張伯年++范冰++張嘉朋++高輝

摘 要：養(yǎng)殖水體的富營養(yǎng)化不僅制約水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展，還是開放水域的主要污染源之一。本文報(bào)道了一種集物理吸附技術(shù)與微生物技術(shù)于一體的微生態(tài)顆粒凈水劑用于富營養(yǎng)化養(yǎng)殖水體的修復(fù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該凈水劑投入水體后可有效下沉到水底發(fā)揮作用；對有機(jī)大分子物質(zhì)淀粉和單胞藻類有較強(qiáng)的去除作用；可有效降低水體中T-N和T-P含量，降低水體中COD濃度，增加水體的透明度和DO值，并可優(yōu)化水體的pH值。

關(guān)鍵詞：微生態(tài)顆粒制劑； 養(yǎng)殖水體； 水質(zhì)凈化

中圖分類號(hào)：S949 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170527001

在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中， 由于餌料的過度投放和養(yǎng)殖動(dòng)物排泄物的積累，水體中的N、P等營養(yǎng)物質(zhì)不斷積累，在緩慢的水流流態(tài)和適宜的溫度條件下就會(huì)形成養(yǎng)殖水體的富營養(yǎng)化[1]。養(yǎng)殖水體的富營養(yǎng)化制約水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展；是開放水域的主要污染源之一。

按照水體富營養(yǎng)化與污染控制理論，防治水體富營養(yǎng)化的根本措施是減少水體中N、P的含量，控制主要污染物——藻類、有機(jī)物等的生成，使富營養(yǎng)化的水體得到凈化[2，3]。國內(nèi)外用于富營養(yǎng)化養(yǎng)殖水體治理的傳統(tǒng)方式包括物理、化學(xué)或兩者相結(jié)合的方式。物理方式低效、短效、營養(yǎng)鹽容易恢復(fù)、且易造成巨大的資源浪費(fèi)；化學(xué)方式指向水體中投放有機(jī)、無機(jī)化合物，一般會(huì)導(dǎo)致二次污染，甚至水產(chǎn)品安全問題。目前在物理和化學(xué)方法治理富營養(yǎng)化方面，國內(nèi)外尚無成熟的經(jīng)驗(yàn)可提供[4-6]。隨著人們對環(huán)境重要性認(rèn)知度的提高，無害化水環(huán)境處理技術(shù)成為當(dāng)前富營養(yǎng)化水體處理技術(shù)研究的熱點(diǎn)，生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。生態(tài)修復(fù)技術(shù)是通過培育的水生植物、水生動(dòng)物，培養(yǎng)、接種的微生物等的生命活動(dòng)對水體中的污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解，從而使水體得到凈化的技術(shù)[7，8]。其中，微生物是凈化水質(zhì)的主要執(zhí)行者，可以將富營養(yǎng)化水質(zhì)中的有機(jī)物降解為無機(jī)物，這正是污染物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化過程中的第一個(gè)步驟，在生物修復(fù)中尤其重要，而且有的微生物還具有對無機(jī)污染物質(zhì)進(jìn)行還原，分泌抑菌素抑制致病菌生長等功能[9，10]。因此，包括活菌體、死菌體、菌體成分、代謝產(chǎn)物及具有活性的生長促進(jìn)物質(zhì)的微生態(tài)制劑在水質(zhì)凈化領(lǐng)域得到越來越多的關(guān)注。

本文以解決養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化問題為主要目的，研制了一種集物理因素與微生物技術(shù)于一體的微生態(tài)顆粒凈水劑。考察該凈水劑的常溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性和對溫度的耐受性；觀察該凈水劑對淀粉的分解及單包藻類的去除能力。建立模擬養(yǎng)殖水體，考察了該凈水劑對模擬養(yǎng)殖水體的凈化效果。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 主要實(shí)驗(yàn)材料

枯草芽孢桿菌，沸石顆粒（2.0～3.6 mm），滑石粉。

1.2 微生態(tài)顆粒凈水劑的制備

枯草芽孢桿菌分別經(jīng)活化、1級(jí)種子培養(yǎng)、2級(jí)種子培養(yǎng)、發(fā)酵培養(yǎng)后得發(fā)酵菌液，含菌量為2.0～3.0×1010 個(gè)/mL。將上述發(fā)酵菌液用孔徑為0.45μm的微濾膜包進(jìn)行濃縮，至濃度為2.0～3.0×1013個(gè)/mL。沸石顆粒干燥至恒重，與上述濃縮發(fā)酵菌液混合，室溫下攪拌15min，轉(zhuǎn)速100 rpm，然后加入附菌基滑石粉，繼續(xù)攪拌10min，即得微生態(tài)顆粒制劑，其中沸石顆粒粒度為2.0～4.0 mm，菌液：沸石：滑石粉=1：5：4。

