碳酸鈉對生物濾池硝化作用及水體pH的影響

劉峙岳， 程海華， 朱建新， 曲克明， 徐 勇

(1.煙臺涌勤海洋科技有限公司，山東煙臺 264000；2.上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海 201306；3.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展重點實驗室，山東青島 266000)

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碳酸鈉對生物濾池硝化作用及水體pH的影響

劉峙岳1， 程海華2， 朱建新3*， 曲克明3， 徐 勇3

(1.煙臺涌勤海洋科技有限公司，山東煙臺 264000；2.上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海 201306；3.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展重點實驗室，山東青島 266000)

循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)(RAS)；pH; 生物濾池;硝化反應(yīng)

1　材料與方法

1.1試驗填料與裝置采用爆炸棉作為生物填料，其材質(zhì)為PU海綿，比表面積350m2/m3，密度0.024g/cm3。試驗裝置為自主設(shè)計，主要由生物濾器和蓄水箱組成(圖1)，二者之間的體積比是仿照實際養(yǎng)殖系統(tǒng)等比例縮小的。為了便于觀察掛膜情況，濾器采用亞克力有機玻璃管，尺寸為φ140mm×600mm，管兩端都有球閥以控制水流速率，并有帶篩孔的隔板用以固定填料。蓄水箱有效容積為200L，內(nèi)部設(shè)置有抽水泵、加熱棒和氣石。濾器與蓄水箱之間采用φ25mm的塑料軟管鏈接。

圖1　試驗裝置示意Fig.1　Schematic diagram of experimental device in test

1.2試驗方法生物膜培養(yǎng)方法生物膜培養(yǎng)采用預(yù)培養(yǎng)法。試驗前40d左右，用提水泵從任意1個半滑舌鰨循環(huán)水養(yǎng)殖池中提水，保證每個蓄水箱中均加入100L，其水質(zhì)參數(shù)如下：水溫18～19 ℃，pH7.3～7.8，鹽度27.5‰～28.0‰，溶氧量(DO)5.5～6.5mg/L。另外，分別按20mg/L的濃度往每只水箱中添加氯化銨和葡萄糖，用來作為生物膜培養(yǎng)的氮源和碳源。此外，往每只水箱中添加50mg/L微生態(tài)凈水劑(富含硝化細菌、芽孢桿菌等益生菌，有益菌含量大于2×1010CFU/g)作為掛膜菌種。掛膜期間的系統(tǒng)運行參數(shù)如下：pH7.5～8.0，水溫26.5～28.0 ℃，DO≥6mg/L，HRT(水力停留時間)均控制為30min。每7d換水1次，換水采取少量多次的方法，換水后重新添加同量的氯化銨和葡萄糖。定期檢測水體指標，包括氨氮和亞硝酸鹽氮濃度，直至亞硝酸鹽氮濃度降低且達到穩(wěn)定狀態(tài)，表明生物膜成熟。

2　結(jié)果與分析

注：同一時間各組標有不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。Note：Different lowercases in the same time indicated significant differences(P<0.05).圖2　試驗期間各組總氨氮濃度的變化Fig.2　Change of total ammonia nitrogen (TAN) concentration in each group during the experiment

注：同一時間各組標有不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。Note：Different lowercases in the same time indicated significant differences(P<0.05).圖3　試驗期間各組亞硝酸鹽濃度的變化Fig.3　Change of -N concentration in each group during the experiment

2.3試驗期間各組pH的變化從圖4可以看出，試驗初始，各組水體pH維持在7.06～7.10，各組之間不存在顯著差異；B組、C組、D組和E組添加相應(yīng)量的Na2CO3后，pH都發(fā)生不同程度升高，升高幅度隨著Na2CO3添加量的增大而變大。A組作為對照組，沒有添加Na2CO3，其pH幾乎不變；隨著試驗的進行，各組pH均略微降低，其降低幅度從大到小依次為：A組、B組、C組、D組、E組。這說明生物濾池凈化過程會導(dǎo)致pH緩慢降低，添加Na2CO3會在一定程度上緩解降低的趨勢。

組別GroupTAN去除率RemovalrateofTAN∥%6h12hNO2--N去除率RemovalrateofNO-2-N∥%6h12hA組GroupA66.7989.0643.1793.17B組GroupB69.3988.7855.9594.76C組GroupC81.6693.4376.1099.27D組GroupD81.4595.2277.3199.27E組GroupE72.9292.6159.5198.78

圖4　不同試驗階段各組pH的變化Fig.4　Change of pH in each group during the experiment

3　討論

菌的生存。E組添加Na2CO3量較多，導(dǎo)致添加后pH升至8.35，雖然此pH超出了硝化細菌最佳生長范圍，但是E組硝化反應(yīng)速率比對照組快。這可能是因為硝化反應(yīng)是一個消耗水體堿度的過程，硝化細菌通過硝化反應(yīng)將1g氨氮氧化成硝酸鹽，需要消耗7.07gCaCO3堿度和產(chǎn)生5.85gCO2[9]。E組添加Na2CO3后堿度增加，滿足了硝化反應(yīng)的需要，在一定時間內(nèi)加快了硝化反應(yīng)的進行；對照組未添加Na2CO3，其水體堿度可能在一定程度上限制了生物濾池硝化反應(yīng)的速率。

在RAS中，生物濾池凈化水質(zhì)的過程中微生物會代謝產(chǎn)生大量的CO2，導(dǎo)致養(yǎng)殖水體pH緩慢下降。該試驗過程中系統(tǒng)經(jīng)過12h運轉(zhuǎn)，各試驗組pH較運行開始階段均有不同程度下降，其中對照組下降幅度最大，各處理組pH下降幅度隨著Na2CO3添加量的增加而變小。這表明在水體中添加Na2CO3，在增加水體pH的同時，也增加了水體對酸性物質(zhì)的的緩沖能力，使水體pH可以維持較長時間穩(wěn)定，有利于養(yǎng)殖對象的健康生長。

4　結(jié)論

[1] 宋紅橋，宋紅橋,管崇武.循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中水處理設(shè)備的應(yīng)用技術(shù)[J].安徽農(nóng)學(xué)通報,2011(21):112-115，117.

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EffectofNa2CO3onNitrificationandWaterBodypHintheBiofilter

LIUChi-yue1,CHENGHai-hua2,ZHUJian-xin3*etal

(1.YantaiYongqinMarineScienceandTechnologyCo.,Ltd.,Yantai,Shandong264000; 2.CollegeofFisheriesandLifeScience,ShanghaiOceanUniversity,Shanghai201306; 3.KeyLaboratoryofSustainableDevelopmentofMarineFisheries,MinistryofAgriculture,YellowSeaFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,Qingdao,Shandong266000)

Recirculationaquaculturesystem;pH;Biofilter;Nitrification

國家科技支撐計劃項目(2011BAD13B04，2011BAD13B07)。

劉峙岳(1981- )，男，山東煙臺人，工程師，碩士，從事循環(huán)水養(yǎng)殖工作。*通訊作者，副研究員，碩士生導(dǎo)師，從事海水魚類苗種繁育及工廠化養(yǎng)殖技術(shù)研究。

2016-04-26

S949

A

0517-6611(2016)17-127-03