以聚丁二酸丁二醇酯为碳源去除含盐水体硝酸盐及其动力学模型

以固体碳源反硝化工艺应用于闭合循环养殖废水的脱氮提供理论和技术参数为目的,研究了以一种非水溶性可生物降解多聚物材料（BDPs）聚丁二酸丁二醇酯（PBS）作为反硝化碳源和生物膜载体的填料床反应器对含盐水体硝酸盐的去除效果及动力学特征。结果表明：水力停留时间对NO3--N去除效果影响较大,NO3--N去除率随水力停留时间延长而提高。在温度为(29±1)℃,进水NO3--N质量浓度为25～236 mg/L的条件下,进水NO3--N负荷低于0.32 kg/(m3·d)时,NO3--N体积去除负荷随进水NO3--N负荷的增加呈线性上升;进水NO3--N负荷为0.32 kg/(m3·d)时达到最大NO3--N体积去除负荷为0.21 kg/(m3·d);进一步提高进水NO3--N负荷则NO3--N体积去除负荷开始下降且出水中出现NO2--N积累。动力学研究结果表明以PBS为碳源和生物膜载体的反硝化速率遵循一级反应动力学。用Eckenfelder模型拟合,求出反应速度常数K值和常数n值且相关性良好。采用该动力学模型参数可以预测出水NO3--N浓度并用于实际闭合循环养殖系统的工程设计和优化运行。     

增设回流提高厌氧氨氧化反应器脱氮效能

采用2套上流式反应器接种厌氧氨氧化污泥,研究了高基质浓度下增设回流对厌氧氨氧化反应器脱氮性能影响.研究结果表明,增设出水回流的反应器1经过116 d的运行,进水NH4+-N和NO2--N质量浓度由初始100、130 mg/L达到602、782 mg/L时,出水质量浓度仅增加到44、60 mg/L,氮容积去除负荷最高达到7.87 kg/(m3·d).NO2--N与NH4+-N的转化比维持在1.303,NO3--N生成量与NH4+-N转化量之比维持在0.24.无回流的反应器2经过67 d运行,进水NH4+-N和NO2--N质量浓度由最初100、130 mg/L分别增加到456和600 mg/L,相应出水质量浓度达到174和253 mg/L,氮容积去除负荷最高达到4.31 kg/(m3·d).NO2--N与NH4+-N的转化比维持在1.298左右, NO3--N生成量与NH4+-N转化量之比维持在0.21.说明回流对进入反应器的基质具有较强稀释作用,有助于避免高基质浓度对厌氧氨氧化活性的影响,同时对厌氧氨氧化反应过程中氮素转化比不产生影响.增设出水回流后的反应器1污泥粒径主要分布在1.25~2 mm之间,而反应器2污泥粒径主要分布在0.9~1.6 mm.说明在反应器运行过程中增设回流有助于反应器内液体上升流速的增加,颗粒污泥具有良好的流态,能够更好地与底物接触,有利于微生物增长.     

斑节对虾循环水养殖系统构建与运行试验

为探索斑节对虾循环水养殖可行性及应用发展价值,该研究自主设计蛋白分离组合装置、内循环流化床等关键工艺环节水净化装备,构建了技术先进、结构紧凑的斑节对虾循环水养殖系统。针对其不同阶段生长特性及水环境需求,提出一种水质调控方法,科学投喂。运行试验120d,溶解氧浓度5.30～7.14mg/L,p H值7.23～8.44,氨氮浓度0.43～1.38 mg/L(稳定运行后),亚硝酸盐氮浓度0.15～0.56 mg/L(稳定运行后);斑节对虾在循环水养殖模式水生态环境下正常生长,先后经历快速生长期、稳定生长期及缓慢生长期,终末养殖密度3.02 kg/m2,取得高效养殖结果;终末饲料系数1.67,单茬每平方米利润34.78元,每平方米年利润69.56元(按1年2茬计),获得良好经济效益。该实践可为斑节对虾循环水养殖模式应用提供技术支持。     

