劉旭佳,何緒剛,賴俊翔,黃國(guó)強(qiáng),侯 杰

(1 廣西科學(xué)院,廣西海洋科學(xué)院,廣西近海海洋環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 南寧 530007;2 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院,湖北 武漢 430070;3 廣西海洋研究所有限責(zé)任公司,廣西 北海 536000;4 北部灣海洋產(chǎn)業(yè)研究院,廣西 防城港 538000;5 廣西中醫(yī)藥大學(xué)海洋藥物研究院,廣西 南寧 530200)

對(duì)蝦池塘養(yǎng)殖污染問(wèn)題是由高密度養(yǎng)殖與大量投飼引起的,在飼料輸入中,14.5%～28.7%氮和7.5%～16.5%磷轉(zhuǎn)化為對(duì)蝦生物量,而其余以非可溶性與可溶性狀態(tài)留在養(yǎng)殖系統(tǒng)中,最終直接外排[1-2]。如果不進(jìn)行有效處理,有機(jī)富集沉積物中的氮超過(guò)了養(yǎng)殖系統(tǒng)的凈化能力,可能會(huì)通過(guò)含氮化合物(如氨和亞硝酸鹽)的積累導(dǎo)致水質(zhì)惡化,對(duì)對(duì)蝦健康生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響。對(duì)蝦海水養(yǎng)殖池塘面臨的水質(zhì)污染、病害滋生與水產(chǎn)品安全三大問(wèn)題,三者之間相互關(guān)聯(lián),最根本的原因是養(yǎng)殖池塘生態(tài)環(huán)境受到破壞,繼而誘發(fā)疾病,病害頻發(fā)致使藥物濫用,最終導(dǎo)致質(zhì)量安全問(wèn)題。這些問(wèn)題由池塘養(yǎng)殖模式產(chǎn)生的,因此修復(fù)池塘養(yǎng)殖環(huán)境、創(chuàng)新養(yǎng)殖模式才是解決對(duì)蝦池塘養(yǎng)殖問(wèn)題的關(guān)鍵所在。對(duì)蝦養(yǎng)殖過(guò)程中產(chǎn)生大量廢棄物未經(jīng)任何處理直接外排導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,已經(jīng)引起全世界范圍內(nèi)越來(lái)越多的關(guān)注[2-4]。

隨著中國(guó)環(huán)保政策持續(xù)高壓,池塘養(yǎng)殖尾水生態(tài)處理必將成為今后池塘健康養(yǎng)殖的亟需技術(shù)。國(guó)內(nèi)外研究人員一直將微生物系統(tǒng)處理作為循環(huán)水養(yǎng)殖或者尾水處理的核心[5]。養(yǎng)殖實(shí)踐表明,固形廢棄物高效收集與利用是養(yǎng)殖系統(tǒng)與尾水處理的首要關(guān)鍵問(wèn)題[6-8],國(guó)內(nèi)外工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖一般采用弧形篩或者顆粒物分離器通過(guò)不斷反沖洗去除固形廢棄物[5],但并未進(jìn)行收集再利用,本質(zhì)上是一種將面源污染變?yōu)辄c(diǎn)源污染的處理方式。因此,固形廢棄物集污效率是零排放養(yǎng)殖系統(tǒng)與模式的重要研究?jī)?nèi)容。人工濕地作為一種生態(tài)友好、效率高、成本低、操作簡(jiǎn)單的尾水處理工藝,可以高效去除養(yǎng)殖尾水中氮磷[9-11]。目前,人工濕地在海水池塘養(yǎng)殖廢水處理研究還處于起步探索階段[12-13]。本試驗(yàn)參照垂直流人工濕地工藝,采用上向折流式布局,研究三級(jí)上向垂直流處理桶中基質(zhì)填料以及微生物對(duì)養(yǎng)殖尾水處理效果。

