秸稈生物炭基在淡水養殖水治理中的應用研究

文_涂海濱 上海江柘環境工程技術有限公司

本研究采用的生物碳基人工魚礁技術，是在傳統人工魚礁的基礎上添加秸稈生物炭，構建具有大比表面積、高度吸附能力和微生物附著能力的秸稈生物炭基人工魚礁。同時實現秸稈的資源化，提高了人工魚礁的強度、透氣性、吸附性和生物親和性。把人工魚礁打造為微生物生長樂園，并通過這些微生物降解、吸附和同化作用提高水中氮、磷的去除作用，同時為魚、蝦類等提供繁殖、生長、索餌和庇敵的場所，達到凈化水質，提高養殖產品數量和質量的目的。

本研究在上海逸佳水產養殖專業合作社和金山區豐澤淡水魚種場這兩個實施基地來進行秸稈生物碳基新材料在淡水養殖中的應用研究，養殖水域面積共約300畝，其中建設了4座投加生物碳基人工魚礁的試驗塘，內無人工魚礁的對比塘2座，其余均為普通養殖塘。

本研究對發展都市綠色漁業，推動水產養殖轉型升級起到推進作用，同時為區域水環境的治理和改善提供工程示范。

1 試驗部分

1.1 秸稈炭基生物新材料的制備

本研究利用生物炭（采用植物秸稈制備）和泥沙，按照一定的配比度，在一定溫度下(＜200℃)進行水熱合成，并形成規格為350mm×350mm×100mm（厚度）的中間開孔生物磚，并利用這些含秸稈生物炭基生物磚來構造人工魚礁。

合成人工魚礁采用水熱法所需溫度較低(＜200℃)，對泥沙自身的微孔結構破壞較小，泥沙的大部分組成不變，生物炭的多種性質也保持不變，最終產品依然保持原有的多孔性和生物親和性；水熱反應產物托勃莫來石為材料提供較高強度，能保證人工魚礁的穩固和壽命；由于人工魚礁原料的親和性在反應后依然能得到保持，因此其對水體的污染與混凝土材料相比將大大降低；生物炭及生成的托勃莫來石的多孔性，能滿足微生物的附著，其吸附作用和凈化效果可實現養殖水體環境的生態修復，滿足魚類生長對水質的需求。

1.2 試驗方法

實驗物種為南美白對蝦，設4座試驗塘，2座對比塘。試驗塘與對比塘基本條件相同，塘的水域面積均為7.5畝，水深約1.2m，塘底及塘堤均無硬化措施，養殖塘進水為同一條進水渠道，進水水質基本相同。其中試驗塘中采用秸稈生物炭基新材料構建人工魚礁，試驗塘1至4的人工魚礁構建面積分別占養殖塘水域面積的40%、30%、20%和10%，對比塘1及對比塘2采用傳統養殖方式，內無人工魚礁等附屬設施。

試驗塘及對比塘的蝦苗投放量均為3.5萬尾/畝，在整個養殖周期中，采用相同的投喂方式進行人工養殖。

1.3 取樣分析方法

本養殖周期自2019年6月25日開始投放蝦苗，2019年7月10日開始取得第一批水樣樣本，以后每隔約兩周取樣1次，送專業檢測機構進行化驗分析。

水樣的污染物含量CODcr、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)和總磷(TP)分別按照GB11914-89、GB7479-87、GB11894-89、GB11893-89進行測定。

2 結果與討論

2.1 養殖塘水中CODcr去除效果

每個魚塘水質中CODcr濃度數據如表1所示。在整個養殖周期中，養殖塘水的CODcr濃度出現較大的波動；從平均值來看，試驗塘相比于對比塘的CODcr濃度低15.9%～27.3%，且4個試驗塘的CODcr濃度平均值均小于2個對比塘的CODcr濃度平均值，可見秸稈生物炭基人工魚礁對水產養殖尾水CODcr的去除有較好效果。

表1 試驗塘和對比塘水質CODcr數據 (mg/L)

2.2 養殖塘水中氨氮去除效果

每個魚塘水質中氨氮濃度數據如表2所示。在整個養殖周期中，養殖塘水的氨氮濃度出現較大的波動；從平均值來看，試驗塘相比于對比塘的氨氮濃度低37.3%～72.1%，且4個試驗塘的氨氮濃度平均值均小于2個對比塘的氨氮濃度平均值，可見秸稈生物炭基人工魚礁對水產養殖尾水氨氮的去除有良好效果。

表2 試驗塘和對比塘水質氨氮數據 (mg/L)

2.3 養殖塘水中總氮去除效果

每個魚塘水質總氮數據如表3所示。在整個養殖周期中，養殖塘水的總氮濃度出現較大的波動；從平均值來看，試驗塘相比于對比塘的總氮濃度低14.2%～30.0%，且4個試驗塘的總氮濃度平均值均小于2個對比塘的總氮濃度平均值，秸稈炭基人工魚礁對增強水產養殖尾水總氮的去除有良好效果。

表3 試驗塘和對比塘水質總氮數據 (mg/L)

2.4 養殖塘水中總磷去除效果

每個魚塘水質總磷數據如表4所示。在整個養殖周期中，養殖塘水的總磷濃度出現較大的波動；從平均值來看，試驗塘相比于對比塘的總磷濃度低5.8%～20.7%，且4個試驗塘的總磷濃度平均值均小于2個對比塘的總磷濃度平均值，秸稈炭基人工魚礁對增強水產養殖尾水總磷的去除有良好效果。

表4 試驗塘和對比塘水質總磷數據 (mg/L)

3 結語

本研究利用植物秸稈和泥沙為原材料，不僅解決了泥沙堆積和秸稈焚燒帶來的環境污染問題，同時也因地取材，整個生產過程節能環保，生產成本降低。

在污染物吸收降解方面，通過放置以秸稈生物炭基新材料構建的人工魚礁，能夠有效提高氮磷去除率，降低養殖水體對周圍環境的污染，具有良好的生態效益。

分析養殖塘水部分批次污染物濃度波動的原因主要有以下兩個方面：一是在取樣過程中要注意避開餌料投加時間和地點，以免餌料投加造成養殖塘水化驗指標出現偏差；二是在取樣過程中適當注意天氣變化，避免如下雨等天氣過程中，由雨水將空氣中的污染物或地表徑流帶入的污染物造成化驗指標出現偏差。