循环水系统放养密度对鲍养殖水质的影响及水处理效果优化研究 77页

、＇。■．，劳＇＇去＇＇成１和＇＇＂＇ｉ心：Ｉ＼－；＼法声Ｖ域一＊；记戀‘己’、‘．、—硕±学位论文＾循环水系统放养密度对鲍养殖水质的影晌及水处理效果化化研究－麵／Ｖ■．、一’，＇－苗ｒ方＊ｒ谊＇Ｗ，一ｆｓ／卽，ｙ．＇■哀，４、ｉＷ冷．．＞＾－记．菱著．古会，－产‘’戶言卢＼旷去舞－＾？．。‘■？一＇巧，＇—，．电＇－一■■＇吟苗－、苗又－＇：人＿庐■＇－．／＞．兴岭－端Ｘ严．令ｙ，，＇：？ｆ。＇ｙ：／学科专业；市政工程‘‘．．‘＇－．．；占Ａ■！．．＇＂讓．：打中／Ｖ■？＿＇｜１．ｖ．、作者姓名：李文亚．心？；＾．，．■Ｉ■一．一争－．＇－Ｔ，必去指导教师：张延青教授—面‘＾＇．—．邊；常Ｖ．考Ｖ參占叫＇／，：．‘，黎萬－＇ｉ＊暫青岛理工大学＾獅＇＇＼－＇一＾＾Ｖ二〇—六年十二月扛，．’一＇一如．襄．．啦苗辜：：ＶＶ＇‘ｒ－由＇：．Ｖ＾．必普我矜扣＇－起＇”：苗．．Ｉ；等祭色－＇＇■气：－Ｖ，；ｖ，，．一。出…卢也Ｖ‘４＇；；＇ＣＶ\n国内图书分类号：X703.1国际图书分类号：硕士学位论文循环水系统放养密度对鲍养殖水质的影响及水处理效果优化研究硕士研究生：李文亚导师姓名：张延青教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：市政工程所在单位：环境与市政工程学院答辩日期：2016年12月学位授予单位：青岛理工大学\nClassifiedIndex：X703.1U.D.C：DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONEFFECTSOFSTOCKINGDENSITIESONABALONEWATERQUALITYANDOPTIMIZATIONOFTREATMENTINTHERECIRCULATINGAQUACULTURESYSTEMCandidate:LiWenyaSupervisor:Prof.ZhangYanqingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MunicipalEngineeringDateofOralExamination:Dec.2016University:QingdaoUniversityofTechnology\n１：１＇’顯卡側鲜伯ＫＵ．ａｔｅ＞ａ护’夺山言卢喃＇Ｗ）｜《＃典巧：，循尋獻裏編纖馨肅產雕她馨蓮承緩趙娜：ｌｉ厘东她通纖繼龍龍砸資．学位论文嚮韻日期Ｍ接：任；￥月巧撤导教师签字：答辩委，．贸会成员签字彦ｆｆ－—－…ｉＪ：也：扣会…＇—．—．觀．＇；…＇—：龜趨—‘－户叫Ｖ／户，，’，Ｋ。．！＂和’Ｉ－＂严．＇’＞严—ｊ二；Ｐ\n。Ｗ：ＳｉｆＸ如；ｆ学＆地１鄉㈱惟微靖‘．人ｒ巧況砸－．交的学住论文是我个Ａ在导巧指禪下谐行巧骄究Ｔ（巧扣科能中汽？成果，尽我踪了义中特朗加别巧疫却致域的地方。所邦：计讼文：中不岛含其他Ａ已经＝发表或巽与？１的研壳成柴ｔ，巾ｎ与二１４巧ｊｈＶ大学或其它教育机构的学位或进ｉ书丽使岳巧的材料一。与我同Ｘ作弦同志对玄研究所做的任衙贾赫埼Ｅ化论文中作Ｔ巧确的巧叫１宁表ＪＪ、／谢意。■祝究生签名ｉ…Ｐ；冻ｉ期；．．＃诚火１ｃ学锭沦诚彼挪鄉概綱！誦．靑岛理工了；学、中圍利学技术语息研究所園家圖巧馆．ＣＤＭＤ和ＤＭＣ有巧保留本入所送交学植论文的复巧件和电子档．，可ｙ采用影巧缩巧或其他夏割手度係存论文－－＇。袁入运子文档筑巧容刺纸质论义钓巧容補。舟致除俱密期巧的保密说．文外，巧文，巧（许论被查阅巧谢ＷＪ。抢司公巧包驻刊登妃文的全却威部分內容文的巧包括ｊ刊援育理Ｘ。续极每大学研究生化办理電如＂进骄；ｉ究化签名４导师签名已：詢竭缉\n青岛理工大学工学硕士学位论文目录摘要...........................................................................................................................................IABSTRACT.............................................................................................................................III第1章绪论............................................................................................................................11.1概述.................................................................................................................................11.2海水封闭循环水养殖系统应用现状.............................................................................11.2.1循环水系统的国内外研究进展..............................................................................11.2.2封闭循环水养殖系统的组成..................................................................................31.3国内外皱纹盘鲍养殖概况.............................................................................................41.3.1皱纹盘鲍简介..........................................................................................................41.3.2皱纹盘鲍养殖方式..................................................................................................51.4循环水养殖系统废水组成及危害.................................................................................51.4.1养殖废水中氮的来源及危害..................................................................................51.4.2养殖废水中磷的来源及危害..................................................................................61.4.3化学需氧量及危害..................................................................................................71.4.4异养细菌和弧菌总数..............................................................................................71.5课题提出及主要研究内容.............................................................................................81.5.1课题的研究背景......................................................................................................81.5.2课题来源及研究内容..............................................................................................8第2章循环水系统放养密度对水质的影响及生物滤器净化效果分析............................102.1概述...............................................................................................................................102.2实验材料与方法............................................................................................................112.2.1实验装置.................................................................................................................112.2.2实验地点和实验对象............................................................................................122.2.3实验密度设计........................................................................................................132.2.4实验方法................................................................................................................132.2.5测定指标及数据分析方法....................................................................................152.2.6主要仪器设备........................................................................................................162.3结果与讨论...................................................................................................................162.3.1循环水系统不同放养密度下各个养殖池水质变化规律....................................162.3.2循环水系统生物滤器的处理效果........................................................................252.4本章小结.......................................................................................................................33第3章皱纹盘鲍摄食后代谢特征及代谢产物对水质的影响研究....................................353.1概述...............................................................................................................................353.2实验材料与方法...........................................................................................................353.2.1实验地点和实验对象............................................................................................35I\n青岛理工大学工学硕士学位论文3.2.2实验方法................................................................................................................363.2.3测定指标及数据分析方法....................................................................................373.2.4主要仪器设备........................................................................................................373.3结果与讨论...................................................................................................................383.3.1不同规格组总氨氮浓度变化趋势........................................................................