封閉循環(huán)水系統生物濾池氣水比對水質(zhì)凈化效能的影響

中國水產(chǎn)科學(xué)2013年 11 月, 20(6): 1266-1273Journal of Fishery Sciences of China研究論文DOI: 10.3724/5SP.J.1118.2013.01266封閉循環(huán)水系統生物濾池氣水比對水質(zhì)凈化效能的影響黃濱，雷霽霖'，翟介明”，周游”，王峰*,高淳仁'，梁友'1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所,山東青島2660712.山東萊州明波水產(chǎn)有限公司，山東煙臺2640003.中國海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，山東青島2660034.青島農業(yè)大學(xué),山東青島266109摘要:通過(guò)在全封閉循環(huán)水系統中養殖半滑舌鰨(Cynoglossus semilaevis Gunthe),研究了不同氣水比對曝氣生物濾池凈化效能，以及對DO、pH值的影響。結果表明:本試驗系統在溫度為(19+1)°C,系統循環(huán)次數為15次，養殖池Do保持在12 mg/L以上的運行條件下，隨著(zhù)氣水比由0.75: 1~1.50: 1的增加，生物濾池氨氮的去除率由35.0%增加至52.0%, NO2- -N的去除率由8.2%增加至44.6%，氣水比對硝化反應影響顯著(zhù)，但對化學(xué)需氧量COD的去除率影響并不顯著(zhù)，其平均去除率為10.14%; pH值有增加的趨勢，生物濾池進(jìn)水口到出水口的pH值由7.97增加至8.08;氣水比最佳運行參數為1.25:1. 同時(shí)還發(fā)現1級生物濾池進(jìn)水口DO接近飽和, 1級到末級濾池間DO僅降低了10%左右，系統pH值在7.9~8.1。本研究所獲參數，可供生物膜法處理養殖循環(huán)水的條件優(yōu)化作參考。關(guān)鍵詞:氣水比;循環(huán)水;多級曝氣生物濾池;凈化效能中圖分類(lèi)號: s965文獻標志碼: A文章編號: 1005-8737- (2013)06- 1266- -08在海水封閉循環(huán)水養殖系統中，多級曝氣生力學(xué)參數的重要指標"。氣水比大小會(huì )直接影響曝物濾池以建設和運行費用低、處理水量大、抗沖擊氣生物濾池內DO濃度，DO濃度是影響同步硝化反能力強、維護管理簡(jiǎn)單等特點(diǎn)而被廣泛應用。曝氣硝化的一個(gè)主要限制因素24。氣水比與體積容氧生物濾池BAF(Biological aerated filter)的氣水比是系數KLa成正比關(guān)系,氣水比越大,與溶解氧濃度影響生物硝化速率和有機化合物分解速率的重要相關(guān)的微生物如碳化細菌、氮化細菌、硝化細菌等,工藝參數之一。它不僅與系統能耗、運行成本有很活性就會(huì )相對增強，但當氣水比過(guò)大時(shí)，反而會(huì )影高的關(guān)聯(lián)度，還與循環(huán)水處理系統的水質(zhì)凈化效響到下一步處理效果5-6。氣水比的大小，生活污水，能有密切的關(guān)系;在工業(yè)與城市污水處理行業(yè)中,氣水比一般取3: 1~20: 1,而對于一些難以降解的氣水比對工程投資和運行費用大小有很大影響。本工業(yè)廢水,氣水比可以高達20: 1~60: 1。但相比研究通過(guò)封閉循環(huán)水系統養殖半滑舌鰨的試驗,之下，在養殖循環(huán)水處理系統中,氣水比的定量研力求找到最經(jīng)濟的氣水比運行參數。究相對缺乏，封閉循環(huán)水養殖系統的水處理工藝與目前國內外對曝氣生物濾池氣水比的研究，在-般污水處理不僅在系統工藝與運行機制上有所工業(yè)污水處理和城市污水處理領(lǐng)域中的研究比較不同，水處理指標要求也有很大差別，近年來(lái)實(shí)際全面和系統。如氣水比不僅為微生物的呼吸提供必生產(chǎn)應用中氣水比多憑經(jīng)驗值運行。因此，量化與須的“臨界氧濃度”，還是各種生物反應器內反應動(dòng)優(yōu)化氣水比的合理配置,不僅為養殖系統生物濾池收稿日期: 2013-02- 28;修訂日期: 2013-05-17.基金項目:公益性行業(yè)(農業(yè))科研專(zhuān)項(201003024);鲆鰈類(lèi)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目(CARS-50-G10).作者簡(jiǎn)介:黃濱(1962-), 男,副研究員,主要從事設施漁業(yè)研究. E-mail: huangbin@ysfri.ac.cn通信作者:雷霽霖，研究員，中國工程院院士,博土生導師. E-mail: leiji@ yfri.ac.cn中國煤化工YHCNMH G第6期黃濱等:封閉循環(huán)水系統生物濾池氣水比對水質(zhì)凈化效能的影響1267運行工藝參數優(yōu)化提供科學(xué)依據,對我國循環(huán)水養另-路計量曝氣量。