超高密度全封闭循环水养殖系统设计及运行效果分析

为进一步研究循环水养殖系统在高密度养殖生产过程中的水质变化情况、鱼类生长情况及应用推广价值,该文构建了一套超高密度全封闭循环水养殖系统,设计3条水处理环路,集成了鱼池双排水、竖流沉淀、转鼓式微滤机、移动床生物过滤、多腔喷淋式纯氧混合装置、二氧化碳脱气等高效水处理技术和装备。提出一种基于投饲量的循环水养殖系统设计计算方法,重点考虑氨氮、溶解氧和总悬浮颗粒物3个水质指标。使用该系统养殖吉富罗非鱼6个月,试验研究结果显示:鱼类生长情况良好,最高养殖密度104.2kg/m3。饵料系数1.4,成活率92.2%。水质检测结果显示:氨氮浓度维持在平均(1.09±0.55)mg/L;溶解氧维持在4～9mg/L范围内;pH值6.45～7.41。经济性分析研究结果表明,系统养殖运行成本约为25元/kg,略高于市场价格。但是,从环境成本考虑,系统的节水效果显著,日耗水仅为0.3～0.5m3。通过适当的精简并挑选合适的养殖品种,完全可以实现规模化的生产。     

对虾工程化循环水养殖系统构建技术

讨论了一种高效经济保持藻类生长的对虾工程化循环水养殖系统构建技术。并利用此系统开展室内凡纳滨对虾生产试验。养殖用水采用经室外池塘充分氧化后的咸井水（盐度14‰～26‰）,放苗密度：500尾/m2,排放水经系统处理后循环使用。并且在试验期间,探索了一种低耗高效运行模式。90 d养殖期,系统溶解氧均值5.1 mg/L,氨氮0.002～0.15 mg/L,pH值7.62～8.29,获良好水生态环境调控效果。系统产量4.6 kg/m2,饲料系数1.14,每生产1 kg虾耗水 1 000 L、耗电2.16 kWh,取得高产量、高效率养殖生产结果。     

基于水质监测技术的水产养殖安全保障系统及应用

为解决水产养殖中的风险问题,设计了基于水质监测技术的水产养殖安全保障系统。系统由水质监测与信息处理系统、电路控制系统、增氧和投饲设备组成,系统根据养殖水体的溶氧变化调控增氧、水层交换和投饲。常规淡水鱼池塘养殖情况下,安全增氧时间不低于6.2 h/W·d·kg,机械增氧下限为3 mg/L,上限为5 mg/L,上限运行时滞为0.5～1 h,水层交换时滞为1～2 h。应用表明,系统比传统增氧方式节约运行时间33.4%,平均降低饲料系数21.6%,系统具有节能、节饲和保障养殖安全的效果。     

双污泥反硝化除磷系统中氨氮容积负荷的优化

农村生活污水具有处理量小,分散,日变化系数大等特点,分散处理成为农村污水处理的首要选择。该研究采用AAO工艺与BAF组成的双污泥反硝化除磷系统（anaerobic anoxic oxic-biological aerated filter,AAO-BAF）处理农村生活污水,探讨了氨氮容积负荷对该系统BAF单元硝化性能及出水悬浮物（SS）的影响。通过改变水力负荷和有效滤料容积（即方式1和方式）2种方式,氨氮容积负荷在0.43～1.21 kg/(m3·d)之间变化。试验结果表明,随着氨氮容积负荷的增加,氨氮去除率呈现先缓慢降低后急剧减小的趋势,不同的是,出水SS对方式1（即水力负荷的变化）更敏感。当氨氮容积负荷在0.43～1.12 kg/(m3·d)时,氨氮去除率大于81%;当氨氮容积负荷大于1.12 kg/(m3·d),氨氮去除率急剧降低,氨氮容积负荷为1.21 kg/(m3·d),2种运行方式的氨氮去除率分别为65%和68%。当氨氮容积负荷小于0.74 kg/(m3·d)时,出水SS小于10 mg/L;当氨氮容积负荷大于0.74 kg/(m3·d)时,出水SS急剧增加,但方式1增加得更快,氨氮容积负荷增加到1.21 kg/(m3·d)时,方式1和方式2的出水SS分别为21.8和14.2 mg/L。所以,为保证BAF出水水质达到国家一级A排放标准,其氨氮容积负荷应小于0.74 kg/(m3·d)。     