383.3.2不同规格组排氨率变化趋势................................................................................393.3.3不同规格组亚硝酸盐氮浓度变化趋势................................................................403.3.4不同规格组硝酸盐氮浓度变化趋势....................................................................413.3.5不同规格组磷酸盐浓度变化趋势........................................................................423.3.6不同规格组化学需氧量变化趋势........................................................................433.4本章小结.......................................................................................................................44第4章水体泼洒复合芽孢杆菌制剂对皱纹盘鲍自污染水体的影响研究........................454.1概述...............................................................................................................................454.2实验材料与方法...........................................................................................................464.2.1实验地点和实验材料............................................................................................464.2.2实验方法................................................................................................................474.2.3测定指标及数据分析方法....................................................................................484.2.4主要仪器设备........................................................................................................484.3结果与讨论...................................................................................................................494.3.1不同浓度复合芽孢杆菌对总氨氮的影响............................................................494.3.2不同浓度复合芽孢杆菌对亚硝酸盐氮的影响....................................................504.3.3不同浓度复合芽孢杆菌对硝酸盐氮的影响........................................................514.3.4不同浓度复合芽孢杆菌对磷酸盐的影响............................................................524.3.5不同浓度复合芽孢杆菌对化学需氧量的影响....................................................534.4本章小结.......................................................................................................................54第5章结论与建议................................................................................................................565.1结论..............................................................................................................................565.2建议..............................................................................................................................58参考文献..................................................................................................................................59攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作..................................................................64致谢........................................................................................................................................65II\n青岛理工大学工学硕士学位论文摘要随着海洋经济的不断发展，海洋生态环境日趋恶化，粗放经营型、资源依赖型的传统海水养殖模式已不能适应海洋经济可持续发展的需求。为平衡经济发展和生态环境保护的矛盾，实现环境友好化生产，封闭循环水养殖作为一种养殖环境可控、绿色高效的养殖模式应运而生。然而在集约化养殖过程中人们为了追求高养殖效益盲目地提高放养密度往往造成养殖废水未能得到有效处理，这样不仅会对养殖对象构成威胁，未处理达标的养殖废水还会对海洋生态环境造成破坏。因此，确定适宜的放养密度并采取经济有效的处理措施提高养殖废水的循环利用率对实现海洋经济的循环高效发展有着十分重要的现实意义。本文以皱纹盘鲍（HaliotisdiscushannaiIno）养殖废水为研究对象，以充分体现封闭循环水系统养殖优势、提高水循环系统综合利用率为目标，比较了不同放养密度下水环境的变化特征，并综合评价了移动床曝气生物滤器的处理效果，为科学合理养殖密度的选择，废水处理工艺的优化升级提供重要理论基础和技术依据。同时为深入了解不同规格皱纹盘鲍基础代谢特征及其对水环境污染程度的差异，研究了其摄食后代谢产物对水质的影响规律。此外，从进一步改善养殖环境、提高循环水系统运行效率出发，探究了不同浓度复合芽孢杆菌对皱纹盘鲍自污染水体的净化效果，以期推动微生态制剂在循环水养殖上的发展应用。本研究所得结论如下：222（1）研究了高（500个/m）、中（300个/m）、低（100个/m）放养密度下的皱纹盘鲍在鲍多层立体培育封闭循环水养殖系统水环境的影响并确定适宜放养密度。结果表明：随时间的延长各个密度组的水质指标趋于稳定并表现出显著性差异，高、中、-3-低密度组TAN、NO2-N、PO4-P差异显著（p<0.05），三者之间的关系为高密度组>-中密度组>低密度组；高、中密度组中NO3-N浓度、弧菌总数显著大于低密度组（p<0.05），高密度组大于中密度组，但二者之间差异不显著（p>0.05）；高密度组中TN、TP、COD、可培养异养细菌总数显著大于中、低密度组（p<0.05），中密度组大于低密度组，但二者之间差异不显著（p>0.05）。虽然高密度养殖条件下相较中、低密-度组对水质有着显著影响，但对养殖生物产生较强毒性的TAN、NO2-N均可稳定在2安全浓度范围内，未对其正常生长造成影响，从经济和生态效益分析，500个/m可作I\n青岛理工大学工学硕士学位论文为此循环水系统最适养殖密度。（2）研究了移动床曝气生物滤器对鲍多层立体培育封闭循环水系统养殖废水的处--理效果。结果表明：现行工况下（水循环率、温度、水力负荷等）TAN、NO2-N、NO3-N、3-TN、PO4-P、TP、COD的平均去除率分别为16.4%、15.81%、2.93%、12.22%、2.91%、-6.48%、9.47%，说明该生物滤器对皱纹盘鲍养殖废水中的TAN、NO2-N处理效果较-好，可满足实际生产需要，但对NO3-N、TN的脱除、低浓度含磷和COD废水处理效率较低。（3）研究了大（壳长76.15±4.16mm）、中（壳长50.63±3.08mm）、小（壳长16.44±2.93mm）不同规格皱纹盘鲍摄食后代谢特征及代谢产物对水质的影响。结果表明：随着鲍个体的增大，其单位体重排氨率显著下降，大、中、小规格组鲍的排氨率平均值分别为12.23μg/gh、20.77μg/gh、38.03μg/gh，小规格组鲍的排氨率显著高于大、中等规格组（p<0.05）。随时间延长各规格组水体中水质指标呈上升趋势，大规格组-3-TAN、NO2-N、PO4-P、COD显著高于中、小规格组（p<0.05），中、小规格组之间-的关系为前者大于后者，除NO2-N外其他指标二者差异不显著（p>0.05）。不同规格-组之间NO3-N差异不显著（p>0.05）。该实验结果可为预测不同阶段水质变化情况提供理论依据，对贝类能量学研究也有一定借鉴意义。133123113（4）研究了高（2×10cfu/m）、中（2×10cfu/m）、低（2×10cfu/m）不同浓度复合芽孢杆菌制剂对养殖水质净化效果。结果表明：复合芽孢杆菌制剂能不同程度--上延缓TAN、NO2-N、COD的增长幅度，高浓度组对TAN、NO2-N、COD的去除效果极显著，中浓度组去除效果显著（p<0.05），低浓度组去除效果不明显。第16d时，-与对照组相比，高浓度组TAN、NO2-N、COD分别下降了45.5%、47.4%、27.54%，处理效果最佳。实验结果表明复合芽孢杆菌制剂可有效降低水中主要污染物的浓度，是减少能耗、降低生产成本的有效途径之一。关键词皱纹盘鲍（HaliotisdiscushannaiIno）；封闭循环水养殖系统；生物滤器；排氨率；复合芽孢杆菌制剂II\n青岛理工大学工学硕士学位论文ABSTRACTWiththecontinuousdevelopmentofmarineeconomy,themarineecologicalenvironmentisdeterioratingincreasingly,thetraditionalmarineaquaculturemodelofextensivemanagementandresourcedependencecannolongerconformtosustainabledevelopmentinthepresentage.Inordertobalancethecontradictionsbetweeneconomicdevelopmentandecologicalenvironmentalprotection,realizetheenvironment-friendlyproduction,RecirculatingAquacultureSystemasacontrollableenvironment,greenandefficient,aquaculturemodelemergedasthetimesrequire.Nevertheless,intheintensificationofaquacultureprocess,peopleseekaftercultureefficiencyexcessivelysothatpeopleincreasestockingdensityblindly,disregardtheimportanceofthetreatmentefficiencyofaquaculturewastewater.Unfortunately,notonlydoesconstituteamenacetoaquacultureanimals,butalsoaquaculturewastewateruntreateddischargeswillpollutethemarineecologicalenvironment.Therefore,ithasgreatrealisticsignificancetodeterminetheappropriatestockingdensityandtakeeffectivemeasurestoimprovetheefficiencyofaquaculturewastewatertreatmentforachievingofcirculareconomyandefficientdevelopmentofthemarineeconomy.BasedonH.discushannaiInoaquaculturewastewaterastheresearchobject,inordertoexerttheadvantagesofRAS,enhanceequipmentefficiency,itrequeststocomparethecharacteristicsofwaterenvironmentchangesindifferentstockingdensities,analyzethetreatmentefficiencyofbiologicalfilteronaquaculturewastewaterastoexplorethescientificandreasonablebreedingdensity.Italsocanprovideimportanttheoreticalandtechnicalbasisfortheoptimizationandupgradingofwastewatertreatmentprocessaswell.WiththepurposeofunderstandingthemetaboliccharacteristicsofH.discushannaiandthedegreeofwaterpollution,itrequeststoexploretheeffectofdifferentsizesofabalonemetabolitesonthewaterquality.StartingfromimprovingaquacultureenvironmentandthecarryingcapacityofRAS,theeffectofdifferentconcentrationsofCompoundofBacillusonself-pollutedwaterofH.discushannaiwasstudied.Themainresultsareasfollows,(1)TheresearchwasabouttheoptimumstockingdensityinRASformulti-dimensionalcultivation.Theresultsabouttheeffectofstockingdensities(500222individuals/m,300individuals/m,100individuals/mrespectively)onthewaterenvironmentofRASdemonstratedthattheaverageconcentrationofwaterqualityindexofeachdensitygrouptendedtobestableandshowedsignificantdifferenceovertime.TheIII\n青岛理工大学工学硕士学位论文-3-averageconcentrationsofTAN,NO2-N,PO4-Pofeachdensitygroupsdifferedsignificantly(p<0.05).Therelationshipamongthesewashighdensitygroup>mediumdensitygroup>-lowdensitygroup;TheaverageconcentrationsofNO3-NandVBCinhighandmediumdensitygroupsweresignificantlyhigherthanthoseofthesmallgroup(p<0.05).Thehighdensitygroupwasgreaterthanthelowdensitygroup.However,highandmediumdensitygroupswerenotsignificantlydifferent(p>0.05);TheaverageconcentrationsofTN,TP,COD,HPCinhighdensitygroupweresignificantlyhigherthanthoseofthemediumandsmallgroup(p<0.05).Mediumandsmalldensitygroupswerenotsignificantlydifferent(p>0.05),butthemediumdensitygroupwasgreaterthanthelowdensitygroup.Although-highdensitygrouphadasignificanteffectonwaterquality,TANandNO2-Nwhichhadsignificanttoxiceffectsonaquaculturewerestableatasafeconcentrationrangeandhadnoeffectonnormalgrowth.Fromtheanalysisofeconomicandecologicalbenefits,the2stockingdensityof500individuals/mcanbeusedastheoptimumbreedingdensityofthesystemtoimproveresourceutilization.(2)TheresearchwasaboutthetreatmenteffectofMBBRontheaquaculture-wastewater.Atthecurrentoperatingconditions,theaverageremovalratesofTAN,NO2-N,-3-NO3-N,TN,PO4-P,TP,CODofMBBRinRASwere16.4%,15.81%,2.93%,12.22%,-2.91%,6.48%,9.47%respectively.TheresultsshowedthatTANandNO2-Ncouldbereducedbetter,buttheefficiencyofnitrogenandphosphorusandlowCODconcentrationremovalwerelow.(3)TheresearchwasaboutthemetaboliccharacteristicsofH.discushannaiafterfoodintakeanditseffectsonwaterquality.Withtheincreaseofbodysize,theammoniaexcretionrateperunitweightsignificantlydecreasedandtheammoniaexcretionrateofthesmall-sizedgroup(bodylength16.44±2.93mm)wassignificantlyhigherthanthatofthemedium(body50.63±3.08mm)andlargesizegroup(length76.15±4.16mm)(p<0.05).Theaverageammoniaexcretionrateoflarge,medium,smallsizegroupswere12.23μg/gh,20.77μg/gh,38.03μg/ghrespectively.Thewaterqualityindexesofeachsizegroupwere-3-increasedwithtime,andtheaverageconcentrationofTAN,NO2-N,PO4-P,CODinlargesizegroupweresignificantlyhigherthanthoseofmediumandsmallsizegroups(p<0.05).Therelationshipbetweenthemismediumsizegroup>smallsizegroup;Thedifferences-werenotsignificantexcepttheaverageofNO2-N.Experimentalresultsshowedthat-NO3-Nconcentrationofdifferentsizegroupswerenotsignificant(p>0.05).Theresultscanprovideatheoreticalbasisforpredictingwaterqualitychangeatdifferentstagesandhaveacertainreferencevalueforthestudyofshellfishenergy.IV\n青岛理工大学工学硕士学位论文(4)Theresearchwasabouttheeffectofwaterpurificationbydifferentconcentrations-ofCompoundofBacillus.CompoundofBacilluscandelayTAN,NO2-N,CODgrowthin-variousdegrees.RemovalefficiencyofTAN,NO2-N,CODinhighconcentrationgroup133-(2×10cfu/m)wereextremelysignificant;RemovalefficiencyofTAN,NO2-N,CODin123mediumconcentrationgroup(2×10cfu/m)weresignificant(p<0.05);Theremovaleffect113oflowconcentrationgroup(2×10cfu/m)werenotobvious.Inthe16thday,compared-withthecontrolgroup,TAN,NO2-NandCODweredecreasedby45.5%,47.4%,27.54%inhighconcentrationgroupanditsremovaleffectwasthebest.Therefore,CompoundofBacilluscaneffectivelyreducetheconcentrationofmajorpollutantsandcanbeusedasaneffectivewaytoreduceenergyconsumptionandreduceproductioncost.Keywords:HaliotisdiscushannaiIno,RecirculatingAquacultureSystem,Biologicalfilter,Ammoniaexcretionrate,CompoundofBacillusV\n青岛理工大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1概述我国是海水养殖大国，养殖面积和产量均居世界首位，是从事水产养殖历史最悠久的国家之一。据农业部统计，2015年海水养殖产量达1875.63万吨，占全国养殖产[1]量的55.01%。其中贝类养殖是我国海水养殖的重要组成部分，包括鲍、蛤类、贻贝、牡蛎和扇贝5种主要品种。随着贝类养殖产量的稳步增长，贝类养殖已然成为海水养[2]殖业中的第二大养殖种类。就贝类水产产量而言，2011年我国贝类占世界总产量的[3]比例高达71%，跃居世界贝类生产国首位。2015年我国贝类海水养殖产品数量更是[1]达到1358.38万吨，比上一年增长3.18%，占我国海水养殖产品总量的72.42%。近年来，我国在贝类养殖种类上也不断突破，已由传统的缢蛏、泥蚶、牡蛎、蛤仔扩充[4]到30余种，鲍就是其中一种。2014年鲍的养殖产量达到了11.54万吨，因其特有的经济和营养价值广受大众喜爱，其中皱纹盘鲍作为我国北方重要鲍养殖品种，其养殖[5-6]规模也在不断扩大。近几年随着传统养殖业养殖规模、密度的盲目提高，养殖环境不断污染，皱纹盘鲍病害频发，严重制约了皱纹盘鲍养殖产业可持续健康发展。因此，发展一种可靠的、环境友好的新型养殖模式已成为亟待解决的问题。在此背景上，海水封闭循环水养殖系统如雨后春笋般蓬勃发展起来，如何优化处理工艺、更好地提高循环水系统处理效率、避免养殖废水对海洋生态环境造成污染对实现鲍养殖产业循环健康发展具有重要意义。1.2海水封闭循环水养殖系统应用现状1.2.1循环水系统的国内外研究进展随着现代科技水平的迅速发展，以资源和劳动密集、水处理设施落后为特征的传统养殖模式受到冲击，已经不符合当今水产养殖资源节约、生态环境保护的要求，我[7]国水产养殖逐渐朝着高度集约化、低排放乃至零排放的方向发展。工厂化养殖作为飞速发展起来的现代水产养殖模式，在我国的应用始于上世纪中后期。工厂化水产养殖作为水产养殖业与现代工业科技成果结合发展的衍生产物，集水生生物学、水产养[8]殖技术、微生物学、信息与计算机科学等多种技术要素于一体。通过土建工程、生1\n青岛理工大学工学硕士学位论文物工程、环境工程、机械工程、社会经济学等现代科技手段营造适宜水生生物生长繁殖所需的环境，对养殖全过程的水质调控、投饵管理、疾病预防等环节实行半自动或全自动监督管理，自始至终使养殖对象处于最佳的环境并获得最快的生长速度。工厂化养殖模式可按照养殖品种和养殖形式等不同的标准进行划分，依据养殖形式分为流水养殖、温流水养殖以及循环水养殖，其中循环水养殖更是体现了海水工厂化高效养[9]殖技术的最高水平。循环水养殖系统（RecirculatingAquacultureSystem，RAS）又称封闭式养殖系统。该系统可根据养殖对象的生物学特征，基于物质平衡定律（如DO、碱度、TAN、pH等）恰当适宜地整合水处理工艺及设备设施，采用机械过滤、生物净化、纯氧增氧、温度调控、紫外杀菌消毒等一系列物理、化学、生物技术，将含有养殖对象残饵残渣及有害代谢产物的养殖废水高效在线脱除，使养殖用水循环利用率高达90%以上，从而构建水量平衡、水质稳定的高效、经济、绿色的循环水养殖系统。RAS不仅在实际生产中实现了高效养殖，还符合当前国家提出的循环经济、节能减排、转变经济增长方式的战略需求。随着海洋生态文明逐渐受到重视，RAS作为未来水产养殖模式的发展趋势，是我国水产养殖实现渔业现代化的必经之路。目前北美的美国、加拿大，欧洲的法国、德国、荷兰、西班牙以及日本等国家工[10]业化养殖技术比较发达。在美国，罗非鱼（Oreochromisniloticus）等温水鱼类和鲑[11]鳟类等冷水性鱼类的工厂化封闭循环水养殖系统研究已达到世界先进水平。随着欧洲当地环保政策鼓励、市场需求以及水资源制约等因素的推动，牙鲆（Paralichthys[12]olivaceus）以及大西洋鲑（Salmosalar）幼鱼在欧洲几乎也都实现了封闭循环水养殖，[13]荷兰几乎全部的水产养殖都采用封闭循环水养殖模式，法国所有的大菱鲆（Turbot）苗种孵化和商品鱼养殖也均在封闭循环水养殖车间进行。