1.3 微生態(tài)顆粒凈水劑的穩(wěn)定性檢測

1.3.1 常溫下的儲(chǔ)存穩(wěn)定性

將制得的凈水劑在常溫條件下分別密封儲(chǔ)存1個(gè)月、3個(gè)月、6個(gè)月、9個(gè)月、12個(gè)月。取1 g樣品放入100 mL蒸餾水中，100 rpm震蕩30 min，混懸液分別稀釋至10-7，10-8、10-9倍，涂平板，37℃培養(yǎng)24 h，對菌落進(jìn)行技術(shù)統(tǒng)計(jì)。

1.3.2 高溫耐受性

分別將凈水劑產(chǎn)品在60℃、70℃、80℃和90℃條件下處理5 min后，按1.3.1的方法處理，37℃平板培養(yǎng)24h，統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)。凈水劑產(chǎn)品在70℃條件下耐受不同的時(shí)間后平板37℃培養(yǎng)24h，對菌落進(jìn)行計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)。

1.4 凈水劑對淀粉的分解及單包藻類去除能力宏觀觀察

取1g淀粉混懸在100mL 蒸餾水中，投入1g 凈水劑產(chǎn)品，滴入一滴碘液，觀察凈水劑對淀粉的分解能力。以銅綠微囊藻為受試藻種，在等量的含藻水中分別加入或不加凈水劑，觀察凈水劑對單胞藻類的去除能力。

1.5 凈水劑對模擬養(yǎng)殖水體水質(zhì)凈化效果考察

實(shí)驗(yàn)室模擬養(yǎng)殖水體，分別設(shè)凈水劑產(chǎn)品處理組和空白對照組，溫度控制在25±1℃。為增強(qiáng)水體富營養(yǎng)化，凸顯凈水劑產(chǎn)品的作用，在水缸底部添加富營養(yǎng)化底泥，并在魚類養(yǎng)殖過程中加大投餌量。產(chǎn)品處理組的產(chǎn)品投擲量為400 g/m2養(yǎng)殖水面積。于不同的時(shí)間間隔檢測水體的濁度、pH、T-P、T-N、溶解氧（DO）、化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）等指標(biāo)。并宏觀觀察產(chǎn)品對水體的影響。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 微生態(tài)顆粒凈水劑的制備

本研究制得的微生態(tài)顆粒凈水劑表觀如圖1所示。由圖可見制得的凈水產(chǎn)品呈灰白色顆粒狀，直徑為2～3 mm。堆積密度為0.9 ～0.95 g/ cm3，骨架密度為2.0g/cm3，水分含量≤5%。

2.2 微生態(tài)顆粒凈水劑的穩(wěn)定性檢測

2.2.1 微生態(tài)顆粒凈水劑在常溫下的儲(chǔ)存穩(wěn)定性

微生態(tài)凈水劑在常溫下的儲(chǔ)存穩(wěn)定性見表1。由結(jié)果可知，在1a的儲(chǔ)存期內(nèi)，凈水劑中菌體存活數(shù)基本不變；該凈水劑在常溫下儲(chǔ)存1a后，活菌數(shù)仍然大于9億個(gè)/g，說明其在常溫下具有良好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。

2.2.2 凈水劑的高溫耐受性

產(chǎn)品在70℃條件下耐受不同的時(shí)間后平板37℃培養(yǎng)24h，對菌落進(jìn)行計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表1。由結(jié)果可知，產(chǎn)品在70℃條件下耐受20min后，菌體存活數(shù)大于7億個(gè)/g。分別將凈水劑在60℃、70℃、80℃和90℃條件下處理5min后，37℃平板培養(yǎng)12h，統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)，結(jié)果見表1。由結(jié)果可知，90℃處理5min后活菌數(shù)為8.2×108個(gè)/g。由以上結(jié)果可知，本凈水劑對溫度耐受性良好。由于日常儲(chǔ)運(yùn)溫度遠(yuǎn)小于實(shí)驗(yàn)溫度，即便在較熱天氣一般也小于40℃，因此可常溫儲(chǔ)存運(yùn)輸而不影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

