全封閉式循環水養殖系統中生物濾器生物膜培養

摘 要：為了除去循環水養殖過程中魚類新陳代謝產生的氨氮和亞硝酸鹽的毒副效果，循環水系統水處理工藝中離不開生物濾器，濾器首次啟動需要進行濾器內生物膜培養。結果表明：在環境因子適宜條件下，當水中出現了NH4+，細菌就開始凝絮，逐漸附著在過濾介質表面，首先開始生長的細菌屬于硝化細菌，把NH4+轉化為NO2-，在此過程中，因為亞硝化單胞菌量非常少，亞硝酸鹽會不斷升高，這個階段大概需要20d左右，當濾器逐漸出現亞硝化單胞菌與硝化細菌逐漸達到平衡，亞硝酸鹽會逐漸降低接近0mg/L并與NH4+濃度達到平衡，整個過程需要40d左右。當系統培養出亞硝化單胞菌，會向系統中產生NO3-，若整個循環系統沒有換水，細菌量不斷增大，NO3-逐漸累積，值會越來越大。

關鍵詞：循環水系統；掛膜；硝化；環境因子

中圖分類號：S-3 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170833213

引言

全封閉式循環水養殖模式下，我們向魚投喂飼料，魚通過新陳代謝、消化吸收產生的殘餌、糞便、排泄物是系統中主要污染源，投喂的飼料中，部分蛋白質、脂肪、碳水化合物是魚無法消化的，脂肪和碳水化合物一般不影響魚的生長，而蛋白質中含氮元素，消化后產生氨[1]，只有將氨氮降解后的水才能持續循環使用[2]。為了除去這些污染物和它們產生的毒副效果，系統安裝了生物過濾系統[3]。生物濾器過濾介質[4]為微生物的附著物，系統啟動開始養殖前，至少提前40d開始生物濾器生物膜培養。本文對生物濾器生物膜培養做一基本概述。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本實驗在封閉式循環水系統中進行，參與循環的設備主要有生物濾器[5]、滴濾器，固定床生物濾器內部濾料填充物為表面積大的PE材料[6]，在生物濾器兩板之間，基本固定不動。滴濾器主要用于排氣，但也具有一定的去除氨氮的效果，整個生物膜培養過程保持水流循環并全部重復利用。

1.2 環境因子控制

在循環水系統中進行生物濾器生物膜培養，環境因子可控，各項指標可提前設定。

1.2.1 銨根濃度

為模擬養殖環境中魚新陳代謝向水中排放的NH4+，實驗向系統中添加氨水，實驗證明，NH4+濃度為0～3mg/L范圍內，NH4+濃度越高，NH4+去除率越高，兩者成正比，所以保持水體NH4+濃度為3mg/L。

1.2.2 溫度

生物膜的形成與溫度有很大的關系。從0～32℃有機物的轉化率呈指數增長，32～40℃轉化率保持不變。達到45℃時，轉化率直接下降到0。也就是在0～32℃范圍內，溫度越高，生物膜形成越快，本系統受后期養殖品種水溫限制，為保持一致，避免后期降溫對細菌的影響，設置細菌培養水溫為16℃。

1.2.3 pH

硝化作用中對酸堿度變化很敏感，一般pH在6～8之間硝化作用最強，小于6或大于8，硝化作用逐漸減弱，在培養階段考慮后期養殖，設置pH為7.2，pH過高加HCl調節，過低加CaCO3調節。

1.2.4 溶氧

生物過濾器中微生物為自養好氧型細菌，硝化作用對水中氧氣的含量的依賴性很高，因此使生物過濾器保持充足的氧氣很關鍵，設置氧氣濃度為5mg/L。

1.2.5 堿度

在硝化過程中，每克氨氮轉化為硝態氮要需要耗用7.14g的堿度，水中堿會不斷被消耗掉，所以有必要在硝化作用過程中為水體補充一定堿度，培養過程中堿度保持在100～200mg/L之間。

1.3 實驗檢測

實驗開始后第2天開始每天定時檢測NH4+、NO2-、 NO3-濃度[7]，若NH4+濃度降低，及時向系統添加氨水，保持NH4+濃度為3mg/L，同時監控T、PH、O2等指標。

2 結果與分析

生物膜培養1～40dNO2- 、NO3-值變化見圖1（圖中主坐標為NO3-變化值，次坐標為NO2-變化值）。

圖1 生物濾器細菌培養-NO2-、NO3-變化

生物濾器內主要由一些表面積較大、微生物易于附著、密度較小、易反沖洗的過濾介質組成[8]，在環境因子適宜條件下，當水中出現了NH4+，細菌就開始凝絮，逐漸附著在過濾介質表面，首先開始生長的細菌屬于硝化細菌，把NH4+轉化為NO2-，在此過程中，因為亞硝化單胞菌量非常少，亞硝酸鹽會不斷升高[9]，這個階段大概需要20d左右，當濾器逐漸出現亞硝化單胞菌與硝化細菌逐漸達到平衡，亞硝酸鹽會逐漸降低接近0mg/L并與NH4+濃度達到平衡，整個過程需要40d左右。

當系統培養出亞硝化單胞菌，會通過硝化反應向系統中產生NO3-，整個循環系統沒有換水，細菌量不斷增大，NO3-逐漸累積，值會越來越大。培養結束后，若濾料表面生物膜較厚，可通過反沖洗來保證生物濾料濾池的清潔度及長期正常運行[10]。

3 討論

生物膜培養過程受很多環境因素的影響，但生物膜培養成功表現是硝化菌與亞硝化單胞菌達到平衡，每天水體NH4+濃度為3mg/L能全被降解，同時產生NO2-也能完全降解。正常養殖后把初期投喂飼料量換算與氨水量相等（飼料：氨水=5：1），投喂后以每天不超過20%的飼料量逐漸遞增飼料的投喂量，避免因系統無法處理多余NH4+濃度而產生NH4+、NO2-超標的情況。生物濾器不能消毒，但必須定期對生物濾器進行反沖洗，排掉生物介質上老的生物膜，避免生物膜過厚里層產生厭氧型細菌。

從整個實驗來看，細菌是比較敏感，如果存在升降溫、升降pH操作，每天不超過0.5，在各環境因子控制范圍內，也有可能40d內完成不了細菌培養，尤其是亞硝化單包菌的培養。因為生物濾器內是一個大的生物群，由微生物、原生動物、多糖組成，具有生物降解、硝化功能、亞硝化功能及硫代謝功能的生物絮團，對生物濾器的研究應進一步分離細菌，并確定還有哪些不知道的環境因子會影響細菌的生長，以達到實際生物濾器的處理能力。

參考文獻

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作者簡介：李梅（1988-），女，本科，助理工程師，主要從事水產養殖工作。endprint