研究了對(duì)蝦海水池塘養(yǎng)殖固形廢棄物集污效率以及三級(jí)上向垂直流尾水處理技術(shù),以期為對(duì)蝦池塘養(yǎng)殖環(huán)境修復(fù)技術(shù)提供新的思路和解決方案,為中國(guó)海水對(duì)蝦池塘健康養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 集污沉淀塔與尾水處理原理

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

(1)固形廢棄物集污效率

在廣西北海市合浦縣閘口鎮(zhèn)選擇3個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng),池塘養(yǎng)殖面積、投苗數(shù)量、苗種規(guī)格、養(yǎng)殖周期、養(yǎng)成規(guī)格、養(yǎng)殖產(chǎn)量以及存活率見(jiàn)表1,表1為2020年3個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)第一茬的養(yǎng)殖情況。

表1 3個(gè)對(duì)蝦養(yǎng)殖場(chǎng)的基本情況Tab.1 Basic situation of three shrimp breeding experiment farms

養(yǎng)殖前先進(jìn)行蝦塘改造,將蝦塘底部改為鍋底狀,開(kāi)挖底部預(yù)埋集污管,池塘中央鋪設(shè)集污管道(PVC材質(zhì)),直徑110 mm,管道終端與相同孔徑的集污管道相連,管道從蝦塘底部延伸至沉淀塔,由4 kW真空泵進(jìn)行吸污,底部鋪設(shè)黑膜。3個(gè)試驗(yàn)池塘均配置2個(gè)沉淀塔,沉淀塔架設(shè)在蝦塘陸基岸上(具體參數(shù)見(jiàn)圖2),沉淀塔底部為錐形,設(shè)置開(kāi)關(guān)閥,用于固形廢棄物定時(shí)排出與收集,計(jì)算不同養(yǎng)殖階段固形廢棄物的集污效率。

圖2 沉淀塔(左)與處理桶(右)的具體參數(shù) Fig.2 Specific parameters of sedimentation tower(left)and processing bucket(right)

(2)三級(jí)上向垂直流尾水處理試驗(yàn)

沉淀塔出口(進(jìn)三級(jí)處理桶之前)需要增加一個(gè)三通(出水閥門(mén))。尾水處理系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間是2020年6月20日,三級(jí)處理桶毛刷進(jìn)行自然掛膜,在8月20日將一級(jí)處理桶進(jìn)行充氣,溶氧(DO)保持在1.5 mg/L左右,二級(jí)處理桶不曝氣,三級(jí)處理桶曝氣,DO保持在5 mg/L左右。

(3)對(duì)蝦飼料表觀消化率試驗(yàn)

計(jì)算對(duì)蝦養(yǎng)殖產(chǎn)生固形廢棄物集污效率涉及對(duì)蝦飼料表觀化率,因此在室內(nèi)開(kāi)展對(duì)蝦飼料表觀消化率試驗(yàn)。

飼料制作:購(gòu)買廣東海大南美白對(duì)蝦商品飼料,選用粒徑為1.2 mm、1.6 mm、2.0 mm的0號(hào)料各5 kg,粉碎后過(guò)60 目篩,按0.1%含量加三氧化二釔(Y2O3),邊加水邊攪拌,混合均勻后制粒。壓制成相應(yīng)粒徑的顆粒飼料,風(fēng)干后放入-20 ℃冰箱中保存待用。

養(yǎng)蝦管理:2020年6月5日,選擇粵海蝦苗0.5萬(wàn)尾,規(guī)格0.02 g/尾,在廣西科學(xué)院、廣西海洋研究所竹林海水增養(yǎng)殖基地D2棟車間進(jìn)行暫養(yǎng),養(yǎng)殖5 d后,分出規(guī)格均勻200尾進(jìn)行表觀消化率試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置為PVC箱,數(shù)量10個(gè),體積為120 L(50 cm×40 cm×60 cm),每日分別07:00,11:00和17:00進(jìn)行飽食投喂,飼料量分別占日投喂量的40 %、20 %、40 %。對(duì)蝦養(yǎng)殖至8月18日,共74 d。試驗(yàn)期間海水鹽度29～31,pH7.9～8.1,DO保持在5.0 mg/L,光照周期為自然光照周期,約14L∶10D。養(yǎng)殖期間,PVC箱用1 cm網(wǎng)眼的網(wǎng)片遮蓋以防止其跳出。

