殖废水中的氨氮的浓度。养殖方式 b不间断进水方式产生的不良后果就是系统内氧气供应不足，使人工湿地内部各类微生物长期处于厌氧环境，产生油状物挂壁现象，有刺鼻气味逸出，系统中微生物新陈代谢活动降低，大大降低了对养殖废水中氨氮、COD等的去除率。方式a中养殖用水氨氮、COD最高浓度为0.149mg/L、4.25mg/L，最终处理浓度达到0.001mg/L、2.06mg/L，方式 a养殖用水氨氮、COD最高浓度为0.143mg/L、4.35mg/L，最终处理浓度达到0.005 mg/L、2.47 mg/L。通过数据显示养殖方式a的最终养殖效果要好于养殖方式b。
　　3．探究海水人工湿地处理系统脱氮效率与基质酶活性、微生物群落特征试验中：不同水力停留时间的湿地系统对 NH4-N去除率变化显著（P＜0.05），对TN的去除率差异不显著（P＞0.05）。互花米草表现出较强耐盐性。TN平均去除率为(25.02±12.69)%。NH4-N平均去除率为（82.91±17.51)%。在工况下运行后，即时对系统进行基质采样，探索人工湿地基质酶活和微生物数量与系统本身脱氮机理及其相关性。此工况下，系统中不同基质层次的微生物数量和脲酶、脱氢酶活性不同，基质中上层好氧微生物数量和脲酶、脱氢酶活性显著大于下层；系统好氧微生物数量和脲酶活性下行池大于上行池；系统下层脱氢酶活性低于中、上层。海水人工湿地净化养殖外排水系统下行池中、上层硝化细菌、亚硝化细菌显著高于下层，中上层反硝化细菌数量明显低于下层。系统内全部微生物数量和TN去除率存在一定相关性，R2=0.50。系统内基质脲酶与TN去除率存在显著相关性，R2=0.79。系统内微生物总数和NH4-N去除率存在一定相关性，R2=0.61。

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引言

第一章 文献综述

第一节 人工湿地净水技术

第二节 人工湿地中脱氮机理

第三节 人工湿地脱氮效率因素影响研究

第四节 本文研究目的、意义及内容

第二章 海水人工湿地系统脱氮效果分析

第一节 海水人工湿地净化养殖外排水系统中氮的迁移转化

第二节 不同条件下海水人工湿地系统内氮的去除

本章小结

第三章 海水人工湿地系统脱氮效果对养殖效果的影响

第一节 大菱鲆循环养殖和常流养殖对比

第二节 两种大菱鲆循环水养殖方式综合比较

第三节 海水人工湿地净化牙鲆养殖外排水及养殖效果

本章小结

第四章 海水人工湿地净化养殖外排水去氮效果与基质酶活、微生物相关性分析

第一节 海水人工湿地净化养殖外排水氮的去除效果

第二节 海水人工湿地系统内基质酶、微生物空间分布

第三节 相关性分析

本章小结

第五章 结论

参考文献

附录

致谢