农村污水加入对模拟稻田生态系统中氮、磷的影响

在温室内,以中性紫色水稻土为基质,水稻(Oryza sativa)为植被构建了模拟稻田生态系统用以处理农村污水,研究了外源污水(TN 15.0mg/L,其中NH4+-N 13.5mg/L,NO3--N 1.5mg/L;TP 2.0mg/L)加入4种系统后,土壤和田面水中各种形态氮、磷、pH等的动态变化。结果表明,外源污水加入后3d土壤中NH4+-N、NO3--N、pH均达到峰值,其中NH4+-N 29.4～46.5mg/kg,NO3--N 12.3～21.4mg/kg,pH 7.9～9.1,完全施肥处理显著高于减量施肥处理,垄作与平作之间差异不显著。7d后NH4+-N、NO3--N、pH显著降低,处理之间差异不显著。外源污水加入后3d,土壤中NH4+-N增加了5.76～9.70g/m2,显著高于田面水中NH4+-N的损失量1.15～1.34g/m2,田面水和土壤中NO3--N分别上升了0.64～0.91g/m2和2.02～4.12g/m2。表明田面水中NH4+-N的减少可能对土壤中NH4+-N的升高有一定的贡献,而田面水中NO3--N的增加量可能来自土壤。土壤中碱解氮和Olsen-P浓度均在污水加入后1d达到峰值,完全施肥处理显著高于减量施肥处理,垄作与平作之间差异不显著。土壤中TN和TP在试验期间有下降的趋势,但是差异不显著。相同施肥条件下,垄作较平作能够获得更高的生物产量,意味着能够带走更多的氮、磷。     

基于物质平衡的对虾高位池循环水养殖系统设计与试验

为建立一种高效、低成本的高位池循环水养殖系统构建技术,采用物质平衡相关原理,结合水净化设施构建技术,精准设计确立水处理系统物理过滤设施体积、生物过滤设施体积、循环量及供氧量等关键参数,并优化系统结构,建立融斜管沉淀设施、流化床生物过滤设施、增氧于一体的设施型高位池循环水养殖系统。应用该系统开展凡纳滨对虾运行试验,结果表明:p H值7.43~8.03,溶解氧5.32~7.82 mg/L,氨氮值0.06~0.54 mg/L,水质调控良好;系统养殖负荷2.26 kg/m3,饲料系数1.17,成活率81.3%,取得高效养殖生长结果;单茬利润3.34万元,亩均年利润2.67万元(按1年3茬计),获得良好经济效益。该研究系统主要参数设定值(预期值)与实测值吻合较好,可为高位池养殖模式可持续发展提供借鉴。     

简易式工厂化循环水对虾养殖系统构建及试验

为探索低换水量的对虾养殖生产方式,该研究构建了一种简易式工厂化对虾养殖系统,试验组利用自行研发的蛋白分离器和新型集污盘去除系统总悬浮颗粒物和老化微藻,对照组不设置蛋白分离器和集污盘,进行对虾养殖和水质调控试验,结果表明:试验组平均总氨氮浓度、平均亚硝氮浓度、平均TSS(Total Suspended Solids)浓度、平均副溶血弧菌数量分别为(0.4±0.16)、(0.53±0.23)、(68.33±39.72)mg/L和(140±113.83)cfu/mL,显著低于对照组(0.96±0.62)、(1.17±0.59)、(147.14±94.18)mg/L和(661.34±473.96)cfu/mL(P0.05);试验组成活率及单位产量分别为82.62%±5.64%和(3.44±0.85)kg/m~3,显著高于对照组18.29%±4.63%和(1.09±0.23)kg/m~3(P0.05)。该研究构建的简易式循环水工厂化系统,设置蛋白分离器流量10 m~3/h且不间断运行,养殖前45 d不换水、后55 d利用集污盘进行强排污保持日换水量5%的情况下能够有效调控对虾养殖水质。     