1.3 樣品收集與處理

(1)集污樣品的采集

在3個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng),養(yǎng)殖期間每20 d連續(xù)抽取污水3次,污水以抽污時(shí)出水口的污水變清澈時(shí)為準(zhǔn),記錄抽入沉淀塔污水的總體積。將底層沉積物全部取出,攪拌均勻后用1 L的采水器取3個(gè)樣品,分別置于1 L的錐形瓶中靜置4 h,完全沉淀后用虹吸法抽取上清液作為廢水樣品。將底層的沉淀物倒入玻璃皿中,60 ℃烘干稱重,冷藏待測(cè),記錄固形廢棄物總干重。

(2)三級(jí)上向垂直流處理桶尾水樣品收集

(3)毛刷細(xì)菌樣品收集

在C養(yǎng)殖場(chǎng),8月1日分別在三級(jí)處理桶取樣,剪刀用75 %乙醇消毒,剪取少量毛刷。樣品未經(jīng)曝氣增氧的分別標(biāo)記為B1、B2、B3。9月21日再次在三級(jí)處理桶取樣,標(biāo)記為B4、B5、B6。所有樣品采集后立即放入液氮中保存。

(4)對(duì)蝦飼料表觀消化率糞便樣品的采集

用添加0.1 % Y2O3蝦料投喂,每20 d連續(xù)5 d收集糞便與殘飼。采用虹吸法收集糞便與殘飼于燒杯中,60 ℃烘干后冷藏待測(cè)。

1.4 樣品測(cè)定

(1)集污效率測(cè)定

集污效率包括固形廢棄物以及總氮(TN)集污效率,固形廢棄物集污效率為沉淀塔收集固形廢棄物的總量與用對(duì)蝦表觀消化率計(jì)算產(chǎn)生固形廢棄物總量的比值;TN集污效率為沉淀塔收集TN含量與用對(duì)蝦對(duì)飼料TN表觀消化率計(jì)算產(chǎn)生TN含量的比值。沉淀塔收集的TN由固形廢棄物中的TN和溶解在水體中的TN組成。表觀消化率按照水產(chǎn)動(dòng)物表觀消化率測(cè)定方法[14];飼料、糞便和固形物TN采用元素分析儀VarioEL III CHONS analyzer(Elementar Analysensysteme GmbH,Germany);三氧化二釔(Y2O3)采用離子體發(fā)射光譜儀(IVAO200,Singpore),消化法測(cè)定釔含量。水中TN含量測(cè)定采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法[15]。

(2)集污效率計(jì)算

① 對(duì)蝦對(duì)飼料的表觀消化率計(jì)算公式為:

(1)

式中:D是對(duì)蝦對(duì)飼料的表觀消化率;Md是飼料中Y2O3百分含量;Mf是糞便中Y2O3含量。

② 對(duì)蝦對(duì)飼料TN的表觀消化率的計(jì)算公式為:

(2)

式中:Dd是對(duì)蝦對(duì)飼料TN的表觀消化率;Nf是糞便中TN的百分含量;Nd是飼料中TN的百分含量;Md是飼料中Y2O3百分含量;Mf是糞便中Y2O3百分含量。

③ 固形廢棄物集污效率的計(jì)算公式為:

(3)

式中:ωs是固形廢棄物集污效率;Ms是收集的固形廢棄物總質(zhì)量(kg);Mf是投喂飼料質(zhì)量(kg);D是對(duì)蝦對(duì)飼料的表觀消化率。

④ TN集污效率的計(jì)算公式為:

(4)

式中:ωN是集污裝置對(duì)總氮的集污效率;Ns是收集的固形廢棄物中總氮含量(g);Nd是排污溶解于廢水中的總氮含量(g);Nf是投喂飼料中總氮含量(g);Dd是對(duì)蝦對(duì)飼料中氮的表觀消化率。