随着新的科技创新成果不断运用到RAS，其自动化程度与集约化程度得到进一步提升，现如今有的水循环利用率更是达到95%以上，基本实现了“零排放”。我国于20世纪70年代末80年代初开始了循环水养殖技术的探索，起初受到社会经济发展和科技能力水平的制约，取得的成果由于缺乏专业性、实用性未能得到广泛应用与推广。经过了近40多年的快速发展，我国海水工业化循环水养殖已取得了长足进步。目前沿海各省、直辖市以及内陆的湖南、湖北、新疆、宁夏、贵州等地区均2\n青岛理工大学工学硕士学位论文已开展和推广循环水养殖模式，养殖种类更是涵盖了鲷科鱼类、鲤科鱼类、鲆鲽鱼类、东方鲀、对虾、海参等，并呈现养殖种类不断扩大的趋势，对提升当地水产养殖科技[14]水平起到了积极的引导和推动作用。可见封闭循环水养殖模式是可持续渔业发展的必然要求，是21世纪水产养殖业的主导方向之一。1.2.2封闭循环水养殖系统的组成封闭循环水养殖系统包括养殖池、物理过滤装置（固液分离器、微滤机、弧形筛等）、泡沫分离器（蛋白分离器）、CO2去除装置、生物净化、紫外消毒器、增氧机等主要组成部分。典型的工艺流程和主要设备如图1-1所示。泡沫分离养殖池固液分离器微滤机器增氧机紫外消毒器生物滤器图1-1循环水养殖系统示意图Fig.1-1TheschematicofRecirculatingAquacultureSystem循环水养殖系统主要包括以下处理单元：（1）固液分离器为降低后续处理工艺的处理负荷，养殖废水中的残饵、粪便等大颗粒物质应尽可能在前期通过固液分离器利用离心、重力等原理去除。固液分离器不仅降低了后续处理单元管道堵塞、设备腐蚀的风险，还可以减小管道局部水头损失、节约能耗、降低生产成本。（2）弧形筛、微滤机弧形筛是一种能够分离固体颗粒物的金属网状结构。最常用的筛缝间隙为0.25mm，不仅可以去除水中粒径在0.3mm以上的固体颗粒（筛除率高达90%），还可以达到提[15]高pH值、降低化学需氧量的目的。微滤机利用微孔筛网的机械过滤将固液分离器3\n青岛理工大学工学硕士学位论文无法有效去除的小颗粒物质去除。滤网的目数越大、孔径越小，截留的固体物就越多，[16]宿墨等研究表明200目滤网的综合过滤效果最好。（3）泡沫分离器该装置主要是利用曝气装置在水下产生微小气泡，巨大的表面张力和表面能吸附水中的溶解态或小颗粒态的有机杂质，在泡沫上升的过程中将污染物质带离水体，达到净化水体的目的。（4）二氧化碳去除装置该装置是保证养殖水体pH值稳定的关键工艺。由于二氧化碳浓度与pH值成负相关，其浓度关系到水体中酸碱平衡，对水体中多数化学和生物过程造成影响。通过CO2去除装置输送大流量空气，一方面可以将水体中的游离CO2交换出来降低浓度，另一方面还可以达到对水体增氧的效果。（5）生物滤器在整个循环水系统中，生物滤器在稳定系统水质方面起着核心作用。其中生物膜法由于成本低、处理效果好而得到广泛应用。根据生物膜反应器附着生长载体的状态，一般分为固定床和流动床两类。生物膜法通过填料的吸附截留、生物膜上细菌、原生动物、后生动物等微生物群落的新陈代谢以及反应器内沿水流方向食物链分级捕食作用，在控制养殖废水中有害物质总氨氮、亚硝酸盐等转化、脱除方面起到了关键作用。（6）紫外消毒器由大量的柱状紫外灯管并联组成，当水体流经此装置时，波长为230~270nm的紫外线可穿透细胞膜破坏内部结构，使菌体丧失分裂繁殖能力逐渐衰亡，最终达到消灭水体病原菌的作用。1.3国内外皱纹盘鲍养殖概况1.3.1皱纹盘鲍简介皱纹盘鲍属软体动物门（Mollusca），腹足纲（Gastropoda），前鳃亚纲（Prosobranchia），原始腹足目（Archaeogastropoda），鲍科（Haliotidae），鲍属（Haliotis）[17]。是我国鲍科8个种中最重要的经济种，是一种名贵的海产贝类。作为我国北方沿海最优良的浅海增养殖贝类之一，其肉质细嫩，味道鲜美，被称为“海味之冠”，是我国鲍科中品质最好、价格最高、最受大众欢迎的种类。鲍壳可做中药，为有名的中4\n青岛理工大学工学硕士学位论文药材“石决明”，内含壳角质、14种氨基酸以及多种微量元素等，有平肝潜阳、清肝明目的功效。1.3.2皱纹盘鲍养殖方式皱纹盘鲍主要分布于我国江苏以北的青岛、威海等近岸浅海区以及日本北部沿海[18]。自然条件下，鲍主要以藻类为食，栖息于潮流畅通、水质清澈、盐度较高的近海岩礁一带，多聚集在岩石缝隙之间。皱纹盘鲍在我国大规模人工繁育和养殖始于20世纪八十年代中期，现如今皱纹盘鲍在我国人工养殖方式主要包括海上筏式吊养、海[19]底沉箱养殖、潮间带养鲍、坑道养殖和工厂化养殖等。然而，随着近些年养殖水域环境不断遭到污染、海域养殖过度、赤潮频发等外在因素造成鲍鱼养殖病害频发，严重制约了鲍养殖产业的健康发展。传统的粗放经营型、资源依赖型的水产生产方式亟需转变。在过去的30年里，随着皱纹盘鲍养殖技术日趋[20]成熟，我国工厂化养鲍产业迈入了一个新的发展时期。正是工厂化养鲍产业的蓬勃发展，使得我国一跃成为世界上的养鲍大国。工厂化养殖皱纹盘鲍的优势体现在生长周期短、占地少、集约化程度高、效益高等，水环境稳定可控又可以实现资源节约和生态环境保护的目的。近年来，我国工业化养殖技术在综合技术运用和环保节能、环境友好方面更是不断创新突破。例如吴垠[21]等设计的立体抽屉式循环水养殖系统，使得皱纹盘鲍幼鲍养殖密度高达流水式养鲍密度的6~9倍，大大降低了能源消耗，海水加热耗能仅为流水式养殖加热耗能的1/7，通过养殖废水的循环利用更是对海洋生态环境起到了保护作用。1.4循环水养殖系统废水组成及危害1.4.1养殖废水中氮的来源及危害养殖废水中的污染物由富含蛋白质等营养物质的剩余饵料和含有大量C、N、P等元素的代谢产物组成。水体中氮元素的存在形态主要有总氨氮（TAN）、亚硝酸盐氮--（NO2-N）、硝酸盐氮（NO3-N）和N2。对养殖对象而言，氮的循环非常重要，一方面氮是养殖对象重要的营养来源，另一方面总氨氮和亚硝酸盐氮逐渐富集并达到一定[22]程度后会对养殖对象产生明显的毒害作用，所以控制水体中氮的平衡尤为重要。皱[23]纹盘鲍和绝大多数水生生物一样都是氨排泄生物，Bergheim等通过研究多种养殖5\n青岛理工大学工学硕士学位论文生物代谢排入到水体中污染物的量发现，贝类、鲑鱼和虾排放到水体中的氮分别占生物体摄入氮的75%、70%和77%，绝大多数的氮是通过养殖生物的新陈代谢作用后最终回到水体。养殖生物含氮排泄物主要有氨态氮、尿素、尿酸、氨基酸及某些胺类化[24]-合物等。对养殖对象有害的TAN、NO2-N等污染物主要来源于水体中的剩余饵料+和代谢产物中含氮有机物的分解。总氨氮包括离子态氮（NH4-N）和非离子态氮[25]（NH3-N）两种类型，不仅是水体的主要耗氧污染物，还能导致水体富营养化。非离子态氨其具有脂溶性，可以侵入并在动物细胞中富集，破坏生物体内的氨氮平衡，影响养殖对象排泄系统和渗透平衡，对水产动物危害较大。亚氮作为氮循环中一种中间产物存在。其浓度的增加与亚硝化细菌活性失调和脱[26]氮作用失衡有关。当水体中溶解氧含量高时，TAN经亚硝化反应氧化为亚硝态氮；当溶解氧不足时，水体中的硝态氮经反硝化过程还原为亚硝态氮。亚硝酸氮与总氨氮有着相似的毒性效应，可导致水生动物血红蛋白（或血蓝蛋白）变性，造成严重缺氧或贫血，阻碍血液对氧气的传递，降低抵御病害的能力，使养殖病害爆发的风险大大增加，最终使水产动物因缺氧而窒息死亡。各水生生物因种类的不同亚硝酸氮对其的影响也会有很大差异。有研究表明，当水中亚硝酸盐超过0.1mg/L时，鱼虾等水生动物血红细胞数量和血红蛋白数量逐渐减少，血液载氧功能逐渐丧失，造成养殖对象慢[27]性中毒。在硝化菌的作用下，亚硝酸氮进一步转化为硝酸盐氮。与总氨氮和亚硝酸氮相比，硝酸盐氮对贝类的影响相对较小，但也有针对鱼类等水生动物的研究认为硝酸盐氮不断积累会影响鱼类的渗透压和血细胞运输氧的能力，造成水生动物易患病、生长速率[28]减缓等。1.4.2养殖废水中磷的来源及危害[29]水体中含磷化合物主要包含：溶解态无机磷、溶解有机磷和颗粒磷。磷的来源主要来自于饵料的溶失，有研究表明，饵料中的磷被养殖生物利用的部分仅为15%~30%，16%~26%的磷溶于水中，还有51%~59%则以颗粒态的形式存在于水体中[30]。磷还有一部分来自于养殖对象的磷代谢，水生动物从食物中摄取磷，经代谢后又主要以磷酸盐形式排出体外。磷对养殖对象危害较小，其对海洋生态环境的危害主要体现在含有大量P元素（>0.2mg/L）的养殖废水的排放造成水体富营养化，过高的磷6\n青岛理工大学工学硕士学位论文[31]造成浮游植物过度繁殖，并可能引发水华赤潮，导致水质恶化。1.4.3化学需氧量及危害化学需氧量（COD）反映了养殖水体受还原性物质污染的程度，水中还原性物质主要有各种还原性有机物和亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等。COD是表征水体中有机质含量的一个重要指标，反映了水体有机污染程度，其值越大，表明水体有机污染越严重。化学需氧量对水产养殖生物是一种潜在的威胁，因在特定的条件下会消耗大量的氧气，水体缺氧后将会释放出更多氨、硫化氢等有毒有害物质，有机质过多，还会使细菌、寄生虫等快速繁殖，加快水质恶化进程，增大病害发生风险，所以控制COD在水环境中的量是十分必要的。1.4.4异养细菌和弧菌总数封闭循环水养殖系统是一个复杂的生态系统，由于残饵以及代谢产物使养殖水体[32]腐殖质积累，形成细菌的天然培养基，细菌大量繁衍。微生物作为各种有机物质的主要分解者，直接将各类生物大分子和氨基酸等分解成无机物，在物质循环和能量流[33]动中发挥着重要作用。由细菌感染引起的疾病具有流行面广、发病率高、危害大的特征，会对养殖对象造成极大的威胁。弧菌属细菌（Vibriospp.）是一类广泛引起养殖生物发病的病原体，多数弧菌是海水养殖生物最常见且危害最为严重的细菌性病原之一。水体中弧菌数量达到一定的临界值时将会引起养殖动物发病，对海水养殖鱼类、[34-35]贝类及甲壳类等多种经济动物的养殖业造成巨大的经济损失。近年来，皱纹盘鲍[36]各种病害爆发，弧菌引发的疾病占据了细菌性疾病很大比例，例如NicolasJL等表明哈维氏弧菌可导致鲍鱼养殖大面积减产，该菌感染也被认为是法国自1998年起养殖和野生的欧洲鲍螺出现季节性大面积死亡的主要原因。水质恶化、病害爆发与微生物的种类和数量有一定关系。有学者在杂色鲍育苗过程中观察到在“脱板症”出现前[37]后养殖池水体中及附着基上异养细菌数量差异可达2个数量级。所以，水体中可培养异养细菌（HeterotrophicPlateCount，HPC）和弧菌总数（VibrioBacterialCount，VBC）可作为判断有机物污染程度和养殖生态安全的重要指标。对其进行动态监测，可为预测养殖环境微生物结构变化、疾病预防、保障水产动物健康养殖提供参考依据。7\n青岛理工大学工学硕士学位论文1.5课题提出及主要研究内容1.5.1课题的研究背景随着养殖规模不断扩大，传统养殖业在生产过程中水资源无节制利用，大量养殖废水未经处理直接进入环境，引发水质污染、病害频发、水体富营养化等一系列问题，水产养殖造成的污染与水域环境的矛盾日益突出。与此同时，皱纹盘鲍传统养殖业生产空间受到挤压，高密度、集约化的封闭循环水养殖代替传统养殖模式是大势所趋。如何提高封闭循环水养殖的环境效益和经济效益，保障系统设备稳定高效运行成了当今人们面临的一个关键性问题。实际生产中一般通过增加养殖密度高效利用水资源提高单位水体的养殖产量，但盲目的高密度养殖非但不会带来养殖效益的提高，反而会导致系统处理负荷增高。一旦超过系统自净能力，代谢废物不能及时清除，水质加速恶化，不仅会对养殖对象造成威胁，而且大量养殖废水的排放势必也会污染周围水体环境。所以，适宜密度的选择对于一套封闭循环水系统而言尤为重要。养殖密度愈高，循环水系统对生物滤器的依赖就愈重。生物滤器的选择需考虑到养殖对象、养殖规格、放养密度等多方面因素，对生物滤器的处理效率进行系统、可靠地评价对保证设备高效、稳定运行非常重要。皱纹盘鲍在摄取食物后其自身代谢废物会对水体造成污染，其排氨率的变化在一定程度上也反映了代谢废物对水体的污染程度。目前从水环境角度探讨鲍摄食后基础代谢对水质影响的研究甚少，然而了解不同规格组鲍的排氨率变化及摄食后各营养盐在水体中的累积情况，对循环水系统规模化养殖和水质监测有重要的指导意义。随着微生态制剂在水质改善、减少病害方面的优势日益突出，人们也在不断尝试着如何将其高效地运用到封闭循环水养殖系统中去，只有掌握了微生态制剂的正确使用方式和方法才能在修复和维持养殖水体生态平衡上发挥效力，达到进一步提高水循环利用率的目的。1.5.2课题来源及研究内容本课题是在中国科学院海洋研究所承担的自然科学基金（No.41306152、31472312、31402283）、国家贝类产业技术体系项目（CARS-48）、农业部海洋渔业可持续发展重点实验室开放课题（2013-SDMFMA-KF-1）以及江苏省重点研发计划（BE2015325）8\n青岛理工大学工学硕士学位论文共同资助下进行的。本课题研究内容主要包括以下几方面：（1）从宏观和微观两方面，研究不同养殖密度条件下水质的变化规律，探究鲍多层立体培育封闭循环水养殖系统适宜的放养密度并对移动床曝气生物滤器处理效果进行评价，为该系统的规模化生产提供理论参数；（2）基于不同生长期不同规格的皱纹盘鲍摄食后对水体污染程度的差异，研究皱纹盘鲍摄食后代谢特征及代谢产物对水质的影响，以期初步查明基础代谢对养殖水体的日变化规律，为循环水规模化养殖的水环境调控和优化提供理论依据；（3）通过不同浓度复合芽孢杆菌对皱纹盘鲍自污染水体的净化效果研究，探究微生态制剂对水质净化的作用机理，为皱纹盘鲍绿色、健康养殖提供一定的理论参数，为合理高效地运用到封闭循环水养殖系统奠定基础。9\n青岛理工大学工学硕士学位论文第2章循环水系统放养密度对水质的影响及生物滤器净化效果分析2.1概述皱纹盘鲍（HaliotisdiscushannaiIno）对生存的水环境依赖性很强，封闭循环水养殖模式的成功依赖于通过控制一系列相关运行参数为养殖对象营造最适宜的生长环境。