殖節能增效也意義重大。試驗用魚(yú):總共投放體質(zhì)量(640.10士63.30) g.體長(cháng)(43.10土1.48) cm的半滑舌鰨魚(yú)種780尾,分別1材料與方法按1號池240尾2號池210尾、3號池180尾1.1試驗系 統與試驗用魚(yú)4號池150尾不同密度布放于4個(gè)養殖池中。試驗在山東萊州明波水產(chǎn)有限公司試驗車(chē)間1.2 封閉式循環(huán)水養殖系統工藝流程圖1),采用封閉式循環(huán)水養殖系統，養殖半滑舌封閉式循環(huán)水養殖系統工藝流程如圖2所示。鰨試驗。系統水體交換率為18次/d。1.3 養殖試驗日常管理，試驗期間每天上午8點(diǎn)常規監測并記錄養殖池的水溫、鹽度pH、DO、 ORP、電導率等水質(zhì)指標,檢查水泵、風(fēng)機等設施設備運轉情況,根據水質(zhì)變化情況進(jìn)行相應調控。定時(shí)觀(guān)察半滑舌鰨的攝食4號池3號池No.4 poolNo.3 pool甲十活動(dòng)、狀態(tài)等情況，餌料全部是進(jìn)口人工配合飼料,日投餌量是根據魚(yú)總體質(zhì)量的千分之六計量餌料量,分2次(8:00, 20:00)投喂，每次以飽食為準(即見(jiàn)到魚(yú)群基本不再攝食時(shí)停止投喂)。每次投餌完成后3-30 min, 拔起養殖池插拔控制管以便及時(shí)將殘餌糞| 號池號池便排出系統外，實(shí)時(shí)添加因排污和蒸發(fā)所損失水量;No 10001No 2DO系統循環(huán)次數設定在15次/d,溫度(19+1)°C, 發(fā)現試驗魚(yú)狀態(tài)不穩定時(shí)，及時(shí)采取減少投餌次數和人圖1封閉循環(huán)系統生物濾池試驗車(chē)間平面布置圖為驚擾，測定分析循環(huán)系統水質(zhì)指標和細菌指數等，1.養殖池,2.弧形篩,3.回水主管道,4.前置紫外線(xiàn)裝置, 5.盡力消除不利因素對半滑舌鰨生理與生長(cháng)的影響。緩沖調節泵池, 6.循環(huán)水泵，7.氣浮凈化池, 8.多級曝氣生物濾池，9. 后置紫外線(xiàn)裝置，10. 終端水質(zhì)優(yōu)化池, 11. 純氧、臭氧、汽加熱1.4試驗設計添加管路以原有的生物濾池充氣量為基準,通過(guò)調節供Fig.1 Fish greenhouse plan of the recirculating aquaculture氣管路的閥門(mén)，從30 m'開(kāi)始每個(gè)梯度增加5 m/n,system1. fish tanks, 2. arc screen, 3. backwater main, 4. lead UV disinfection,氣水比設定0.75: 1、0.88: 1、1.00: 1、1.25: 1、5. pump pool, 6. circulating water pump, 7. degassing unit, 8. biofilters,1.50: 1等5個(gè)梯度,每個(gè)梯度試驗運行4 d,相應9. rear UV disnfection, 10. dssolved oxygen pool, 11. pure oxygen, ozone,測定系統水質(zhì)指標(特別注意氨氮指標和pH)和魚(yú)steam heating add line的生理指標。試驗系統:養殖池為4個(gè)圓形中心排水的玻璃試驗水質(zhì)條件為:水溫(19.19 土0.59)"C，鹽鋼水池，單池面積15 m,養殖水深100 cm,養殖度(25.46士0.83), pH (7.89土0.03)生物濾池水力停水體60 m;生物濾池為4級曝氣生物濾池，總容積留時(shí)間為1.33h。池中臭氧濃度最高添加量時(shí)的60m',第一級填裝比表面積200m2/m的BIO-ORP達到389.0 mV。BLOK生物包，第二級填裝比表面積380 m2/m’的多試驗期間，為掌握循環(huán)水養殖系統總氨氮、亞孔網(wǎng)狀生物填料(俗稱(chēng)方便面填料)，第三、四級填硝酸氮和COD的變化情況，每隔1天分別對養殖裝比表面積100m2/m3的立體彈性濾料。池出水口氣浮凈化池出水口、各級生物濾池出水生物濾池采用多孔管曝氣方式,曝氣孔徑為口、前(后)置紫外線(xiàn)裝置進(jìn)水口、前(后)紫外線(xiàn)裝0.8 mm,間距100 mm,總供氣管路上并聯(lián)有2個(gè)進(jìn)置出水口、養殖池進(jìn)水位置的水質(zhì)進(jìn)行采樣分析,氣空氣流量計,型號LZB-40,一路計量新增曝氣量,采樣時(shí)間為13:30,每個(gè)點(diǎn)取樣2個(gè),取其平均值。