(3)尾水水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

(4)生物毛刷細(xì)菌樣品分析

將每個(gè)樣品剪碎,用E.Z.N.A Water DNA Extraction Kit試劑盒(Omega Bio-Tek,USA)提取DNA。對(duì)16S rDNA基因可變區(qū)V3～V4區(qū)進(jìn)行PCR擴(kuò)增,所用引物序列為細(xì)菌特異性引物:341F(5′-CCTAYGGGRBGCASCAG-3′)和806R(5′-GGACTACNNGGGTATCTAAT-3′)。PCR產(chǎn)物使用2%濃度的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè),送百邁克生物信息公司(北京)進(jìn)行基于Illumina HiSeq 2500測(cè)序平臺(tái),利用雙末端測(cè)序的方法,構(gòu)建小片段文庫(kù)進(jìn)行測(cè)序。

1.5 數(shù)據(jù)分析

所有結(jié)果數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。數(shù)據(jù)采用Excel與SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析,不同試驗(yàn)組比較采用單因子方差分析,P<0.05認(rèn)為差異顯著。

首先使用Trimmomatic v0.33軟件,對(duì)測(cè)序得到的 Raw Reads進(jìn)行過(guò)濾;然后使用Cutadapt 1.9.1軟件進(jìn)行引物序列的識(shí)別與去除,得到不包含引物序列的高質(zhì)量Reads;使用Flash v1.2.7軟件,通過(guò)overlap對(duì)每個(gè)樣品高質(zhì)量的 Reads 進(jìn)行拼接,得到的拼接序列即Clean Reads;使用 UCHIME v4.2軟件,鑒定并去除嵌合體序列,得到最終有效數(shù)據(jù)(Effective Reads)。使用Usearch軟件對(duì)Reads在97.0%的相似度水平下進(jìn)行聚類、獲得OTU。以SILVA為參考數(shù)據(jù)庫(kù)使用樸素貝葉斯分類器對(duì)特征序列進(jìn)行分類學(xué)注釋,得到每個(gè)特征對(duì)應(yīng)的物種分類信息。

2 結(jié)果與分析

2.1 集污效率

經(jīng)測(cè)定,不同養(yǎng)殖時(shí)期對(duì)蝦對(duì)飼料的表觀消化率分別為80.9%±0.4%、81.0%±0.2%、81.3%±0.6%,且不同時(shí)期表觀消化率間無(wú)顯著差異(P>0.05);對(duì)蝦對(duì)飼料TN表觀消化率分別為83.8%±0.3%、84.7%±1.2%、89.6%±2.4%,不同養(yǎng)殖期間無(wú)顯著差異(P>0.05)(表2)。

表2 對(duì)蝦的表觀消化率和集污效率Tab.2 White shrimp apparent digestibility and sewage efficiency

在3個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)對(duì)蝦實(shí)際養(yǎng)殖生產(chǎn)中,C養(yǎng)殖場(chǎng)是從中培苗開(kāi)始養(yǎng)殖,因此C養(yǎng)殖場(chǎng)只進(jìn)行中期和后期固形廢棄物集污率計(jì)算。根據(jù)集污效率計(jì)算公式得出:沉淀塔對(duì)固形廢棄物集污效率分別為10.6%±1.8%、31.1%±5.7%、52.2%±5.2%,養(yǎng)殖前期、中期與后期固形廢棄物集污效率差異顯著(df=2,F=63.983,P=0.001),3個(gè)時(shí)期間差異均顯著(P<0.05)。TN集污效率分別為1.4%±0.2%、3.4±0.6%、9.1±0.1%,養(yǎng)殖前期、中期與后期TN集污率差異顯著(df=2,F=307.970,P=0.000),3個(gè)時(shí)期間差異均顯著(P<0.05)(表2)。其中,養(yǎng)殖前期20 d取樣時(shí)間點(diǎn),是在次日早上收集前日產(chǎn)生固形廢棄物,殘飼與糞便等有機(jī)質(zhì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間礦化分解,所以導(dǎo)致固形廢棄物集污效率與TN集污率均較低。在中期21～50 d和后期51～70 d取樣時(shí),在第一次投喂前將蝦塘底部固形廢棄物全部抽出,然后再投喂,2 h后開(kāi)始抽污。隨著對(duì)蝦規(guī)格生長(zhǎng),投喂量大幅增加,因此中后期對(duì)蝦養(yǎng)殖固形廢棄物集污效率與TN集污率顯著增加(P<0.05)。