封闭循环水养殖模式属于高效养殖，养殖密度一般可达传统养殖模式的数倍。高密度养殖虽然是提高单位水体产量、获取养殖高收益的一种有效途径，但密度作为一种环境胁迫因子，会对养殖对象造成一定威胁，且极易导致系统养殖废水N、P负荷过高，一旦水循环系统的处理效力超过其自净能力，所带来的风险和损失将成倍增加，未经处理达标的养殖废水肆意排放会对周遭环境造成污染，破坏海洋生态平衡。已有研究表明，放养密度对皱纹盘鲍水产养殖过程中的饲料转化和养殖产量均有较显著的[38-39]影响，但针对密度对水环境的影响研究较少。为实现在循环式养殖系统中降低生产成本，提高生态效益，使皱纹盘鲍封闭循环水养殖产业走向高效、低耗、可持续的发展道路，从适宜的水环境角度确定科学合理的养殖密度是有效途径之一。与城市生活污水及工业废水相比，海水养殖废水具有寡营养、高盐、中低温、微生物数量较低等特点，养殖废水因其独特的特点相应地增加了处理的难度，发展循环水养殖技术的核心就是提高系统的水处理效率，养殖废水处理工艺的不同，使封闭循环水系统净化效果有很大差异。其处理性能与密度的确定相辅相成，低密度养殖工况下对能耗等各方面资源是一种浪费，密度过大则会使处理负荷过大难以维持系统正常运行。因此，选择一种高效、稳定的水处理方法对实现循环水系统高密度养殖尤为重要。根据养殖废水处理工艺的原理，主要分为物理、化学、和生物三类方法。在深度处理中生物膜法凭借其投资少、不产生二次污染等优势最为广泛应用。本实验循环水系统养殖废水处理单元选用的是移动床生物滤器（MovingBedBiofilmReactor，MBBR）。MBBR得到广泛开发和应用始于20世纪90年代中期，因其结合了传统流化床和生物接触氧化法两者的优势，克服了固定式生物膜法等的缺点，在水产养殖废水脱氮处理方面逐渐凸显出优势，被广泛作为一种高效的养殖废水深入处理模式应用[40]于实际生产中。10\n青岛理工大学工学硕士学位论文-MBBR利用附着在以填料为载体的生物膜上将如TAN、NO2-N等对养殖对象有害和环境不利的物质吸收、降解转化为无毒害作用的物质最终排出系统，其技术关键是微生物的同化和异化作用。在生物滤器中存在硝化反应和反硝化反应。硝化反应是在好氧条件下，首先总氨氮在亚硝化菌的作用下转化为亚硝酸氮，然后在硝化菌的作用下，亚硝酸氮进一步转化为硝酸盐氮。总反应式如式2-1。硝化细菌NH/NH2ONOHO2H（式2-1）34232反硝化反应多数是在厌氧条件下硝酸氮和亚氮在反硝化菌的作用下，被还原为气[41]态氮（N2）脱除的过程。总反应式如式2-2。反硝化细菌6NO5CHOH3N5CO7HO6OH（式2-2）33222生物填料作为微生物赖以栖息的场所，性能好坏直接影响到生物滤器水处理效果。本系统生物填料选用的是多孔悬浮填料，如图2-1。因有比表面积大、亲水性好、生物活性高、挂膜快、使用寿命长等优点，已广泛应用到国内外研究中。图2-1多孔悬浮填料实物图Fig.2-1ActualpictureofPorousSuspendedPacking2.2实验材料与方法2.2.1实验装置[42]本实验所用养殖系统为中国科学院海洋研究所刘鹰等人自主研发的一种适于鲍多层立体培育的封闭循环水养殖系统。该系统可针对不同种及规格的鲍进行高密度、立体、健康培育和养殖，占地少，养殖效率高，体现了水产养殖与当代科技成果的良好结合，实现贝类水产养殖的可持续发展。系统主要包括养殖池、过滤箱、水泵、曝气盘、气泵、造浪斗及支架等。三个养殖池安装于支架上，养殖池的上方均设有两个11\n青岛理工大学工学硕士学位论文铰接在支架上的造浪斗，用于模拟皱纹盘鲍自然生态环境。养殖池的长、宽、高各为31.8m、0.6m、0.35m，池体体积共0.43m。每个养殖池中放置附着基，用以避免鲍之间相互附着、影响被附着鲍的摄食、运动、水体交换和正常生长。整套系统的养殖废水处理单元位于系统底部，并在其中布有曝气盘和生物填料。鲍多层立体培育封闭循环水养殖系统装置实物图及所用皱纹盘鲍见图2-2。附着基养殖池养殖池皱纹盘鲍养殖池生物滤器图2-2实验系统图及皱纹盘鲍Fig.2-2TheexperimentalinstallationdeviceandH.discushannai.2.2.2实验地点和实验对象本实验在中国科学院海洋研究所进行，实验周期为5月1日~6月30日，共计两个月。所用皱纹盘鲍购自山东省威海市长青海洋科技股份有限公司，均为贝壳完好无损、足部伸缩有力、处于快速生长期的健康个体，带回实验室后洗刷去除表面附着物，暂养于事先已充分曝气的水族箱中。暂养7天后待其状态良好、摄食稳定后，按照实验设计密度分池开始实验。实验所用皱纹盘鲍的生物学数据如表2-1所示。12\n青岛理工大学工学硕士学位论文表2-1皱纹盘鲍生物学数据Tab.2-1BiologicalcharacteristicsofH.discushannai壳长（mm）湿重（g）软组织干重（g）壳干重（g）肥满度（%）18.34±1.632.97±0.420.22±0.080.88±0.1551.79±2.15注：数据表示为平均值±标准差。不同字母表示不同处理组间差异显著（p<0.05）。Note:Valueswereexpressedasmean±SD.Thedifferentsuperscriptmeansthedifferencesweresignificant（p<0.05）.2.2.3实验密度设计皱纹盘鲍为底栖动物，密度的设计以循环水养殖系统每个养殖池池底面积（长2[43]1.8m×宽0.6m，S=1.08m）为基准，参照EnyD等在半封闭式循环水系统中的实验2设计和前期预实验效果，本实验封闭式循环水系统密度梯度设置为100个/m、300个223/m、500个/m，按照每个池体实际水体体积为0.27m，单位水体体积养殖密度折合333为370个/m、1110个/m、1850个/m。为减少实验误差，保证除密度因素以外其他环境因子均相同。2.2.4实验方法实验1：探究三种不同放养密度下循环水系统各个养殖池水体水质变化规律采用三套独立运行的鲍多层立体培育封闭循环水养殖系统作为平行实验，实验前，生物滤器挂膜已成熟，按照实验设计密度在每套系统的上、中、下层放置高、中、低--三种密度的同一规格的皱纹盘鲍。固定时间点每周两次测定TAN、NO2-N、NO3-N、3-TN、PO4-P、TP、COD、可培养细菌总数、弧菌数量。实验水样采样点均设在各个密度组养殖池的固定位置处（近出水口处）。为减少误差，营养盐化学指标取样时间为早上8：00，每个取样点均取三次重复水样，微生物指标可培养细菌总数和弧菌总数取样时间也为早上8：00，用已经灭菌的取样瓶迅速取样，将三套平行系统相同取样点的水样按照同一比例混合均匀后立即在实验室进行梯度稀释处理，接种于可培养细菌2216E培养基和弧菌专用TCBS培养基上，并做3个重复平板，于28℃恒温培养后进行菌落计数。探究不同密度梯度下水环境变化规律，从适宜的水环境角度出发为封闭循环水皱纹盘鲍养殖系统科学合理密度的确定提供数据依据。实验2：针对鲍多层立体培育封闭循环水养殖系统生物滤器运行工况对养殖废水13\n青岛理工大学工学硕士学位论文处理效果分析评价本实验与实验1同步进行，设三个平行实验，在系统既定运行工况下，固定时间-点每周两次测定该封闭循环水养殖系统生物滤器的进、出水池中的TAN、NO2-N、-3-NO3-N、TN、PO4-P、TP、COD，取样时间为早上8：00，每个取样点均取三次重复水样。探究鲍多层立体培育封闭循环水养殖系统生物滤器对皱纹盘鲍养殖废水处理效果，为该系统后期运行参数调整、改革优化、技术创新提供理论依据。实验系统的控制及日常管理：实验期间每日20：00投喂配合饲料一次，投喂量按照各个密度组鲍总体湿体质量的4~5%计算，保证其达到饱食状态，后期根据生长情况酌情加大投喂量。次日9：00清除残饵及粪便，保证每天换水量低于5%。上午监测系统常规物理指标（水温、溶解氧、盐度、pH等），系统主要运行参数如表2-2所示。表2-2循环水系统主要运行参数Tab.2-2Themainoperatingparametersofthesystem参数/指标设计值-1系统循环率（h）1~1.5日换水率（%）<5%养殖池流速（L/h）350水温（℃）18±0.42溶解氧（mg/L）7.8±0.1盐度（‰）29±1pH7.8±0.214\n青岛理工大学工学硕士学位论文2.2.5测定指标及数据分析方法水质检测指标及分析方法见表2-3。表2-3检测指标及分析方法Tab.2-3Detectionindexandanalysismethod检测指标分析方法温度直接测量法溶氧直接测量法pH直接测量法盐度直接测量法[44]TAN纳氏试剂分光光度法-[45]NO2-N萘乙二胺分光光度法-[46]NO3-N紫外分光光度法3-[45]PO4-P磷钼蓝分光光度法[47]TN、TP碱性过硫酸钾法[48]COD烘箱加热高锰酸钾法可培养异养细菌总数CFU法（2216培养基）弧菌总数CFU法（TCBS培养基）生物滤器各污染物去除率（η）计算公式：η=(Co–CG)Co×100%（式2-3）式中，η：污染物去除率，%；Co：生物滤器进水检测指标浓度，mg/L；CG：生物滤器出水检测指标浓度，mg/L。实验数据用SPSS16.0软件进行单因素（One-ANOVA）方差分析，当显著性差异存在时使用Duncan进行多重比较分析。实验结果表示为平均值±标准差（Mean±SD），显著性水平为p<0.05。15\n青岛理工大学工学硕士学位论文2.2.6主要仪器设备实验所用仪器设备见表2-4。表2-4实验仪器设备Tab.2-4Theinstrumentsusedintheexperiment实验仪器及型号生产厂家YSI-556MPS便携式多参数水质测量仪YSI美国UV-2000紫外-可见光分光光度计尤尼柯仪器有限公司中国上海SW-CJ-1FD净洁工作台苏州安泰空气技术有限公司中国苏州WH-861旋涡混合器太仓华利达实验设备有限公司江苏太仓LRH-150生化培养箱上海齐欣科学仪器有限公司中国上海2.3结果与讨论2.3.1循环水系统不同放养密度下各个养殖池水质变化规律2.3.1.1总氨氮浓度变化趋势高密度组中密度组低密度组0.3aaa0.25aaaaaaaa0.2aaaabbbaaaaab0.15aababaaa总氨氮浓度babccc0.1bbbbbbbcbcbba0.05ConcentrationofTAN/(mg/L)0123456789101112131415有效取样次数图2-3不同密度组总氨氮变化情况Fig.2-3ThechangeofTANindifferentdensitygroups不同密度组养殖池内总氨氮的变化如图2-3所示。总氨氮主要来源于皱纹盘鲍的粪便、残余饵料等在微生物作用下分解释放。随着各个密度组鲍个体数目递增，排泄物和配合饲料残食增多，总氨氮含量升高。实验结果表明，高密度组总氨氮浓度变化范围为0.137~0.233mg/L，中密度组为0.117~0.187mg/L，低密度组为0.110~0.157mg/L，16\n青岛理工大学工学硕士学位论文高、中、低密度组平均浓度分别为0.185mg/L、0.164mg/L、0.136mg/L。各个密度组总氨氮随时间均呈上升趋势。高、中、低密度组均在第15次取样中浓度达到最高，分别为（0.233±0.027）mg/L、（0.187±0.013）mg/L、（0.157±0.004）mg/L。随时间延长三个密度组间逐渐表现出显著性差异，高、中密度组浓度显著大于低密度[49]组（p<0.05），这和王华等养殖密度对养殖水体水质有显著影响一致。高密度组在达到最大值后趋于平缓，中密度组自第9次起变化趋于缓和，浓度在0.180mg/L左右浮动，低密度组后期稳定在0.150mg/L左右。2.3.1.2亚硝酸盐氮浓度变化趋势)0.05高密度组中密度组低密度组aaa0.045aaamg/LN/(0.04aa--aaaaaabb2bbb0.035aabbbbb0.03aabbcc0.025accc亚硝酸盐氮浓度cccc0.02ccc0.015cbConcentrationofNO0.01123456789101112131415有效取样次数图2-4不同密度组亚硝酸盐氮变化情况-Fig.2-4ThechangeofNO2indifferentdensitygroups不同密度组养殖池内亚氮的变化如图2-4所示。在各个密度组间，随着鲍个体数目的增加，更多含有残饵、粪便等有机氮经氨氧化细菌分解为总氨氮，这部分总氨氮--和新陈代谢产生的总氨氮经硝化细菌作用后更多地转化为NO2，这无疑增加了NO2-的来源。故NO2浓度随着密度的增加逐渐升高。高密度组亚氮浓度范围为0.027~0.043mg/L，中密度组浓度范围为0.025~0.037mg/L，低密度组浓度范围为0.020~0.032mg/L，高、中、低密度组平均浓度分别为0.037mg/L、0.033mg/L、0.025mg/L。-各组NO2变化随时间呈现相似的变化规律，随时间延长单位鲍个体的湿重增加，摄食--量递增，其水中NO2浓度与时间呈正相关。NO2实验前期持续积累，高密度组最终控制在0.041~0.043mg/L之间；中密度组波动性较小；低密度波动范围较大，但后期也趋于稳定，可控制在0.030mg/L以下。各个密度组之间差异显著（p<0.05）。实验周期17\n青岛理工大学工学硕士学位论文内各个密度组亚氮浓度均未超过0.1mg/L，说明系统中亚氮含量均可控制在皱纹盘鲍安全浓度范围内，系统运行稳定。2.3.1.3硝酸盐氮浓度变化趋势14高密度组中密度组低密度组a13aaaa12N/(mg/L)-aaaaaa-a311abaabb10ababbaaabbcb9aaccc硝酸盐氮浓度abac8abcbbabbbcabc7bConcentrationofNO6123456789101112131415有效取样次数图2-5不同密度组硝酸盐变化情况-Fig.2-5ThechangeofNO3indifferentdensitygroups--不同密度组养殖池内NO3-N的变化如图2-5所示，各密度组NO3-N浓度随时间-的延长整体呈上升趋势，高密度组NO3-N浓度范围为8.201~12.311mg/L，中密度组为-7.734~11.822mg/L，低密度组为7.690~10.964mg/L。