中國煤化工YHCNMH G1268中國水產(chǎn)科學(xué)第20卷污物排出系統外exhaust the sewage養殖池弧形篩緩沖調節泵循環(huán)水泵fish tanksarc screenpump poolcirculating water→↑終端水質(zhì)優(yōu)化池臭氧實(shí)時(shí)添加自維護拆分回流蒸汽補溫調節dissolved oxygen poolozone aditionresolution refluxtemperature regulation |↓純氧實(shí)時(shí)溶加后端紫外線(xiàn)殺多級曝氣生物濾池氣浮分離凈化池Pure oxygendditionrear uv disinfectiobiofiltersdegassing unit↑水質(zhì)在線(xiàn)監測on-line新水補充添加風(fēng)機充氣實(shí)時(shí)排沫至系統外process monitoringmakeup watermakeup airxhaust the spittle圖2封閉式循環(huán)水養殖系統水處理工藝流程圖Fig. 2 W ater treatment process of closed recirculation aquaculture system1.5水質(zhì)測定 與數據處理方法魚(yú)的生長(cháng)、生理情況等水質(zhì)指標的影響,對5個(gè)梯度總氨氮采用次溴酸鈉氧化比色法測定，亞硝氣水比試驗的數據進(jìn)行統計，結果見(jiàn)表1-表3。氮用鹽酸萘乙二胺分光光度法測定7?；瘜W(xué)需氧由表1、表2可見(jiàn)，隨著(zhù)氣水比的增加，循環(huán)量采用堿性高錳酸鉀法測定[81。溶解氧、pH、水系統各單元中DO處于接近飽和或超飽和狀態(tài),溫、鹽度、氧化還原電位等水質(zhì)數據測定使用YsipH有上升趨勢，生物濾池內水生物凈化效能有所professional plus多參數水質(zhì)分析儀。對所采集的提高。- 般情況下，pH的變化與海水中各種形式數據采用SPSS17.0統計軟件進(jìn)行差異顯著(zhù)性分的二氧化碳的含量有密切關(guān)系,pH的變化是因為析。計算測定數據平均值、標準誤差，以P<0.05高密度養殖系統，CO2積累的途徑主要是魚(yú)類(lèi)的作為差異顯著(zhù)水平，P<0.01 作為差異極其顯著(zhù)水呼吸,殘餌、糞便、分泌體液等還原性有機物質(zhì)平, P>0.05作為差異不顯著(zhù)水平。的降解; CO2的累積造成池水中HCO3~濃度增大,2結果與分析且控制了養殖水體較低的pH9。試驗發(fā)現，通過(guò)2.1不同氣水比狀況 下生物濾池進(jìn)、出水口的水質(zhì)氣水比的增加，可在-定程度上利用生物濾池的指標曝氣脫除一部分水中的二氧化碳，使系統pH在為比較不同氣水比對封閉式循環(huán)水養殖系統多相對低位上有回升的趨勢。而對于循環(huán)系統生物級曝氣生物濾池進(jìn)、出水口凈化效能和pH值DO、凈化效能的提高，則得益于氣水比增加提高了表1不同氣水比狀況下生物濾池進(jìn)、出水口TAN、NO2-N、 COD水質(zhì)指標變化情況表Tab.1Changes of TAN, NO2-N, and COD in inlet and outlet of bio-filter with different air-to-liquid ratios氣水比NO2-N(mgL-COD/(mgL-)air-to-liquid ratio進(jìn)口 inlet出 口outletR/%進(jìn)口 inlet出口outlet R/% 進(jìn)口 inlet出口 outlet R/%0.75:10.126.08235.00.0208.20.998.0.88:10.153.0.10432.00.0130.0118.51.110.9613.61.00:10.1350.06949.10.0420.038).71.0311.41.25:10.1640.091440.0430.0230.60.901.50:1).1480.0710.0310.02422.10.85 .注:R、Rm、 Re分別為 TAN、NOr-N、COD 的去除率.Note: R, R and Re refer to the eliminating ratios of TAN, NO2-N and COD, respectively.中國煤化工MHCNMH G第6期黃濱等:封閉循環(huán)水系統生物濾池氣水比對水質(zhì)凈化效能的影響1269表2封閉式循環(huán)水養殖系統不同氣水比狀況下生物濾池進(jìn)、出水口pH、DO水質(zhì)指標變化情況表ab.2 Changes of pH and DO in inlet and outlet of bio-filter with different air-to-liquid ratios氣水比pH溶氧飽和度1% DO of air satuationair-to-liquid ratio進(jìn)口inlet .