2.2 三級(jí)上向垂直流處理桶中溶氧變化

三級(jí)上向垂直流處理桶DO變化見(jiàn)圖3。

圖3 三級(jí)上向垂直流處理桶溶氧變化Fig.3 Change of dissolved oxygen content in the three-stage upward vertical flow processing bucket

6月20日至8月20日,選擇C養(yǎng)殖場(chǎng),將三級(jí)處理桶中生物毛刷進(jìn)行自然掛膜,8月20日在一級(jí)處理桶和三級(jí)處理桶分別安裝充氣泵進(jìn)行曝氣增氧,至8月25日上清液、一級(jí)處理桶、二級(jí)處理桶、三級(jí)處理桶中DO含量分別在5.38～8.54 mg/L、0.34～3.31 mg/L、0.16～0.56 mg/L、0.31～4.05 mg/L范圍。8月25日后三級(jí)處理桶中DO基本保持穩(wěn)定,上清液與三級(jí)處理桶DO含量分別為5.00～7.38 mg/L、1.11～1.98 mg/L、0.27～0.45 mg/L、4.60～5.82 mg/L。

對(duì)蝦池塘養(yǎng)殖過(guò)程中溫度變化范圍29.0～33.9℃,pH 7.89～9.04,鹽度變化范圍10.27～12.27。

2.3 三級(jí)上向垂直流處理桶尾水生物水質(zhì)分析

圖4 三級(jí)上向垂直流處理桶中總氮變化Fig.4 Change of total nitrogen content in three-stage upward vertical flow processing bucket

圖5 三級(jí)上向垂直流處理桶中總磷變化Fig.5 Changes of total phosphorus content in three-stage upward vertical flow processing bucket

圖6 三級(jí)上向垂直流處理桶氨氮變化Fig.6 Change of ammonia nitrogen content in three-stage upward vertical flow processing bucket

圖7 三級(jí)上向垂直流處理桶亞硝酸鹽氮變化Fig.7 Changes of nitrite nitrogen content in three-stage upward vertical flow processing bucket

圖8 三級(jí)上向垂直流處理桶硝酸鹽氮變化Fig.8 Changes of nitrate nitrogen content in three-stage upward vertical flow processing bucket

圖9 三級(jí)上向垂直流處理桶無(wú)機(jī)磷變化Fig.9 Changes of inorganic phosphorus content in three-stage upward vertical flow processing bucket

2.4 三級(jí)上向垂直流處理桶中毛刷細(xì)菌多樣性

高通量測(cè)序及其數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示:三級(jí)處理桶B1、B2、B3與曝氣增氧三級(jí)處理桶B4、B5、B6中毛刷細(xì)菌歸屬于 27 門(mén)類、63 綱、167 目、301 科、520 屬、557種。表3是6個(gè)樣品生物毛刷細(xì)菌門(mén)水平細(xì)菌組成結(jié)果,按豐度排序前十位分析高通量測(cè)序結(jié)果,各個(gè)樣品在門(mén)水平、屬水平的細(xì)菌結(jié)構(gòu)組成基本相似。

表3 三級(jí)上向垂直流處理桶毛刷細(xì)菌門(mén)水平類群組成和比率Tab.3 Composition and proportion of bacterial phylum level of the biological brushin three-stage upward vertical flow processing bucket