高、中、低密度组NO3-N随密度增加而递增，平均浓度分别为10.411mg/L、10.020mg/L、9.266mg/L，均在末次水样测定中达到最大值，分别为（12.311±0.432）mg/L、（11.822±0.509）mg/L、（10.964±0.625）-mg/L。随着时间延长各个密度组间NO3-N表现出显著性差异，实验后期，高、中密度组显著大于低密度组（p<0.05），高、中密度组之间虽然前者大于后者，但二者差异不显著（p>0.05）。后期各个密度组硝氮浓度增长幅度减缓，但尚未趋于稳定。-与总氨氮和亚氮相比，硝氮毒性很小，但也有研究表明高浓度NO3-N会对养殖对象生长产生负面影响，有学者认为应将硝氮浓度控制在50mg/L以下的安全浓度范[50]围内。本循环水系统各个密度组间养殖池中硝氮最大值为12.311mg/L，远低于其要求，经观察也未对皱纹盘鲍正常生长产生不利影响。18\n青岛理工大学工学硕士学位论文2.3.1.4总氮浓度变化趋势21高密度组中密度组低密度组aaa19aaaaaaab17abaaaaa15aaabbabb总氮浓度ababbc13abababbccbbbcbc11babConcentrationofTN/(mg/L)bcb9123456789101112131415有效取样次数图2-6不同密度组总氮变化情况Fig.2-6ThechangeofTNindifferentdensitygroups--养殖废水中总氮主要包括蛋白质、氨基酸、尿素等有机氮和TAN、NO2-N和NO3-N等无机氮。不同密度组养殖池内总氮的变化如图2-6所示，各个密度组总氮随时间变化趋势类似，实验后期高密度组含量显著高于中、低密度组（p<0.05）。高、中、低密度组平均含量分别为16.275mg/L、14.842mg/L、12.874mg/L。高、中、低密度组最大值分别为（18.77±1.00）mg/L、（16.39±0.46）mg/L、（14.71±0.98）mg/L。即将实验结束时总氮浓度虽有所波动，但高、中、低密度组基本维持在18.0mg/L、16.0mg/L、14.0mg/L左右。19\n青岛理工大学工学硕士学位论文2.3.1.5磷酸盐浓度变化趋势2.10高密度组中密度组低密度组a1.90aP/(mg/L)-aa-31.70bb4aa1.50aaabbaacaab1.30aabac磷酸盐浓度aaabbc1.10aaabcbabcabaa0.90aacaConcentrationofPO0.70123456789101112131415有效取样次数图2-7不同密度组磷酸盐变化情况3-Fig.2-7ThechangeofPO4-Pindifferentdensitygroups3-不同密度组养殖池内PO4-P的变化如图2-7所示。磷是水产动物必需的常量元素。天然海水中磷含量很少，配合饲料中磷的摄取是鲍获取磷最主要的途径。活性磷酸盐是水中磷的主要形式。水体中磷主要来源于饵料中磷的溶失和鲍自身磷代谢，其中饲料中磷的溶失是水体中磷含量升高的主要诱因。实验中所用饵料以植物性原料为主，含有的磷通常以植磷酸等形式存在，饵料中的磷仅15~30%被养殖对象利用，其余的[51]溶于水中或以颗粒态存在。实验结果表明，各密度组磷酸盐呈随时间不断积累的趋势。磷酸盐含量在各个密度组末次水样中达到最大。高密度组磷酸盐浓度范围为0.865~1.875mg/L，中密度组浓度范围为0.802~1.699mg/L，低密度组浓度范围为0.938~1.562mg/L，高、中、低密度组平均浓度分别为1.398mg/L、1.296mg/L、1.259mg/L。实验前期各个密度组相比差异不明显，可能由于磷初始浓度较小，且循环水系统对3-PO4-P的去除效果不明显，后期随着时间增加磷在水体中逐渐富集，三个密度组之间差距加大，直至第13次取样后其结果表现出显著性差异（p<0.05）。20\n青岛理工大学工学硕士学位论文2.3.1.6总磷浓度变化趋势高密度组中密度组低密度组2.2a2aa1.8aabaab1.6aaaababb浓度1.4abaabbabbaabab总磷1.2aaabcbc1bccbccaacbb0.8ConcentrationofTP/(mg/L)bb0.6123456789101112131415有效取样次数图2-8不同密度组总磷变化情况Fig.2-8ThechangeofTPindifferentdensitygroups养殖水体中残骸、剩余饵料、粪便在微生物分解作用下会释放一定量的磷，磷以有机磷和无机磷的形态进入水体。总磷是指各种形态的磷经消解转变成正磷酸盐后测定的磷含量。不同密度组养殖池内总磷变化情况如图2-8所示。各个密度组总磷变化趋势相近，随着时间延长而增加，总磷的含量与密度成正相关，高、中、低密度组TP浓度变化范围分别为0.936~1.929mg/L、0.793~1.754mg/L、1.012~1.681mg/L，平均含量分别为1.446mg/L、1.297mg/L、1.241mg/L。实验后期高密度组含量显著高于中、低密度组（p<0.05），其他密度组差异不显著（p>0.05）。21\n青岛理工大学工学硕士学位论文2.3.1.7化学需氧量变化趋势3高密度组中密度组低密度组aa2.5aaabaaaaab2aaaaababaaaababaabbc1.5abaababbcbcb化学需氧量baacbacbcbcb1bcaConcentrationofCOD/(mg/L)0.5123456789101112131415有效取样次数图2-9不同密度组COD变化情况Fig.2-9ThechangeofCODindifferentdensitygroups皱纹盘鲍残饵和粪便中含有大量有机质颗粒，COD作为循环水养殖皱纹盘鲍过程中的一种潜在的威胁，其在分解过程中消耗水体中大量溶解氧，导致水体缺氧，并伴随着氨态氮、H2S等有毒有害物质的释放，对鲍的生长构成严重威胁。不同密度组养殖池中COD变化如图2-9所示，随着时间的延长各密度组COD增加，且随着养殖密度的增加其值越大。高、中、低三个密度组平均值分别为1.873mg/L、1.747mg/L、1.600mg/L。高密度组COD变化范围为1.464~2.35mg/L；中密度组为1.393~2.206mg/L；低密度组为1.319~2.017mg/L。高密度组最大值为（2.350±0.077）mg/L，出现在第15次；中密度组最大值为（2.206±0.164）mg/L，出现在第11次；低密度组最大值为（2.017±0.254）mg/L，出现在第14次。实验后期，高密度组显著高于低密度组（p<0.05），其他两组差异不显著（p＞0.05）。各个密度组随时间延长变化规律性不强，后期波动性较大。高密度组COD在第8、11次分别达到两个波峰之后又依次在第10、12次时达到波谷，最终稳定在2.30mg/L附近。中密度组在第11次取样中达到最大值后出现短暂下降而后上升，低密度组前期变化趋于平稳，后期波动也较大。22\n青岛理工大学工学硕士学位论文2.3.1.8可培养异养细菌和弧菌总数变化趋势高密度组中密度组低密度组6aaa5.5baaaaaaaab/lgNaaa5bbbcbabbbaabbbbac4.5acccccb/(lgcfu/mL)bcc可培养异养细菌4bb3.5Numberofheterotrophicbacteria123456789101112131415有效取样次数图2-10不同密度组可培养异养细菌对数变化情况Fig.2-10Logarithmoftheculturableheterotrophicbacteriaindifferentdensitygroups不同密度组养殖池中可培养异养细菌数量变化如图2-10所示，各个密度组细菌总数随着时间的延长均呈上升趋势，高、中、低密度组数量变化范围分别为5656563.21×10~4.50×10cfu/mL、1.97×10~3.24×10cfu/mL、1.48×10~1.93×10cfu/mL。高、554中、低密度组平均数量分别为1.70×10cfu/mL、1.0×10cfu/mL、6.39×10cfu/mL。密度组之间差异显著（p<0.05）。异养细菌依靠残饵和鲍自身代谢产物等有机物为其繁衍、增殖提供天然培养基。各个密度组之间随着鲍数目的增加，产生有机污染物的量相应-增加，为细菌的增殖起到了促进作用。有研究表明，异养细菌数量和TAN、NO2-N、-[52]S2等的浓度呈正相关，前期密度组之间差距较大，后期差距缩小，可能因为前期各-个养殖池中化学指标浓度较小，对细菌的数目未构成主要影响因子。后期TAN、NO2-N等营养盐浓度增加并趋于稳定，在各种理化因子和残饵、粪便等有机质天然培养基的双重促进作用下，三个密度组水体中的可培养异养细菌总数差距缩小，趋于一种动态平衡。23\n青岛理工大学工学硕士学位论文3.5高密度组中密度组低密度组aaaaaaa3aaaaaaabaabaa/(lgcfu/mL)2.5aabaa/lgNaaaaacvibrio2aaabcb弧菌abbbbbcb1.5Numberof1123456789101112131415有效取样次数图2-11不同密度组弧菌对数变化情况Fig.2-11LogarithmofVibriobacterialcountindifferentdensitygroups不同密度组养殖池中弧菌数量变化如图2-11所示，各密度组弧菌的数量随时间延长略有增加，处在同一个数量级上，变化较为稳定，高、中密度组显著多于低密度组22（p<0.05）。高、中、低密度组弧菌平均数量分别为5.77×10cfu/mL、4.38×10cfu/mL、2222.04×10cfu/mL。高、中密度组变化范围分别为1.83×10~9.1×10cfu/mL、221.67×10~6.8×10cfu/mL，二者差异性不显著（p<0.05），低密度呈锯齿状波动，变化22幅度较小，变化范围为1.40×10~3.23×10cfu/mL。实验期间鲍生长良好，未有发病情况发生，弧菌未对各个密度组养殖对象造成影响。实验结果也表明，养殖密度、微生物与各营养盐浓度之间是相互制约、相辅相成的，所以弧菌和可培养异养细菌总数与-[53]无机营养盐TAN、NO2-N等各密度组间的变化趋势类似，此现象和李锋等、吕军[54]仪等研究结果保持一致，所以科学合理的养殖密度对控制微生物数量和种类尤其针对致病菌有重要意义。24\n青岛理工大学工学硕士学位论文2.3.2循环水系统生物滤器的处理效果2.3.2.1生物滤器总氨氮处理效果0.2生物滤器进水生物滤器出水去除率250.180.16200.14）0.1215%0.10.0810总氨氮浓度0.06去除率（0.045ConcentrationofTAN/(mg/L)0.0200123456789101112131415有效取样次数图2-12生物滤器对总氨氮的去除效果Fig.2-12RemovalefficiencyofTANbybiologicalfilter如图2-12所示，生物滤器总氨氮去除速率较稳定，出水水质良好。生物滤器进水为三个密度组的混合出水，进水总氨氮浓度控制在0.127~0.192mg/L范围内，平均浓度为0.157mg/L，在第15次时浓度达到最大，为（0.192±0.013）mg/L。经过生物滤器处理之后出水总氨氮浓度控制在0.111~0.155mg/L范围内，平均浓度为0.131mg/L，可保持在0.2mg/L以下安全浓度范围内。总氨氮去除率在12.8~19.6%之间变化，平均去除率为16.4%，在第15次水样测定中去除率达到最大，为（16.5±1.20）%。实验结果表明，生物滤器进水总氨氮浓度随时间延长逐渐增加，这一现象和各个密度组养殖池内总氨氮浓度随时间延长不断增加的现象一致。由于随着鲍单位个体湿体重的增加，投饵量相应增大，产生更多的残饵、粪便等有机氮在氨氧化细菌的作用下转化为总氨氮，进水浓度增大，这也是进水浓度在第15次取样中达到最大的原因。总氨氮浓度是循环水处理系统设计中最主要的控制因素，生物硝化脱氮是当今废水处理技术研究的热点，也是目前应用最为广泛的氨态氮处理技术，移动床生物滤器是此方法的典型应用。总氨氮去除主要依靠填料表面上附着生长的生物膜上硝化细菌和反硝化细菌的联合作用去除，其去除效果与水温、水力停留时间和进水总氨氮浓度的高低等影响因素有关。实验也发现在水温等因素一定的工况条件下，影响总氨氮去25\n青岛理工大学工学硕士学位论文除率的主要因素是污水进水浓度，当进水总氨氮浓度升高水处理系统对其去除率也有[54]增大的趋势。这和刘飞等在2.5mg/L以下总氨氮浓度条件下，总氨氮去除速率受其自身浓度的限制，动力学方程为一级反应式的研究结果相似。2.3.2.2生物滤器亚硝酸盐氮处理效果0.04生物滤器进水生物滤器出水去除率250.03520N/(mg/L)-0.03-2）0.025氮浓度15%0.0210硝酸盐0.015亚去除率（0.0150.005ConcentrationofNO00123456789101112131415有效取样次数图2-13生物滤器对亚硝酸盐氮的去除效果-Fig.2-13RemovalefficiencyofNO2-Nbybiologicalfilter如图2-13所示，生物滤器亚氮去除效率较稳定，表明生物膜上亚硝酸氧化菌成熟并稳定发挥去除作用，去除率在13.54~19.28%之间变化，平均去除率为15.81%，在第14次水样测定中去除率达到最大，为（19.28±1.92）%。进水亚硝酸盐氮浓度控制在0.022~0.037mg/L之间，平均值为0.029mg/l，在第14次浓度达到最大，其值为-（0.037±0.0015）mg/L，经处理之后NO2出水浓度控制在0.019~0.030mg/L之间，平均值为0.024mg/L。亚氮来自于三个密度组养殖池混合出水和生物滤器总氨氮在发生硝化反应转化的亚氮，去除即是对上述亚氮的去除。由于硝化反应的基质浓度——亚氮进水浓度越低，硝化反应越不易进行，如图所示去除率随进水亚氮浓度升高而增大。生物滤器进水亚氮浓度和总氨氮相似，均随时间变化逐渐增大，一方面是随着鲍单位个体湿体重增加摄食增加，更多的有机氮在微生物分解作用下使得亚氮升高，另一方面可能是生物净化过程发生了亚氮的积累现象。