出口outlet進(jìn)口inlet0.75: 17.978.0394.82.10.88: 17.998.0494.588.5.00: 18.0094.888.61.25 :8.0289.1.50: 18.08 .100.889.2表3封閉式循環(huán)水養殖系統各魚(yú)池生長(cháng)的變化及成活率Tab.3 Growth rate and survival rate of the fish in the tank組別group一號池PoolNo.1=號池PoolNo.2三號池Pool No.3四號池Pool No.4初始體質(zhì)量/kg initial body weight0.663最終體重/kg final body weight1.6441.7861.863增重率/%weight gain rate131.37147.96169.38181初始體長(cháng)/cm initial length42.64最終體長(cháng)/cm final length57.02355.6557.7457.6增長(cháng)率/% growth rate33.7330.5135.4135.08 .成活率/% survival rate92.391.1290.68生物濾池溶氧和攪動(dòng)作用，使水生物膜充分接觸，0.20p十 進(jìn)口inltofiteres =3;社SE, 0.18+出口outlet of filters對生物硝化過(guò)程速率和有機化合物分解速率有提0.16王升作用。因此,在本封閉式循環(huán)水系統試驗條件昌0.14.下，由試驗數據綜合分析可以初步得出結論:氣∈0.10導0.08水比在-定范圍內對提高封閉式循環(huán)水養殖系統0.06水凈化效能有積極作用。s 0.040.022.2不同 氣水比狀況下水處理單元氨氮、NO2-N指0.C標的變化分析0.75:10.88:1 .1.00:11.25:11.50:1由圖3和圖4所示，氣水比從0.75:1增至1.50: 1時(shí),生物濾池的進(jìn)口氨氮濃度在0.13~0.16 mg/L,圖3封閉式循環(huán)水養殖系統中不同氣水比狀況生物濾出口濃度在0.069~0.100 mg/L,去除率由35.0%增池進(jìn)水口與出水口氨氮的變化加至52.0%, 去除效果明顯;生物濾池進(jìn)口的Fig.Changes of ammonia nitrogen in inlet and outlet ofbio-filter with different air to-liquid ratiosNO2-N濃度在0.013~0.043 mg/L， 出口濃度在0.050p +進(jìn)口inlet of fiters0.012~0.038 mg/L,其中氣水比為1.25: 1時(shí)，NO2-N0.045- +出口oulet of fiters. 0.040n=3;社SE .去除率最大為46.6%;特別是氣水比大于1.0以后,s 0.035電0.030去除率顯著(zhù)增加;但當氣水比大于1.25: 1時(shí),z 0.025NO2-N的去除率由46.6%下降到22.1%,有較明顯5' 0.020z 0.015減緩趨勢;試驗證明曝氣生物濾池系統，在充足0.0100.005氧氣的條件下，對去除水中氨氮和NO2-N 等有害.75:10.88:11.25:1 1.50:1物質(zhì)方面效果顯著(zhù)(P<0.01);但水中有機污染物含量越低，生物凈化的難度越大。2.3不同氣水比狀況 下水處理單元COD指標的變圖4封閉式循環(huán)水養殖系統中不同氣水比狀況生物濾池進(jìn)水口與出水口亞硝酸鹽氮的變化化分析Fig. 4 Changes of nitrogen in inlet and outlet of bio-filter圖5顯示，氣水比從0.75: 1 增至1.50: 1時(shí),with different air-to-liquid ratios中國煤化工YHCNMH G1270中國水產(chǎn)科學(xué)第20卷+氣浮池degassing unit91.12%、90.68%， 成魚(yú)平均體質(zhì)量為1 707 g,體n 3; xSE_. 二級走物濾池second Stage biofilte長(cháng)57.00 cm,增重率157.43%,增長(cháng)率33.68%，取r三級生物濾池three stage biofilter1.11 t. 四級生物濾池four stage biofilter得了良好的養殖效果。.水質(zhì)凈化池dissolved oxygen pool1.03。綜合分析各項指標所得結果為，當氣水比為1.25: 1時(shí),該系統的生物濾池處理水質(zhì)效果最佳。在此條件下，生物濾池出水口水質(zhì)指標為: TAN0.75:1 0.88:1 1.00:1 1.25:1 I .50:10.091 mg/L, NO2-N 0.023 mg/L, COD 0.90 mg/L, .