菜-鱼复合设施种养系统构建与运行试验分析

针对工厂化循环水养殖废弃物资源化利用难题，该研究将传统鱼菜共生技术进行改进，提出并构建一种菜-鱼复合设施种养模式。通过设计3路水循环工艺流程，将工厂化循环水养殖、蔬菜无土栽培(即鱼菜共生系统)与传统土壤种植结合，以促进水产养殖固液废弃物全循环利用。基于质量平衡原理，根据投饲量和养殖尾水排放量提出鱼菜生物量配比和发酵装置体积计算方式，以提高系统营养物质利用效率。建立一套中试系统，使用该系统同时养殖大口黑鲈、种植水培生菜和番茄160 d，结果显示：鱼类生长良好，最终养成密度为41.6 kg/m³，特定生长率为0.42%，存活率99.95%，饵料系数为1.4；蔬菜长势良好，收获水培生菜1 205 kg，收获番茄果实2 400 kg。水质情况总体稳定：总氨氮平均浓度为(0.83±1.46)mg/L、亚硝酸盐平均浓度为(0.035±0.062)mg/L、硝酸盐平均浓度为(25.1±8.06) mg/L、溶解氧浓度范围为4.25～7.16 mg/L、p H值平均为6.8；水产养殖废弃物发酵后，可使水体中总磷含量提高141%，钾离子含量提高7%；系统经济效益和生态效益较好：年利...     

生物絮凝反应器对中试循环水养殖系统中污水的处理效果

试验设计了一种生物絮凝反应器,用作中试规模循环水养殖系统(recirculating aquaculture system,RAS)的唯一水处理装置,研究其在不同水力停留时间(hydraulic retention time,HRT,12、6、4.5、3 h)条件下的运行效果。试验结果表明,反应器可耐受最小HRT为4.5 h,当HRT降低至3 h,反应器发生不可逆的洗出现象而使试验不能继续进行。反应器絮体沉降性能一般,随着HRT的减小(12、6和4.5 h HRT),絮体体积指数(SVI-30)逐渐降低,但是始终大于150 m L/g,为丝状菌膨胀,主要的丝状细菌由TM7 genera incertae sedis逐渐演变为Haliscomenobacter和Meganema菌属,相对丰度逐渐降低。12 h HRT反应器污染物去除率最高。反应器亚硝氮(NO_2~--N)、硝氮(NO_3~--N)在4.5 h HRT出水质量浓度最低,分别为(0.02±0.01)、(1.70±0.06)mg/L;氨氮(total ammonium nitrogen,TAN)、总氮(total nitrogen,TN)、悬浮颗粒物(suspended solids,SS)出水质量浓度在12 h HRT时最低,分别为(0.48±0.05)、(4.47±1.00)、(14.20±8.14)mg/L,同时未造成有机污染。4.5 h HRT对RAS养殖区污染物的控制效果最佳,TAN、NO_2~--N、NO_3~--N、SS质量浓度分别被控制在0.76、0.10、2.95、60.00 mg/L以下。反应器在不同HRT条件下均以异养细菌为主,主要通过同化作用去除TAN,好氧反硝化细菌和厌氧反硝化细菌同时是反应器的优势菌属。反应器可获得较长的稳定运行状态和良好的水处理效果,具有用作RAS核心水处理装置的可行性,该研究可为其在RAS的进一步研究和应用提供参考。     

多层抽屉式循环水幼鲍养殖系统及养殖效果

为了提高皱纹盘鲍的养殖效果,该文设计了多层抽屉式循环水养殖幼鲍系统,分析了养殖期间系统的水质指标和耗能量,及不同养殖密度下幼鲍的生长率和成活率。结果表明,该系统适宜的幼鲍养殖密度为150个/屉(70cm×40cm×10cm/屉),为流水式养鲍密度的6～9倍。试验过程中水温、溶解氧、pH值、盐度、NH4+-N和NO2-N指标均达到幼鲍生长条件,NH4+-N和NO2-N体积质量基本稳定在0.023～0.065mg/L和0.014～0.041mg/L范围内。试验期间总耗电量为688.88kW·h,其中海水加热占总耗电量19.62%,相当于每天1.287kW·h耗电量,大约是流水式养殖加热耗能的1/7。该研究表明,多层抽屉式循环水养鲍系统是一种安全、高效、节能减排的养殖模式。该系统可供选择养鲍设施时参考。     