养殖废水负荷（总氮含量及水体中各种氮的不同形态分布）、硝化细菌和亚硝化细菌等微生物活性及硝化动力学等因素均会可能造成在系统26\n青岛理工大学工学硕士学位论文中亚氮的积累现象。与硝酸菌相比，亚硝酸菌对环境的适应性较强，当亚硝酸菌活性高于硝酸菌时，即总氨氮转化为亚氮的速率大于亚氮转化为硝酸盐的速率，此时易产生亚氮积累现象；实验前期亚氮浓度较低造成生物膜上亚硝酸盐氧化菌没有获得充足营养未能大量繁殖，导致前期亚氮来不及氧化，当反应器中亚氮积累从开始到停止的[55]时间大于生物滤器水力停留时间，也会在系统中导致亚氮浓度增大的现象。因此，未来可以准确探究亚氮积累的成因，以便采取有效途径降低其积累过程中对养殖对象和水体环境的负面作用。2.3.2.3生物滤器硝酸盐氮处理效果生物滤器进水生物滤器出水去除率12108106N/(mg/L)--438）2%60-2硝酸盐氮浓度4-4去除率（-62-8ConcentrationofNO0-10123456789101112131415有效取样次数图2-14生物滤器对硝酸盐氮的去除效果-Fig.2-14RemovalefficiencyofNO3-Nbybiologicalfilter如图2-14所示，生物滤器对硝酸盐有一定的去除效率，但去除率不稳定，在-6.65~7.23%之间变化，平均去除率2.93%。实验期间甚至还出现了负值，最低达到了-6.65%，去除率在第15次取样中达到最大。生物滤器进水浓度在7.50~11.09mg/L范围内变化，平均值为9.45mg/L，硝酸盐氮浓度在末次取样中达到最大，出水浓度控制在7.29~10.29mg/L之间，平均值为9.15mg/L。硝氮进水浓度随着时间的延长逐渐增加，这和循环水系统普遍反硝化作用较弱或者不具备反硝化功能有关，造成硝氮在系统中富集。残饵、粪便等有机氮在氨氧化细菌的作用下分解为氨态氮，氨态氮通过硝化作用转化为亚氮和硝氮，亚氮和硝氮再通过反硝化作用而最终达到氮的脱除目的，研究养殖废水的脱氮速率和影响因子对于维27\n青岛理工大学工学硕士学位论文持水力停留时间较长，几乎不换水的循环水养殖系统中的氮循环中是极为重要的。脱氮过程实际上是细菌反硝化的过程，硝氮作为硝化反应的最终产物，在硝酸还原酶、--亚硝酸还原酶等催化作用下，将NO3-N还原成NO2、NO、NO2和N2等。循环水系统根据水体环境特点及经济因素，大多采用异养反硝化脱氮。由于异养反硝化以有机[57]碳为碳源，在缺氧条件下脱氮，本养殖水体的C/N较低，同时在高密度养殖过程中为保证养殖对象所需足够的溶解氧，水体处于富氧状态，反硝化作用受到抑制，硝氮无法进一步还原为氮气从系统中脱除，甚至会转化为毒性更高的亚氮。有研究表明，-当DO在0.2~1mg/L时，TAN仅能氧化为NO2；DO高于1mg/L时发生硝化反应；[58]厌氧反硝化在DO<0.2mg/L时才发生。故在始终曝气充氧的养殖环境中，反硝化细菌的厌氧反硝化受阻，脱氮不彻底，这也是当今循环水养殖系统中硝酸盐普遍难以去除的主要原因，尚得依靠大量换水来解决硝酸盐氮积累问题，既是对海水资源的浪费，也势必会造成水体富营养化。有研究发现一部分好氧反硝化菌可在有氧/缺氧交替环境中表现出生态生长优势，即使在溶氧充足的环境中反硝化作用也可发挥着一定作用。虽然硝酸盐去除率多数出现负值，但实验结果显示有时生物滤器出水硝酸盐浓度比进水低，这就可能与好氧反硝化有关，好氧反硝化自20世纪50年代后被研究报道以来，目前已知产碱菌属、属副球菌属、假单胞菌属等都存在好氧反硝化现象，但其[59-60]多为兼性厌氧菌，在缺氧的环境中其反硝化效率要比在溶解氧充足时更高。28\n青岛理工大学工学硕士学位论文2.3.2.4生物滤器总氮处理效果18生物滤器进水生物滤器出水去除率20161814161412）12%1010（氮浓度8总866去除率44ConcentrationofTN/(mg/L)2200123456789101112131415有效取样次数图2-15生物滤器对总氮的去除效果Fig.2-15RemovalefficiencyofTNbybiologicalfilter如图2-15所示，总氮去除率不稳定，波动范围较大，变化范围为4.27~18.72%，平均去除率为12.22%，生物滤器进水总氮浓度范围为10.73~15.90mg/L，出水浓度范围为10.29~14.15mg/L，进出水平均浓度分别为14.10mg/L、12.38mg/L，在第13次取样中总氮去除率达到最大，为18.72%。在此系统中总氮含量中有机氮和硝酸盐氮占较大比例，生物滤器进水总氮浓度一直居高不下，很大一部分原因是循环水系统的反硝化作用薄弱，硝酸盐无法彻底脱除，与此同时，随着时间增加摄食后残饵和粪便中有机氮不断积累，最终造成进水总氮浓度不降反升。尽管如此，系统还是表现出一定的去除率，可能是水中大量的颗粒性有机氮通过生物滤器前端的过滤装置吸附截留，减少有机氮在水体中的溶失，从而达到提高总氮去除率的目的。29\n青岛理工大学工学硕士学位论文2.3.2.5生物滤器磷酸盐处理效果1.811生物滤器进水生物滤器出水去除率1.69P/(mg/L)1.47--341.2）5%130.8磷酸盐浓度10.6去除率（-10.4ConcentrationofPO0.2-30-5123456789101112131415有效取样次数图2-16生物滤器对磷酸盐的去除效果3-Fig.2-16RemovalefficiencyofPO4-Pbybiologicalfilter3-如图2-16所示，生物滤器进水PO4-P浓度范围为0.835~1.623mg/L，平均浓度为1.25mg/L，出水浓度范围为0.841~1.520mg/L，平均浓度为1.21mg/L，去除率整体不高，3-去除率在-0.87~6.66%之间变化，平均去除率为2.91%。PO4-P去除率不稳定，去除率在第1、7次中出现了负值，在第14次取样中达到最大，去除率仅为6.66%。养殖废水中磷酸盐含量低，且磷对养殖生物的危害较小，所以当前在海水养殖废水的处理上较少地关注除磷效率，但高浓度含磷废水的排放会对海洋生态环境造成污染，所以采取有效的除磷工艺提高磷的去除效率理应得到重视。实验结果表明，生物滤器对磷酸盐的去除效果并不明显。这是因为生物膜生物除磷主要是依靠聚磷菌厌氧释磷、好氧聚磷的过程来达到除磷的目的，虽然聚磷菌属于好氧菌，在充氧条件下其性能可以较好地发挥，但是释磷的过程需要在厌氧过程中才能完成，本系统水体中溶解氧一直处于7.8mg/L左右，聚磷菌释磷受阻，由于微生物的竞争使得聚磷菌在生长[61]过程中处于劣势，不能得到很好的增殖，除磷效果不显著，张寒冰等亦有相似的研究结论。所以进水中磷酸盐含量随着后期更多溶解性无机磷的加入一直处于上升状态。30\n青岛理工大学工学硕士学位论文2.3.2.6生物滤器总磷处理效果1.818生物滤器进水生物滤器出水去除率1.6131.41.28）1%浓度磷0.83总0.6去除率（0.4-2ConcentrationofTP/(mg/L)0.20-7123456789101112131415有效取样次数图2-17生物滤器对总磷的去除效果Fig.2-17RemovalefficiencyofTPbybiologicalfilter如图2-17所示，总磷进水浓度0.885~1.616mg/L，平均浓度为1.305mg/L，出水浓度0.856~1.473mg/L，平均浓度1.216mg/L，去除率在-4.26~11.75%之间变化，平均去除率为6.48%。总磷和磷酸盐相似去除率不稳定，甚至还出现了负值，去除效率在第12次取样中最为明显，也仅为11.75%。好氧状态下养殖水体中磷的去除主要依靠聚磷菌的同化作用吸附大量的磷，与磷酸盐去除相比，总磷去除率较高，分析原因可能是生物滤器过滤装置对残饵、粪便等中的大颗粒性污染物起到了截留作用，大颗粒有机污染物减少，溶解性有机磷含量随之降低，故去除率稍高于活性磷酸盐。31\n青岛理工大学工学硕士学位论文2.3.2.7生物滤器化学需氧量处理效果2.5生物滤器进水生物滤池出水去除率201821614）1.512%1018化学需氧量6去除率（0.542ConcentrationofCOD/(mg/L)00123456789101112131415有效取样次数图2-18生物滤器对化学需氧量的去除效果Fig.2-18RemovalefficiencyofCODbybiologicalfilter如图2-18所示，生物滤器进水COD范围在1.411~2.088mg/L之间，平均值为1.660mg/L，出水为1.29~1.88mg/L，平均值为1.50mg/L，去除率在6.19~13.88%之间变化，平均去除率为9.47%。化学需氧量反映了水中还原性物质的量，其中包括大量有机物，有机物增多会通过额外溶解氧的消耗影响硝化性能，对总氨氮、亚氮等污染物质的去除效率造成影响，[62]所以控制水中有机物含量尤为重要。生物滤器一方面可以通过前置过滤装置截留大量悬浮有机大颗粒物质，另一方面利用生物膜上异养菌的同化作用去除细微有机物，从而达到降低COD的目的。皱纹盘鲍养殖废水属于低浓度废水，实验结果表明，生物滤器进出水降幅不大，系统对低浓度还原性污染物去除效率较低。分析原因可能是降解有机物的异养菌和氧化氨态氮的硝化细菌之间存在着空间、溶解氧和营养物质的竞争，导致本系统生物滤器发挥较高硝化功能的同时有机物降解效率反而降低。32\n青岛理工大学工学硕士学位论文2.4本章小结本章研究了鲍多层立体培育封闭循环水系统不同养殖密度对养殖水质的影响，并对该系统生物滤器处理效果进行综合评价。相关结论如下：（1）高、中、低密度组总氨氮含量随着养殖密度的增加逐渐增大，平均浓度分别为0.185mg/L、0.164mg/L、0.136mg/L，随时间延长三个密度组间逐渐表现出显著性差异，高、中密度组总氨氮浓度显著大于低密度组（p<0.05），最终高、中、低密度组浓度分别维持在0.20mg/L、0.18mg/L、0.15mg/L左右；高、中、低密度组亚氮含量随着养殖密度的增加逐渐增大，平均浓度分别为0.037mg/L、0.033mg/L、0.025mg/L，随时间延长三个密度组间趋于稳定并表现出显著性差异（p<0.05），各个密度组亚氮浓度均未超过0.1mg/L；高、中、低密度组硝氮含量随养殖密度的增加逐渐增大，平均浓度分别为10.411mg/L、10.020mg/L、9.266mg/L，高、中密度组均显著大于低密度组（p<0.05），高、中密度组差异不显著（p>0.05）。高、中、低密度组总氮平均含量分别为16.275mg/L、14.842mg/L、12.874mg/L，三者差异显著（p<0.05）。（2）高、中、低密度组磷酸盐含量随着养殖密度的增加逐渐增大，平均浓度分别为1.398mg/L、1.296mg/L、1.259mg/L，随时间延长密度组之间表现出显著性差异（p<0.05）。各个密度组总磷含量随时间变化波动明显，高、中、低密度组总磷平均浓度为1.446mg/L、1.297mg/L、1.241mg/L，高密度组显著高于中、低密度组（p<0.05），中、低密度组差异不显著（p>0.05）。（3）高、中、低密度组化学需氧量随着养殖密度增加逐渐增大，平均值分别为1.873mg/L、1.747mg/L、1.600mg/L。随着时间的延长，高、中密度组显著大于低密度组（p<0.05），中、低密度组差异不显著（p＞0.05）。（4）高、中、低密度组可培养异养细菌总数随着养殖密度的增加逐渐增大，平均554数量分别为1.70×10cfu/mL、1.0×10cfu/mL、6.39×10cfu/mL，实验前期密度组之间差异显著（p<0.05），随时间延长差异逐渐缩小。高、中、低密度组弧菌平均数量范围222为5.77×10cfu/mL、4.38×10cfu/mL、2.04×10cfu/mL。随时间延长变化幅度较小，高、中密度组显著多于低密度组（p<0.05），高、中两密度组未表现出显著性差异（p＞0.05）。（5）现行工况下，鲍多层立体培育封闭循环水系统移动床曝气生物滤器对养殖废--水中的TAN、NO2-N、NO3-N、TN平均去除率分别为16.4%、15.81%、2.93%、12.22%，33\n青岛理工大学工学硕士学位论文3-PO4-P、TP平均去除率分别为2.91%、6.48%，COD平均去除率为9.47%。该系统可-以有效去除养殖废水中对皱纹盘鲍产生明显毒害作用的TAN和NO2-N等，但对硝酸盐的脱除、低浓度含磷和COD废水处理效率较低。综上所述，在鲍多层立体培育封闭循环水养殖系统内，随着时间延长高密度组各个水质指标显著大于中、低密度组（p<0.05），但高密度组养殖过程中各个指标后期基本趋于稳定，且未对养殖对象正常生长造成影响，结合经济和生态效益等多方面因素，2故选择500个/m作为此系统最适养殖密度。-TAN、NO2-N作为循环水养殖密度的主要制约因素，移动床曝气生物滤器在现行-工况下对TAN和NO2-N表现出了良好的处理效率，使其维持在对养殖生物安全浓度范围内，达到了实际生产需求。但该生物滤器对低浓度COD去除效率不高，反硝化脱氮和生物除磷效率不稳定，后期可以通过运行参数调整、废水处理工艺优化升级（如多种生物滤器组合、新型填料的选择）等实现循环水最终的“零排放”，促进水产养殖业可持续良性发展。34\n青岛理工大学工学硕士学位论文第3章皱纹盘鲍摄食后代谢特征及代谢产物对水质的影响研究3.1概述摄食是生物为满足生存、生长和繁殖等生理过程的物质和能量需求而进行的重要活动。摄食后的残饵和自身代谢产生的粪便等是鲍养殖水体污染的主要来源。在14~20℃环境下，对皱纹盘鲍摄食后个体能量收支的研究发现，鲍摄入的能量中有大约[63]34.6~48.6%转化为粪能。贝类排泄产物中含有大量C、N、P等营养物质，主要为[64]氨、尿酸、尿素、蛋白质等，其中氨占总排泄量的比例为70%或更大，代谢产物的分解会大大增加养殖水体中C、N、P含量。在贝类能量学研究中，代谢一般分为标准代谢、活动代谢和特殊动力代谢。因为活动代谢和特殊动力代谢在测定时难以分开，[65]所以常将两者合并称为常规代谢，摄食后引起的代谢属于常规代谢。