一級(jí)處理桶B1(厭氧60 d)優(yōu)勢(shì)菌門(mén)為厚壁菌門(mén)(Firmicutes)、變形菌門(mén)(Proteobacteria)、酸桿菌門(mén)(Acidobacteria),經(jīng)過(guò)低氧曝氣后,B4(厭氧60 d→低氧30 d)優(yōu)勢(shì)菌門(mén)為變形菌門(mén)、藍(lán)藻門(mén)(Cyanobacteria)、綠彎菌門(mén)(Chloroflexi);二級(jí)處理桶B2(厭氧60 d)優(yōu)勢(shì)菌門(mén)為厚壁菌門(mén)、變形菌門(mén)、擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes),二級(jí)處理桶B5(厭氧60 d→厭氧30 d后)優(yōu)勢(shì)菌門(mén)為厚壁菌門(mén)、變形菌門(mén)、放線菌門(mén)(Actinobacteria);三級(jí)處理桶B3(厭氧60 d)優(yōu)勢(shì)菌門(mén)為變形菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、放線菌門(mén),三級(jí)處理桶B6(厭氧60 d→高氧30 d)優(yōu)勢(shì)菌門(mén)為厚壁菌門(mén)、變形菌門(mén)、放線菌門(mén)。另外,還有浮霉菌門(mén)(Planctomycetes)、芽單胞菌門(mén)(Gemmatimonadetes)、疣微菌門(mén)(Verrucomicrobia)。

三級(jí)處理桶硝化細(xì)菌類群和比率見(jiàn)表4。除樣品B6外,其余樣品均發(fā)現(xiàn)2個(gè)菌屬氨氧化細(xì)菌(Ammonia oxidizing bacteria,AOB),主要是亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)、亞硝化螺菌屬(Nitrosospira),均屬于變形菌門(mén)。除樣品B4外,檢測(cè)到一個(gè)亞硝酸鹽氧化菌(Nitrite oxidizing bacteria,NOB)主要是硝化螺菌屬(Nitrospira)。B3與B6樣品硝化細(xì)菌豐度明顯最高。

表4 三級(jí)上向垂直流處理桶中硝化細(xì)菌類群組成和比率Tab.4 Composition and proportion of nitrifying bacteria in three-stage upward vertical flow processing bucket

三級(jí)處理桶反硝化細(xì)菌類群和比率見(jiàn)表5。6個(gè)樣品中共發(fā)現(xiàn)放線菌門(mén)2個(gè)菌屬,厚壁菌門(mén)3個(gè)菌屬,擬桿菌門(mén)1個(gè)菌屬,變形菌門(mén)7個(gè)菌屬的反硝化細(xì)菌。B1優(yōu)勢(shì)菌有芽孢桿菌屬(Bacillus)、短桿菌屬(Brevibacterium)、乳桿菌屬(Lactobacillus)、蒼白桿菌(Ochrobactrum)等。B2優(yōu)勢(shì)菌為不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacter)。B3優(yōu)勢(shì)菌為亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)。B4優(yōu)勢(shì)菌新出現(xiàn)固氮弧菌屬(Azoarcus)。B5與B6優(yōu)勢(shì)菌豐度大幅降低。Anammox厭氧氨氧化菌屬于浮霉菌門(mén)(Planctomycetes),與已有文獻(xiàn)報(bào)道進(jìn)行比對(duì),三級(jí)處理桶生物毛刷未檢測(cè)出。