“零排放”复合生物净化模式用于循环水养鲍系统的试验研究

采用水生植物滤池(UB和PUB)和固定膜生物滤池（SB）的复合净化模式，对鲍鱼养殖水体和系统排放水体进行净化，实现了循环水养鲍系统的清洁生产。试验结果表明，植物滤池UB对养殖水体中总氨氮(TAN)具有很高的吸收效率，从而降低了SB的硝化负荷，大大减少了TAN、NO^－₂-N、NO^－₃-N和COD的积累，在整个试验过程中，养殖水体中TAN、NO^－₂-N、NO^－₃-N和COD的浓度分别低于0.19、0.01、1.75和1.20 mg/L。由于UB滤池的吸收作用和SB的硝化作用，养殖水体中PO^3-₄的浓度一直保持在0.30 mg/L以下。另外，这种复合净化模式具有调节水体pH值的作用，在试验期间，养殖水体中的pH值一直保持在8.11～8.14的良好水质范围，对鲍鱼的养殖十分有利。系统排放水经另一植物滤池PUB吸收净化后，PO^3-₄浓度降至0.22 mg/L 以下，NO^-₃-N的浓度甚至降至0.10 mg/L以下。本文还建立了养殖循环水体中无机氮的循环模型，用于对养殖水体中TAN、NO^－₂-N和NO^－₃-N的预测和控制。     

密云水库流域地下水硝态氮的分布及其影响因素

2008年11月至12月,采集了密云水库流域305个井的地下水样品,分析了其硝态氮含量。结果表明,密云水库流域地下水的硝态氮含量的平均值、超标率(10 mg L-1≤NO3--N<20 mg L-1)和严重超标率(NO3--N≥20 mg L-1)分别为6.81 mg L-1、13.77%和2.30%。其中村庄和菜地的地下水硝酸盐污染最为严重,35个村庄井和13个菜地井的地下水硝态氮含量的平均值分别为9.52 mg L-1和9.55 mg L-1,已接近WHO饮用水硝态氮含量10 mg L-1的限定标准,超标率分别为20%和15.38%,严重超标率分别为8.57%和7.69%。219个粮田井水的硝态氮水平位居中间,其硝态氮含量的平均值、超标率和严重超标率分别为6.59mg L-1、14.61%和1.37%。10个林地井的地下水硝态氮含量是最低的,其平均值为2.66 mg L-1,无超标现象。潮河流域农田地下水的硝酸盐污染比白河流域严重。潮河流域农田(124个井)的地下水硝态氮含量的平均值、超标率和严重超标率分别为8.42 mg L-1、21.77%和3.23%,而白河流域(122个井)则分别为5.03mg L-1、6.56%和0,即无严重超标现象。密云水库流域农田地下水的硝态氮含量呈现出上游低而下游高的趋势。玉米田地下水硝态氮含量在接近河道的地方有所降低,与地下水水位呈负相关,与化肥氮的施用量呈正相关,当地下水位小于7m时或当一年的化肥氮的施用量超过200 kg hm-2,存在地下水硝态氮含量超标的潜在危险。     

Cu污染条件下封闭循环水养虾系统的效能

为获得Cu2+污染对封闭循环水养虾系统的影响,选用0.3 mg/L Cu2+浓度,研究其对系统中水质、对虾生长、存活及生物滤器水处理效能的影响。结果表明,经过84 d的试验,养殖水体中Cu2+质量浓度在系统水处理单元作用下降为(0.089±0.012)mg/L,对虾能正常生长和存活,0.3 mg/L Cu2+处理质量浓度对生物滤器的化学需要量（COD）、NH4-N和NO2-N去除率及滤器中异养细菌、氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的数量不造成显著影响。处理系统对虾体内Cu质量分数为(42.91±6.10)mg/kg,与对照中质量分数(29.36±4.06)mg/kg相比,具有显著差异,但均在国家无公害食品水产品中有毒有害物质限量标准（Cu≤50 mg/kg）范围内。在0.3 mg/L Cu2+质量浓度污染下,封闭循环水养虾系统仍能提供较好的水质条件,获得较高的产量和较低的饵料转化率,所养对虾符合无公害水产品要求。     