氣水比溶氧飽和度為89.1%, pH 8.07。air-to-liquid ratio圖5封閉式循環(huán)水養殖系統中不同氣水比狀況下各水3討論處理單元COD的變化Fig. 5 Changes of COD in water treatment units with different3.1氣水比對優(yōu)化全 封閉循環(huán)水養殖工藝的影響air-to-liquid ratios過(guò)去簡(jiǎn)單認為海水養殖水處理技術(shù)是在城市各級生物濾池的COD濃度有下降趨勢,平均下降污水處理技術(shù)的基礎上演化發(fā)展而來(lái)的，但實(shí)際幅度為0.10 mg/L; 但由表1可見(jiàn)，隨著(zhù)氣水比的上循環(huán)水養殖水處理與一般的污水處理，在理念增加，COD去除率在6.1%~13.6%波動(dòng)時(shí),去除率和技術(shù)，上都有著(zhù)較大的差別。養殖水處理有以下變化幅度僅為7.5%, 且不規律,這說(shuō)明不同氣水特點(diǎn): 1) 污染濃度低;2)鹽度高、溶氧高;3)生比對COD的去除率影響并不顯著(zhù)(P > 0.05)。物處理處于低溫、寡營(yíng)養狀態(tài); 4)水質(zhì)處理指標2.4不同 氣水比狀況下水處理單元pH、DO的變要求高，屬深度處理。由此可見(jiàn),循環(huán)水養殖系統化分析的深度處理，循環(huán)利用，其本身就比一般的重度由圖6可以看出，隨著(zhù)氣水比從0.75: 1增至.污染水的處理要困難許多，它不僅對COD、氨氮、1.50: 1,各級生物濾池的pH有增加的趨勢，生亞氮指標要有較高的去除率,同時(shí)還對溫度、pH、物濾池進(jìn)、出水口的pH由7.97 增加至8.08,維氧化還原電位等指標有-定的調控要求，所以?xún)沙至苏麄€(gè)養殖系統的pH始終處于7.5~8.5的適宜者相比差異較大。生物濾池氣水比的曝氣作用也區間。生物濾池出水口的DO隨著(zhù)氣水比的增加，因自身水環(huán)境條件和終極指標不同而不盡相同，與進(jìn)水口相比溶氧量變化不大,溶氧飽和度僅有因此現行污水處理行業(yè)氣水比對曝氣生物濾池凈82.10%增至89.23%。經(jīng)過(guò)6個(gè)月的養殖試驗,本試化效能影響的研究成果，并不能完全適用于與海驗系統4個(gè)池子的成活率分別為93.75%、92.3%、水養殖行業(yè)，氣水比研究的缺失對全封閉循環(huán)水養殖的工藝會(huì )產(chǎn)生-定的影響。因此針對優(yōu)化養電tscond8.10「 +四級生物濾池four sagegiofitert殖循環(huán)水處理條件進(jìn)行基礎研究,將對生物膜法8.08+-級生物濾池first stage biofilter物濾池three stage biofitert處理養殖水技術(shù)產(chǎn)生極其重要的指導作用?！竛=3; SE玉8.043.2 氣水比對生物濾池溶解氧濃度的影響8.02在封閉式工廠(chǎng)化循環(huán)水養殖系統中,為了達到8.00高密度養殖和快速增長(cháng)高效養殖的目的,目前國內7.98大多數循環(huán)水養殖系統都采用了純氧增氧的方式?！?.750.881.25.s在循環(huán)水模式下養殖池中溶氧的不斷補充,使養殖池水的DO水平基本處于≥10 mg/L的超飽和狀態(tài)。圖6封閉式循環(huán)水養殖系統中不同氣水比狀況下各水由表2可以看出，不同氣水比狀況下DO的變化情處理單元pH的變化況,本試驗系統中-級生物濾池進(jìn)水口溶氧飽和度Fig. 6 Changes of pH in water treatment units with different由94.3%增加至100.8%,其均值達96.14%接近飽和,中國煤化工YHCNMHG第6期黃濱等:封閉循環(huán)水系統生物濾池氣水比對水質(zhì)凈化效能的影響1271一級到末級濾池間DO均值僅降低了10%左右，生氧已能滿(mǎn)足硝化細菌的需要時(shí),溶解氧不再是限制物濾池出口水的溶氧飽和度均值- -直保持在82% .硝化細菌代謝活性的因素!4。此時(shí)如果繼續加大氣以上,而在硝化反應過(guò)程中，將1 g氨氮氧化為硝水比，對氨氨去除率的提高作用不明顯，還會(huì )造成酸鹽氮需耗氧量4.57 g[10); 本試驗系統生物濾池浪費。試驗中氣水比變化對于COD去除率的影響,的最小溶氧質(zhì)量濃度的測試數據94.3%，約等于從結果的數據和變化趨勢分析看，僅靠增加氣水比8.5 mg/L(20'C )遠超過(guò)“臨界氧濃度”。通常認為,只手段,要大幅度降低COD濃度,對低污染濃度的養需要保持在5.0 mg/L以上,便足以保證生物膜上微殖用水作深度處理是相對困難的;另外也證實(shí),當生物的正常生命活動(dòng)"1。