碳酸钠对生物滤池硝化作用及水体pH的影响

刘峙岳， 程海华， 朱建新， 曲克明， 徐 勇

(1.烟台涌勤海洋科技有限公司，山东烟台 264000；2.上海海洋大学水产与生命学院，上海 201306；3.中国水产科学研究院黄海水产研究所，农业部海洋渔业可持续发展重点实验室，山东青岛 266000)



碳酸钠对生物滤池硝化作用及水体pH的影响

刘峙岳1， 程海华2， 朱建新3*， 曲克明3， 徐 勇3

(1.烟台涌勤海洋科技有限公司，山东烟台 264000；2.上海海洋大学水产与生命学院，上海 201306；3.中国水产科学研究院黄海水产研究所，农业部海洋渔业可持续发展重点实验室，山东青岛 266000)

循环水养殖系统(RAS)；pH; 生物滤池;硝化反应

1　材料与方法

1.1试验填料与装置采用爆炸棉作为生物填料，其材质为PU海绵，比表面积350m2/m3，密度0.024g/cm3。试验装置为自主设计，主要由生物滤器和蓄水箱组成(图1)，二者之间的体积比是仿照实际养殖系统等比例缩小的。为了便于观察挂膜情况，滤器采用亚克力有机玻璃管，尺寸为φ140mm×600mm，管两端都有球阀以控制水流速率，并有带筛孔的隔板用以固定填料。蓄水箱有效容积为200L，内部设置有抽水泵、加热棒和气石。滤器与蓄水箱之间采用φ25mm的塑料软管链接。

图1　试验装置示意Fig.1　Schematic diagram of experimental device in test

1.2试验方法生物膜培养方法生物膜培养采用预培养法。试验前40d左右，用提水泵从任意1个半滑舌鳎循环水养殖池中提水，保证每个蓄水箱中均加入100L，其水质参数如下：水温18～19 ℃，pH7.3～7.8，盐度27.5‰～28.0‰，溶氧量(DO)5.5～6.5mg/L。另外，分别按20mg/L的浓度往每只水箱中添加氯化铵和葡萄糖，用来作为生物膜培养的氮源和碳源。此外，往每只水箱中添加50mg/L微生态净水剂(富含硝化细菌、芽孢杆菌等益生菌，有益菌含量大于2×1010CFU/g)作为挂膜菌种。挂膜期间的系统运行参数如下：pH7.5～8.0，水温26.5～28.0 ℃，DO≥6mg/L，HRT(水力停留时间)均控制为30min。每7d换水1次，换水采取少量多次的方法，换水后重新添加同量的氯化铵和葡萄糖。定期检测水体指标，包括氨氮和亚硝酸盐氮浓度，直至亚硝酸盐氮浓度降低且达到稳定状态，表明生物膜成熟。

2　结果与分析

注：同一时间各组标有不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。Note：Different lowercases in the same time indicated significant differences(P<0.05).图2　试验期间各组总氨氮浓度的变化Fig.2　Change of total ammonia nitrogen (TAN) concentration in each group during the experiment

注：同一时间各组标有不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。Note：Different lowercases in the same time indicated significant differences(P<0.05).图3　试验期间各组亚硝酸盐浓度的变化Fig.3　Change of -N concentration in each group during the experiment

2.3试验期间各组pH的变化从图4可以看出，试验初始，各组水体pH维持在7.06～7.10，各组之间不存在显著差异；B组、C组、D组和E组添加相应量的Na2CO3后，pH都发生不同程度升高，升高幅度随着Na2CO3添加量的增大而变大。A组作为对照组，没有添加Na2CO3，其pH几乎不变；随着试验的进行，各组pH均略微降低，其降低幅度从大到小依次为：A组、B组、C组、D组、E组。这说明生物滤池净化过程会导致pH缓慢降低，添加Na2CO3会在一定程度上缓解降低的趋势。

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

图4　不同试验阶段各组pH的变化Fig.4　Change of pH in each group during the experiment

3　讨论

菌的生存。E组添加Na2CO3量较多，导致添加后pH升至8.35，虽然此pH超出了硝化细菌最佳生长范围，但是E组硝化反应速率比对照组快。这可能是因为硝化反应是一个消耗水体碱度的过程，硝化细菌通过硝化反应将1g氨氮氧化成硝酸盐，需要消耗7.07gCaCO3碱度和产生5.85gCO2[9]。E组添加Na2CO3后碱度增加，满足了硝化反应的需要，在一定时间内加快了硝化反应的进行；对照组未添加Na2CO3，其水体碱度可能在一定程度上限制了生物滤池硝化反应的速率。

在RAS中，生物滤池净化水质的过程中微生物会代谢产生大量的CO2，导致养殖水体pH缓慢下降。该试验过程中系统经过12h运转，各试验组pH较运行开始阶段均有不同程度下降，其中对照组下降幅度最大，各处理组pH下降幅度随着Na2CO3添加量的增加而变小。这表明在水体中添加Na2CO3，在增加水体pH的同时，也增加了水体对酸性物质的的缓冲能力，使水体pH可以维持较长时间稳定，有利于养殖对象的健康生长。

4　结论

[1] 宋红桥，宋红桥,管崇武.循环水养殖系统中水处理设备的应用技术[J].安徽农学通报,2011(21):112-115，117.

[2] 丁彦文,艾红.微生物在水产养殖中的应用[J].湛江海洋大学学报,2000(1):68-73.

[3] 刘瑞兰.硝化细菌在水产养殖中的应用[J].重庆科技学院学报,2005(1):67-69.

[4] 刘存仁,白亚荣.pH值对渔业生产的影响及决定因素[J].现代农业,2007(3):27.

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[6] 卢玲,卢健民,蔺玉华,等.低pH对鲤鱼血液电解质影响的研究[J].水产学杂志,2000(2):42-46.

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[9]TIMMONSMB，EBELINGJM.Recirculatingaquaculture[M].NY:CayugaAquaVentures, 2007: 39-541．

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

国家科技支撑计划项目(2011BAD13B04，2011BAD13B07)。

刘峙岳(1981- )，男，山东烟台人，工程师，硕士，从事循环水养殖工作。*通讯作者，副研究员，硕士生导师，从事海水鱼类苗种繁育及工厂化养殖技术研究。

2016-04-26

S949

A

0517-6611(2016)17-127-03