种植密度对鱼菜共生系统氮素转化的影响

为评估不同植物密度对鱼菜共生系统氮素转化的影响,在试验温室内搭建了基于营养液膜(nutrient film technique,NFT)栽培的鱼菜共生系统。养殖水量350L,养殖密度10 kg/m~3;栽培面积1.0 m~2,栽培密度60、45和30株/m~2。考察了系统33d运行期间的水质情况和鱼菜生长情况,探讨了投入氮素的转化情况以及时间和植物密度对氮化合物质量浓度的影响情况。结果表明:试验期间,不同植物密度系统的水质适合鱼菜生长,鱼类和蔬菜主要生物学特性指标有不同程度的增长。氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮质量浓度随时间变化显著(P0.01);不同植物密度系统的硝酸盐氮质量浓度存在显著差异(P=0.028),植物密度为45株/m~2的系统具有较高的硝酸盐氮积累优势。系统运行后期,氮化合物质量浓度基本稳定,氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮质量浓度分别为2.50、0.20和5.00 mg/L左右。49.32%～68.41%投入饲料的氮素积累在鱼菜生物体内,与普通水产养殖和NFT栽培相比,鱼、菜含氮量均不具优势。可通过扩大栽培面积、配备生物滤池、调整栽培模式等方法加强氮素转化。综上,试验系统的优势栽培密度为45株/m~2,应结合其他措施提升氮素转化效果。     

循环水养殖模式下鱼生长对水环境因子的响应模型构建

为探究鱼类生长对水环境的响应,预测鱼类在养殖水环境多因子协同作用下的生长速度,进行了室内曝气推流循环水养殖罗非鱼试验,试验持续周期为8周。结果表明,在一定范围内,随着溶解氧质量浓度的增加,鱼的食物转化效率和特定生长率均有所提高;随着非离子氨质量浓度的增加,鱼的食物转化效率和特定生长率均有所降低;而亚硝酸盐质量浓度由于变化不大且均处于安全质量浓度范围,该试验中对鱼的食物转化效率和特定生长率未产生显著影响。基于这一系列试验结果对罗非鱼特定生长率进行了非线性拟合,建立了鱼的生长预测模型,R2为0.82,并通过实测数据验证了模型的有效性和普适性。预测模型表明,养殖初始鱼质量、养殖密度、非离子氨以及亚硝酸盐质量浓度的增加,均会导致鱼生长速度减缓,而提高溶解氧质量浓度则可以提高鱼生长速度。该预测模型虽然是在曝气推流循环养殖模式下获得的,但对其他养殖模式同样适用,使鱼生长对水环境因子的响应变得可测,为促进养殖鱼类的健康发展、养殖系统的优化和养殖效益的提高提供了便利和参考。     

采用机器视觉和傅里叶频谱特征的循环水养殖鱼类摄食状态判别

为精准判别工厂化循环水养殖池中鱼类摄食行为动态,实现精准投喂,该研究提出一种基于傅里叶频谱特征提取并通过支持向量机分类的鱼类摄食行为判断方法。首先,对采集到的工厂化循环水养殖池中鱼群的摄食影像作水花前景提取,并从空域转化至频域;然后,在频域内构建环形滤波器,通过频谱滤波确定特征向量提取范围(更明显表征图像灰度变化剧烈程度的频谱区域),并提取区间内幅值,以此表征鱼类摄食欲望的强弱,从而可以实现鱼类摄食行为的判断。统计每一区间所得幅值样本之和并以此构建特征向量集,并将所得特征向量训练支持向量机。结果表明,该研究所提出的方法在工厂化养殖鱼类摄食行为判断方面具有很好的效果,判断准确率可达99.24%,研究结果能以极高准确率判断鱼类摄食行为,为指导精确投喂提供科学依据。