由此可見(jiàn),在使用純氧的氣水比增加到一定程度后,溶解氧不再是好氧異養循環(huán)水養殖系統中，各單元水的DO水平基本處于菌活性的主要限制因素,生物濾池對COD的去除超飽和或接近飽和的狀態(tài)，氣水比的增加對生物濾率也逐漸趨于穩定“"15。池DO濃度的增氧作用不明顯，這與普通污水處理3.4氣水比對系統pH和魚(yú)類(lèi)生理的影響中曝氣生物濾池需要大氣水比來(lái)提高DO濃度有明pH是海水養殖體系的重要參數，pH的變化顯不同,循環(huán)水養殖系統生物濾池的氣水比大小不與海水中各種形式的二氧化碳的含量有密切關(guān)系,是生物濾池DO濃度的主要影響因素,即便較小的二氧化碳越高,則結合水分子形成碳酸，釋放出氫氣水比也能遠遠滿(mǎn)足生物濾池的“臨界氧濃度”。離子，使水中的pH下降,反之則升高。伴隨著(zhù)循3.3氣水比對生物濾池水凈化效 能的影響環(huán)水系統中高密度養殖魚(yú)類(lèi)的呼吸作用和其他微養殖水中殘餌、糞便和溶解態(tài)代謝廢物的積累,生物的生理生化影響，以及硝化過(guò)程中產(chǎn)生的H*,經(jīng)常會(huì )導致水體中氨氮、亞硝酸鹽等指數超標,對會(huì )導致水中二氧化碳濃度逐漸積累,有的甚至達養殖魚(yú)類(lèi)毒害后果極為嚴重,因此養殖系統生物濾到周?chē)h(huán)境飽和濃度的20~100倍,使得pH值快池承載著(zhù)水質(zhì)凈化的主要任務(wù)。氣水比具有提高生速下降，對循環(huán)水養殖系統的控制造成了非常大物濾池溶氧、生物硝化過(guò)程速率和有機化合物分解的困難[161。臧維玲等!7]的試驗證實(shí),隨養殖天數增速率的作用。對于普通的污水處理，氣水比對硝化加,pH逐步下降, COD、氨氮和NO2 -N濃度呈上細菌的活性影響很大，當氣水比較低時(shí),硝化細菌升趨勢。曲克明等|81研究認為，在生物濾池池底大很難得到溶解氧的補給,而在數量和活性上均表現面積曝氣,對循環(huán)水養魚(yú)系統中各種生物產(chǎn)生的較低。隨著(zhù)氣水比的提高,氧傳質(zhì)系數KLa 也隨之二氧化碳具有較好的去除作用，不需另設二氧化提高，溶解氧含量迅速提升,硝化細菌的活性被釋碳去除設備。本試驗隨著(zhù)氣水比從0.75:1 增至放。表現為反應器的硝化效果明顯提高,氨氮去除1.50: 1,各級生物濾池的pH值雖然提高并不明顯,率增大121。在本循環(huán)水試驗系統中,雖然氣水比大但對整個(gè)養殖系統的pH值維持在7.9-8.1 的適宜小不是生物濾池DO濃度的主要影響因素，但氣水區間起到了重要作用。由此可見(jiàn)，合適的氣水比運比仍與凈水微生物如氮化細菌、硝化細菌等活性相行參數對循環(huán)系統的適宜水環(huán)境構建有積極影響。關(guān),特別是氣水比大于1.0以后，氨氮和NO2-N的從魚(yú)類(lèi)生理學(xué)分析看,養殖水環(huán)境的pH值去除率顯著(zhù)增加，其中生物濾池出水氨氮濃度過(guò)高(pH>9.5)或過(guò)低(pH<6.5)都對魚(yú)類(lèi)生長(cháng)不利。魚(yú)0.091 mg /L,去除率44.4%, NO2 N濃度0.023 mg /L,長(cháng)期處于偏酸性水體中，受環(huán)境脅迫影響，可使魚(yú)去除率46.6%,尤其是NO2 -N濃度指標比傅雪軍蝦血液的pH降低,削弱其載氧能力,造成缺氧癥;等[3]通過(guò)封閉式循環(huán)水半滑舌鰨養殖試驗,得到pH過(guò)高的水則會(huì )腐蝕鰓組織[191。另外, pH過(guò)高,池的生物濾池出水NO2-N平均濃度低于0.090 mg /L,水中的NH3 濃度增大,過(guò)高的NH3 對魚(yú)類(lèi)有毒害平均去除率19.47%結果明顯提高。本試驗當氣水比作用，限制魚(yú)的生長(cháng)(20。因為池水中存在著(zhù)銨氮平大于1.25: 1時(shí)，氨氮和NO2 -N的去除率增速有衡體系NH4+ = NH3+ H*,可見(jiàn)pH值對氨氮的較明顯減緩趨勢;同時(shí)也證明了當反應器中的溶解存在形式十分重要,對氨氮毒性的顯現也非常關(guān)中國煤化工YHCNMH G .1272中國水產(chǎn)科學(xué)第20卷鍵。pH的降低還使海水中硝化過(guò)程的速率減慢,4結語(yǔ)有機化合物的分解速率降低，導致水體中物質(zhì)的循(1)生物濾池的氣水比與普通污水處理氣水比環(huán)再生減慢,水質(zhì)更加惡化。由此看pH的變化對有所不同，不是為生物硝化過(guò)程提供氧氣為主要目養殖魚(yú)類(lèi)生理和硝化細菌生化都有較大的影響，因的。(2) 當氣水比從0.75: 1增至1.50: 1時(shí)，生物此絕不能忽視循環(huán)水養殖系統中pH值的變化。在濾池氨氮的去除率由35.0%增加至52.0%, 去除效我國《海洋監測質(zhì)量保證手冊》的漁業(yè)水質(zhì)標準中果明顯;在氣水比為1.25: 1時(shí)，NO2-N去除率最規定,海水養殖的pH范圍為7.0~8.5121。