3 討論

3.1 集污效率

池塘養(yǎng)殖污染問(wèn)題主要由養(yǎng)殖過(guò)程中固形廢棄物沉積、礦化與分解引起的,而養(yǎng)殖固形廢棄物則是高投飼養(yǎng)殖模式的必然產(chǎn)物。目前對(duì)蝦池塘養(yǎng)殖的集污裝置與效率的研究幾乎是空白,可參考的文獻(xiàn)資料非常少。本試驗(yàn)中養(yǎng)殖前期固形廢棄物集污效率與TN集污效率較低(10.6%±1.8%、1.4%±0.2%),隨著對(duì)蝦生長(zhǎng)與投喂量增加,可以提高到52.2%±5.2%、9.1±0.1%。分析集污效率整體偏低的原因,一是前期投飼量少,集污不及時(shí),長(zhǎng)時(shí)間的有機(jī)質(zhì)礦化分解導(dǎo)致固形廢棄物集污效率與TN集污效率均較低;二是對(duì)蝦是底棲動(dòng)物,在蝦塘底部的活動(dòng)擾動(dòng)也會(huì)增加殘餌與糞便的分解,減緩沉降[20];三是在開(kāi)始蝦塘底部改造時(shí),養(yǎng)殖戶只針對(duì)池塘中間位置,而不是整個(gè)池塘底部,導(dǎo)致集污面小、集污不徹底,這也是集污效率低的重要原因之一。養(yǎng)殖系統(tǒng)的集污效率與池底結(jié)構(gòu)、池型結(jié)構(gòu)直接相關(guān),池底結(jié)構(gòu)設(shè)定以切向射流形成池內(nèi)二次流,且在池底中心設(shè)置排污口,這種結(jié)構(gòu)最有利于固廢排出。池型以圓弧角方形、八角形池最佳,兼具空間利用率高與流場(chǎng)特性優(yōu)勢(shì)[7]。趙樂(lè)等[21]對(duì)循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)集污特性研究表明,射流速度固定時(shí),40°左右射流角度的集污效果最好,采用底部抽污模式。此試驗(yàn)主要在室內(nèi)開(kāi)展,且養(yǎng)殖池面積小(長(zhǎng)4.4 m、寬3.4 m),很難簡(jiǎn)單應(yīng)用到0.33～0.53 hm2蝦塘。因此,在池底結(jié)構(gòu)、池型確定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)上,研究符合對(duì)蝦池塘底部具體結(jié)構(gòu)參數(shù)是顯著提高池塘養(yǎng)蝦固形廢棄物集污效率的關(guān)鍵。

3.2 三級(jí)上向垂直流處理桶尾水處理效果

3.3 三級(jí)上向垂直流處理桶中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)

微生物是生物凈化過(guò)程中的主要執(zhí)行者,養(yǎng)殖廢水中的有機(jī)碳、有機(jī)氮和有機(jī)磷的分解與轉(zhuǎn)化主要靠微生物完成,因此研究處理桶中微生物群落結(jié)構(gòu)與功能非常重要[29]。三級(jí)上向垂直流處理桶中變形菌門(mén)是6個(gè)樣品中細(xì)菌豐度較高的共有菌門(mén),含有多種代謝種類,大多數(shù)細(xì)菌兼性或?qū)Ｐ詤捬跫爱愷B(yǎng)細(xì)菌,其主要功能是降解有機(jī)物[30-31]。本試驗(yàn)中,檢測(cè)最多的是α-變性菌綱和γ-變性菌綱,亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)屬于β-變性菌綱,可以氧化氨為亞硝酸的無(wú)機(jī)化能自養(yǎng)細(xì)菌,同時(shí)又具有反硝化能力。γ-變性菌綱包括一些反硝化菌,如假單胞菌屬(Pseudomonas),在廢水脫氮起重要作用。厚壁菌門(mén)在第二大優(yōu)勢(shì)菌,由于其細(xì)菌可以產(chǎn)生內(nèi)生孢子,在極端環(huán)境中具有較強(qiáng)生存能力,常存在于廢水處理系統(tǒng)[32]。

4 結(jié)論

通過(guò)“沉淀塔固廢集污”+“三級(jí)上向垂直流處理桶”模式,對(duì)蝦池塘養(yǎng)殖固形廢棄物與總氮集污效率可以達(dá)到52.2% ±5.2%、9.1%±0.1%,尾水中總氮與氨氮去除率可以達(dá)到 45.5%、93.6%,實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦池塘養(yǎng)殖“零排放”。本研究較好地解決了傳統(tǒng)對(duì)蝦池塘養(yǎng)殖的污染問(wèn)題,為對(duì)蝦綠色健康養(yǎng)殖模式轉(zhuǎn)型升級(jí)提供參考。