2.3 凈水劑對淀粉的分解及單包藻類去除能力宏觀觀察

凈水劑對淀粉的分解及單胞藻類去除能力見圖2。其中空白對照中未加任何凈化劑。由結(jié)果可知，本產(chǎn)品對淀粉有很好的降解作用，12h后，肉眼可見開始發(fā)揮作用；18h后產(chǎn)品處理組的顏色明顯低于空白對照組；48h后產(chǎn)品處理組藍(lán)色完全消失（圖2A），說明樣液中的淀粉被完全降解。產(chǎn)品組對單胞藻都表現(xiàn)出很強(qiáng)的去除能力。作用18h后，肉眼可見效果；36h后，效果明顯（圖2B）。

2.4 凈水劑對模擬養(yǎng)殖水體水質(zhì)凈化效果考察

水體處理后分別于不同的時(shí)間間隔檢測對照組和凈水劑產(chǎn)品處理組水體的濁度、pH、T-P、T-N、溶解氧（DO）、化學(xué)需氧量（COD）等指標(biāo)。由結(jié)果可知，隨著時(shí)間的推移，對照組水體的濁度逐漸增大，凈水劑的加入可以明顯降低模擬養(yǎng)殖水體的濁度（圖3A）。對照組水樣的pH 隨著時(shí)間的推移逐漸降低，原因可能是餌料和養(yǎng)殖動(dòng)物排泄物的代謝產(chǎn)物降低了水體的pH，不利于水體中養(yǎng)殖動(dòng)物的生長；凈水劑產(chǎn)品處理組的水樣pH隨著時(shí)間的推移基本維持不變，說明其在一定程度上可以調(diào)節(jié)水體的pH值（圖3B）。 氮和磷是富營養(yǎng)化水體中的主要污染物，隨著時(shí)間的推移，對照組模擬養(yǎng)殖水體中的總氮（T-N）和總磷（T-P）含量都會(huì)升高，而凈水劑的加入可有效降低水體中的T-N含量（圖3C）和T-P含量（圖3D）。同時(shí)，凈水劑的加入還可以降低水體中COD的濃度（圖3E），提高水體中的DO值（圖3F），說明本研究制備的凈水劑產(chǎn)品具有良好的凈化水體作用。

宏觀觀察凈水劑產(chǎn)品投入后對水體的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品投入2周后，水質(zhì)清澈透明，池底清晰看見，而未投入本品的對照組水體渾濁不透明（圖4）。

3 總結(jié)

本研究制備的微生態(tài)顆粒凈水劑為直徑2～3mm的灰白色顆粒，骨架密度為2.0g/cm3，投入水體后可有效下沉到水底發(fā)揮作用。本產(chǎn)品對有機(jī)大分子物質(zhì)淀粉有較強(qiáng)的分解能力，對單胞藻類有較強(qiáng)的去除能力。產(chǎn)品投入模擬養(yǎng)殖水體后可有效降低水體中T-N和T-P含量，降低水體中COD濃度，增加水體的透明度和DO值，并可優(yōu)化水體的pH值。宏觀觀察，本產(chǎn)品對模擬養(yǎng)殖水體的凈化效果明顯。

參考文獻(xiàn)

[1]殷汝新，殷守仁.微生態(tài)技術(shù)對養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化的調(diào)控研究[J].中國水產(chǎn)，2015（6）：76-78.

[2]徐建志，史艷紅.對蝦養(yǎng)殖池塘水體富營養(yǎng)化成因及其防治措施[J].河北漁業(yè)，2017（1）：67-68.

[3]霍志久，張志華，朱永濤，曾旭.富營養(yǎng)化水體修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2015（20）：167-182.

[4]胡家文，姚維志.養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化及其防治[J].水利漁業(yè)，2005（6）：74-76.

[5]歸顯揚(yáng).水體富營養(yǎng)化及其防治對策研究[J].廣州化工，

2012（13）：12-13.

[6] TIAN Wenjun，QIAO Kaili，YU Huibo，et al.Remediation of aquaculture water in the estuarine wetlands using coal cinder-zeolite balls/reed wetland combination strategy [J].Journal of Environmental Management，2016：181，261-268.

[7]王健勝，劉沛松，楊風(fēng)嶺，文禎中.中國生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（20）：10554-10556.

[8] PAN Baozhu，YUAN Jianping，ZHANG Xinhua，et al.A review of ecological restoration techniques in fluvial

rivers[J].International Journal of Sediment Research，

2016，31（2），110-119.

[9]吳文衛(wèi)，楊逢樂，李轉(zhuǎn)壽.利用微生物菌劑凈化城市河道水質(zhì)試驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2013，32（2）：63-66.

[10]邸攀攀，張力，王巖，等.微生物固定化技術(shù)對污水中微生物豐度變化的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2015，31（6）： 942-949.

作者簡介：張伯年（2001-），男，研究方向?yàn)轲B(yǎng)殖水體水質(zhì)凈化處理。