本試驗經(jīng)大達46.6%， 當氣水比大于1.25: 1時(shí)，氨氮和過(guò)6個(gè)月的養殖試驗,半滑舌鰨養殖成活率為91 .96%,NO2- -N的去除率增速有較明顯減緩趨勢。(3)生物成魚(yú)平均體重為1 723 g, 體長(cháng)57.14 cm,增重率濾池曝氣有脫除水中二氧化碳等有害氣體的作用，169.2%,增長(cháng)率32.58%,取得了良好的養殖效果。最佳的氣水比可以維持養殖水pH值在7.5~8.5的適試驗數據可以說(shuō)明，對于高密度循環(huán)水養殖系統:宜區間，對促進(jìn)魚(yú)類(lèi)生長(cháng)，提高抗病能力有益。(1)選擇最佳的氣水比運行參數，是保證魚(yú)類(lèi)在因此，對于不同的封閉式循環(huán)水養殖系統,適宜水環(huán)境中(pH 7.5~8.5)生長(cháng)的重要手段之-。要根據生物濾池大小、濾料比表面積和數量、養(2)氣水比的增加對生物濾池凈化性能有積極的促殖密度、溫度等條件，經(jīng)過(guò)測試尋求最佳的生物進(jìn)作用。濾池氣水比運行參數，只有這樣才可以達到高效3.5氣水比對生物膜代謝 能力和活性的影響節能的生產(chǎn)狀態(tài)。本試驗系統生物濾池氣水比的生物濾池中生物膜的代謝和活性，比較理想最佳運行參數為1.25:1,可供封閉式循環(huán)水養的情況是減緩生物膜老化的進(jìn)程，不使厭氧層過(guò)殖系統生產(chǎn)運行參考。分增長(cháng)，加快好氧膜的更新?；钚陨锬さ暮穸?般在70~ 100 um范圍內,生物膜為薄層時(shí)，膜內參考文獻:傳質(zhì)阻力小,膜的活性較高1。試驗分析發(fā)現，當1] 孔小松,干愛(ài)華,劉瑞軒,等.氣水比對生物膜法處理氣水比從0.75: 1增至1.50: 1時(shí)，生物濾池的氨廢水各階段的影響[J].工業(yè)水處理，2005, 25(7):50-52.氮濃度去除率由35.0%增加至52.0%，NO2-N 濃2] 仇付國，郝曉地，陳新華.曝氣生物濾池處理效果影響度去除率由8.2%增加至46.6%;去除效果明顯增因素試驗研究[J] .環(huán)境科學(xué)與管理，2008, 33(12):加;特別是氣水比大于1.0以后,去除率增速顯著(zhù);81-84.可以說(shuō)明合理的氣水比曝氣量,除了有為生物濾3] Pochana K， Keller J . Study of factors afecting池充氣增氧和脫除水中的有害氣體的作用外，還simultaneous nitrification and denitrification(SND)[J] . Wat Sci Tech, 1999, 39(6): 61-68.與生物膜的更新有關(guān)系;它能帶來(lái)足夠量的上升4] 徐亞同.廢水中氮磷的處理[M]. 上海華東師范大學(xué)出氣泡，使生物濾池內部的水力攪拌作用增大，同版社, 1996: 23- -59 .時(shí)加大了氣水上升流對濾料的剪切力,不斷沖脫5] 趙靜野，鄭曉萌,高軍.曝氣充氧中氧總傳質(zhì)系數的探濾料上老化的生物膜,促使生物膜的新陳代謝能討[].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報2006 ():32-37.力增強，以保證好氧膜的不斷更新,提高生物膜6] 張闖，陶濤,李爾，等.兩種曝氣設備的清水曝氣充氧實(shí)驗研究[J] .環(huán)境污染與防治，2006 (1):42- 45 .活性，表現為對氨氮、亞硝酸氮去除效能的不斷增中華人民共和國國家質(zhì)量監督檢驗檢疫總局,中國國加;當氣水比增加到一定程度后，生物濾池對氨家標準化管理委員會(huì )海洋監測規范部分:海水分析氮、亞硝酸氮的去除率也逐漸趨于穩定;但是當氣[S].北京:中國標準出版社, 2008.水比增加過(guò)高時(shí)，又會(huì )導致其對濾料的過(guò)量沖刷,[8]中華人民共和國國家質(zhì) 量監督檢驗檢疫總局,中國國家不但不利于增強生物膜活性，還會(huì )降低其處理效標準化管理委員會(huì ).工業(yè)循環(huán)冷卻水中化學(xué)需氧量(COD)的測定高錳酸鉀法[S].北京:中國標準出版社，2008.果,并造成能源浪費。因此氣水比的大小需要控制[9] 王麗，蘇柯，張龍軍，等.高密度循環(huán)海水養殖系統在一個(gè)適宜的范圍內更為科學(xué)。CO2的積累和去除效果分析[J].海洋水產(chǎn)研究, 2003,中國煤化工YHCNMH G .第6期黃濱等:封閉循環(huán)水系統生物濾池氣水比對水質(zhì)凈化效能的影響127324(2): 25- -29.4081- 4089.[10] 高俊發(fā).水環(huán)境工程學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,[16] Colta J, Watten B, Pfeiffer T. 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Wat Res, 2003, 34(10):手冊[M].北京:海洋出版社.2000: 23.Effect of the air-to-liquid ratio on treatment efficiency of wastewaterin multistage BAF in a recirculating aquaculture systemHUANG Bin', LEI Jilin', ZHAI Jieming2, ZHOU You', WANG Feng", GAO Chunren', LANG You'1. Key Laboratory for Sustainable Utilization of Marine Fisheries Resources, Ministry of Agriculture, Yellow SeaFisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Qingdao 266071, China;2. LaiZhou MingBo Aquatic CO., LTD, Yantai 264000, China;3. Fishery College, Ocean University of China, Qingdao 266003, China;4. Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, ChinaAbstract: The half-smooth tongue-sole (Cynoglossus semilaevis Gunthe) is commonly reared in a recirculatingaquaculture system. We evaluated the effect of the air-to-liquid ratio on the purification efficiency, DO, and pH inthe biological aerated filters of a recirculating system. The test system was maintained at (19 +1)°C and 15 cycles.The DO in the tank remained above 12 mg/L. As the air-to-liquid ratio increased from 0.75:1 to 1 .50:1, theremoval rate of TAN increased from 35.0% to 52.0%, and the removal rate of NO2-N increased from 8.2% to44.6%. Thus, the air-to-liquid ratio had a significant impact on nitrification, whereas the influence of chemicaloxygen demand (COD) removal rate was not significant. The average removal rate was 10. 14%. The pH valuesincreased from 7.97 to 8.08 but decreased between the biofilter inlet and the outlet. The optimal air-to-liquid ratiowas 1.25:1. This resulted in DO levels at the inlet of the first bio-filter tank that were close to saturation. Betweenthe first bio-filter tank and the final bio-filter tank, DO only decreased by 10%. The recirculation aquaculturesystem maintained the water pH value between 7.9 and 8.1. Our results provide a reference for optimization ofbio-film process culture conditions.Key words: air- to-liquid ratio; recirculation aquaculture system; multistage BAF; purification efficiencyCorresponding author: LEI Jilin. E-mail: leijl@ ysfri.ac.cn中國煤化工YHCNMH G