目前，国内对皱纹盘鲍代谢方面的研究主要集中在环境因子（温度、pH）和内源性因子（体重）对[63][66-67]其耗氧率和排氨率的影响上，但皱纹盘鲍摄食后的常规代谢对养殖水体水环境影响规律的研究报道却较少。本实验拟通过研究不同规格皱纹盘鲍摄食后的常规代谢特征和水质指标在养殖水体中的累积情况，以期初步查明处于不同生长期的鲍基础代谢日变化规律，为工厂化养殖特别是封闭循环水养殖系统规模化养殖的水环境调控和优化提供理论依据，可根据水质情况及时采取加大水循环率、调整运行参数等相关操作，对促进养殖生物健康生长、降低病害发生风险、提高养殖效益等均有借鉴意义。3.2实验材料与方法3.2.1实验地点和实验对象实验在中国科学院海洋研究所进行，实验周期为6月17日~6月24日，共计一周。实验所用皱纹盘鲍购自山东省威海市长青海洋科技股份有限公司，均为贝壳完好无损、足部伸缩有力的健康个体，带回实验室后洗刷去除表面附着物，暂养于事先已充分曝气的水族箱中（70L，54cm×40cm×32cm）。35\n青岛理工大学工学硕士学位论文3.2.2实验方法所用皱纹盘鲍首先在自然光照下暂养15天，水族箱内置黑色波纹板作为附着基，暂养期间监测水质情况，水环境物理指标为水温（19.2±0.25）℃，盐度（29±1）‰，pH值7.8±0.26。暂养期间每天上午10:00清除残饵、粪便并更换新鲜海水，换水量达到100%。18:00投喂新鲜裙带菜（UndariapinnatifidaSuringar），投喂量以鲍湿体质量的4%计算。暂养结束后根据壳长（平均为76.15±4.16mm；50.63±3.08mm；16.44±2.93mm）将鲍分为大、中、小3个不同规格组，不同规格鲍生物学数据见表3-1。表3-1不同规格皱纹盘鲍生物学数据Tab.3-1BiologicalcharacteristicsofthedifferentsizesabaloneH.discushannai规格壳长（mm）湿重（g）软组织干重（g）壳干重（g）肥满度（%）aaaab大76.15±4.1654.21±6.035.19±0.2815.89±1.2432.66±2.08bbbbc中50.63±3.0818.64±3.590.64±0.023.07±0.3920.85±2.69cccca小16.44±2.932.47±0.520.31±0.020.76±0.0540.79±3.15注：数据表示为平均值±标准差，n=6。不同字母表示不同处理组间差异显著（p<0.05）。Note:Valueswereexpressedasmean±SD,n=6.Thedifferentsuperscriptmeansthedifferencesweresignificant（p<0.05）.实验开始后，三个规格组分批开展实验，每一规格组设置六个重复，随机将同一规格组的6只鲍逐一放置于6个同等大小的水族箱内（10L，30cm×21cm×19cm）。实验开始后于18:00在各个水族箱内投喂等量的新鲜裙带菜，投喂量以鲍湿体质量的4%计算。分别于投喂后3、6、9、12、18、24h（即21:00、24:00、次日03:00、06:00、--3-12:00、18:00）时取水样，测定各时间点水体中的TAN、NO2-N、NO3-N、PO4-P、COD的变化情况，并根据水体中总氨氮浓度计算皱纹盘鲍排氨率。实验开始前，鲍均需饥饿24h。实验所用海水均经砂滤处理，温度、盐度和pH值等与暂养期间一致。36\n青岛理工大学工学硕士学位论文3.2.3测定指标及数据分析方法水质检测指标及分析方法见表3-2。表3-2检测指标及分析方法Tab.3-2Detectionindexandanalysismethod检测指标分析方法[44]TAN纳氏试剂分光光度法-[45]NO2-N萘乙二胺分光光度法-[43]NO3-N紫外分光光度法3-[45]PO4-P磷钼蓝分光光度法[46]COD烘箱加热高锰酸钾法排氨率的计算公式：[68]E=[(F－I)×1000×(V－v)]/t（式3-1）式中：E为排氨率，F和I分别为实验结束和开始时水体中的总氨氮浓度，V为水族箱体积，v为不同规格鲍的体积，t为实验持续时间。其中鲍的体积v的计算公式：v=(ma－mw)/dw（式3-2）式中，ma为鲍在空气中的质量，mw为鲍在海水中的质量，dw为海水的密度（1.0253g/cm）。实验数据用SPSS16.0软件进行单因素（One-ANOVA）方差分析，当显著性差异存在时使用Duncan进行多重比较分析。实验结果均表示为平均值±标准差（Mean±SD），显著性水平为p<0.05。3.2.4主要仪器设备实验所用仪器设备见表3-3。表3-3实验仪器设备Tab.3-3Theinstrumentsusedintheexperiment实验仪器及型号生产厂家YSI-556MPS便携式多参数水质测量仪YSI美国UV-2000紫外-可见光分光光度计尤尼柯仪器有限公司中国上海37\n青岛理工大学工学硕士学位论文3.3结果与讨论3.3.1不同规格组总氨氮浓度变化趋势0.21大规格组中等规格组小规格组a0.18aaa0.15a0.12abbb氨氮浓度0.09b总abb0.06acb0.03bbConcentrationofTAN/(mg/L)abb00369121824时间/h图3-1不同规格组总氨氮浓度变化情况Fig.3-1ThechangesofTANindifferentsizegroups各规格组水中总氨氮浓度变化如图3-1所示，随时间延长各规格组总氨氮浓度呈上升趋势，且随着鲍体质量的增加，总氨氮浓度随之增加。大、中、小规格组总氨氮平均浓度分别为0.118mg/L、0.065mg/L、0.050mg/L。大规格组总氨氮在6~9h变化最明显，在3、9、24h时出现峰值，此时总氨氮显著高于中、小规格组（p<0.05）。中规格组浓度在12~18h变化最明显，在9、18h达到峰值，且在9h时显著小于高规格组（p<0.05）。小规格组期初变化平缓，在6~9h变化最明显，在9h时达到峰值。说明各规格组水体中的氨氧化细菌和硝化细菌分解鲍产生的代谢产物基本均在3~9h较为剧烈，所以各规格组总氨氮浓度在实验前期变化较明显，之后强度减弱，变化趋于平缓。38\n青岛理工大学工学硕士学位论文3.3.2不同规格组排氨率变化趋势)大规格组中等规格组小规格组60aa50aa40bbaa30排氨率bbbc20b10ccAmmoniaexcretionrate(μg/ghbbb0369121824时间/h图3-2不同规格组排氨率变化情况Fig.3-2Thechangesofammoniaexcretionrateindifferentsizegroups排氨率指生物在单位时间内的氨氮排泄量，是反映代谢活动强弱的一个重要指标[69]。各规格组鲍排氨率变化情况如图3-2所示，随时间延长逐渐升高，小规格组鲍的排氨率均显著高于大、中等规格组（p<0.05），大、中、小规格组排氨率平均值分别为12.23μg/gh、20.77μg/gh、38.03μg/gh。小规格组在24h时达到最大值，为（48.56±3.95）μg/gh。在3、18、24h时，中等规格组鲍的排氨率均显著高于大规格组（p<0.05），最大值出现在18h，为（29.96±4.76）μg/gh。24h时，大规格组鲍的排氨率达到最大，为（16.79±5.42）μg/gh。随着鲍个体增大，其单位体重排氨率显著下降，该现象与栉孔[70-71]扇贝（Chlamysfarreri）、马氏珠母贝（Pinctadamartensi）等的排氨率变化规律类似，[67]也与毕远溥等关于体重对皱纹盘鲍（H.hannai）排氨率的影响研究结果相一致。究其原因可能是直接维持水生动物生命的肾脏、肝脏组织的代谢活力高于非直接维持生命的肌肉与脂肪等组织，且随着鲍个体增大，肌肉与脂肪等组织较肾脏、肝脏等脏器[72-74]的积累更多，从而使个体规格增大而其单位体重的排氨率呈下降趋势。通过排氨率和总氨氮浓度的对比发现二者变化趋势基本一致。大、小两个规格组的排氨率均在9h时出现第一个峰值，与该时刻总氨氮浓度出现峰值相一致。中等规格组的总氨氮浓度与排氨率在9h时未出现类似的现象，而是均在18h排氨率和总氨氮浓度达到最大值。各规格组的排氨率和总氨氮变化有时不一致可能是因为外部水体中总39\n青岛理工大学工学硕士学位论文[75]氨氮不断累积导致鲍氨排泄受阻。3.3.3不同规格组亚硝酸盐氮浓度变化趋势0.025大规格组中等规格组小规格组aa/L)0.02aaN/(mg--20.015bbaa0.01abbb亚硝酸盐氮浓度b0.005accbbbbConcentrationofNO0a0369121824时间/h图3-3不同规格组亚硝酸盐氮浓度变化情况-Fig.3-3ThechangesofNO2-Nindifferentsizegroups-各规格组鲍水中NO2-N浓度变化如图3-3所示，鲍排泄产物中硝酸盐氮和亚氮浓度较低，亚氮主要来自于氨硝化作用。各时间点大规格组水体中的亚氮浓度均显著高于中等规格和小规格组（p<0.05）。大、中、小规格组亚氮平均浓度分别为0.0132mg/L、0.0067mg/L、0.0042mg/L。大、中等规格组亚氮在6~9h增长幅度最为明显，小规格组整体变化较为平缓，在12~18h增长幅度最大，但也在9h时达到一个峰值。各规格组亚氮浓度普遍在6~9h波动较为明显，表明此时间段鲍摄食后排泄产物硝化作用加剧对其浓度产生了显著影响。随着时间延长，各规格组亚氮浓度逐渐升高，在24h时达到最大值，说明亚氮浓度在水环境中不断累积，在养殖生产过程中对其浓度进行适时监测和分析，对保证养殖生物的健康，降低养殖风险是十分重要的。40\n青岛理工大学工学硕士学位论文3.3.4不同规格组硝酸盐氮浓度变化趋势大规格组中等规格组小规格组0.8aaaaa0.7aN/(mg/L)-a-3ba0.6aaaaa0.5硝酸盐氮浓度aba0.4abbbConcentrationofNO0.30369121824时间/h图3-4不同规格组硝酸盐氮浓度变化情况-Fig.3-4ThechangesofNO3-Nindifferentsizegroups各规格组鲍水中硝氮浓度变化如图3-4所示，大、中、小规格组硝酸盐氮浓度变化范围分别为0.542~0.679mg/L、0.443~0.660mg/L、0.498~0.571mg/L，平均浓度分别为0.616mg/L、0.536mg/L、0.543mg/L。各规格组硝氮变化趋势不一致，9h时，大规格组硝氮浓度达到最大值，且显著高于中、小规格组（p<0.05）。12h时，中等规格组硝氮浓度显著升高后达到（0.618±0.034）mg/L，与小规格组差异显著（p<0.05）。3h和6h时，小规格组亚氮浓度均显著高于中等规格组（p<0.05），在6h时达到最大值，为（0.571±0.04）mg/L，而后逐渐降低，至24h时与其他两个规格组相比并没有显著性差异（p>0.05）。41\n青岛理工大学工学硕士学位论文3.3.5不同规格组磷酸盐浓度变化趋势大规格组中等规格组小规格组0.045a0.04aaaaP/(mg/L)-0.035a-340.030.025ba0.02bbbb磷酸盐浓度b0.015a0.01bb0.005abbbConcentrationofPOb00369121824时间/h图3-5不同规格组磷酸盐浓度变化情况3-Fig.3-5ThechangesofPO4-Pindifferentsizegroups各规格组水中磷酸盐浓度变化如图3-5所示，皱纹盘鲍磷主要从食物中获取，而水体中的磷主要来自于饲料及粪便等的分解。排泄在养殖水体中的磷主要以磷酸盐形[76]式存在，某些鱼类等水生生物排泄物中磷酸盐占总磷排泄量的85~95%，故水体中的磷酸盐含量可表征磷的总排泄量。大、中、小规格组磷酸盐平均浓度分别为0.030mg/L、0.015mg/L、0.011mg/L，随着时间的延长各规格组磷酸盐浓度大体呈上升趋势，大、中、小规格组最大分别为（0.0368±0.0038）mg/L、（0.0197±0.0034）mg/L、（0.0139±0.0036）mg/L。中等规格大于小规格组中的磷酸盐浓度，但二者之间没有显著性差异（p>0.05）。除0h外，大规格组磷酸盐浓度均显著高于中等规格和小规格组（p<0.05）。在6h时，大规格组和中、小规格组磷酸盐浓度呈现两种截然相反的变化趋势，分[77]析原因可能是磷酸盐在水-沉积物（沉降物）界面发生活跃的吸附-解吸行为。鲍排泄后水体中含有一定量的粪便、残饵等微粒和其它非液态（如粘液）物质，溶解在水体中的磷极易被这些物质所吸附，而被吸附的磷在一定条件下又会重新溶解到水中，同时又由于该过程存在时滞性，因此可能导致水体中的磷酸盐浓度呈现一定的波动趋势。42\n青岛理工大学工学硕士学位论文3.3.6不同规格组化学需氧量变化趋势大规格组中等规格组小规格组1.8a1.6a1.4ab1.2aaba1aaaa0.8aa化学需氧量0.6aaabaa0.4a0.2ConcentrationofCOD/(mg/L)a00369121824时间/h图3-6不同规格组化学需氧量变化情况Fig.3-6ThechangesofCODindifferentsizegroups各规格组水中COD变化如图3-6所示，各规格组COD浓度具有相似的变化趋势，随时间延长浓度不断升高，大、中、小规格组化学需氧量平均值分别为0.976mg/L、0.824mg/L、0.815mg/L。大、中、小规组格COD变化范围分别为0.4328~1.528mg/L、0.6032~0.9442mg/L、0.2552~1.0848mg/L。12h前，各规格组间均没有显著性差异（p>0.05）。18h时，中、小规格组COD达到最大值，分别为（0.944±0.159）mg/L、（1.085±0.194）mg/L，24h时COD均有下降的趋势，二者间并没有显著性差异（p>0.05）。24h时，大规格组COD达到最大值，为（1.528±0.164）mg/L，显著高于中、小规格组（p>0.05）。43\n青岛理工大学工学硕士学位论文3.4本章小结本章研究了不同规格皱纹盘鲍的代谢特征及其对养殖水质的影响，对摄食后主要水质因子的变化情况进行测定，并根据总氨氮浓度计算各规格组鲍的排氨率。相关结论如下：（1）随时间延长各规格组总氨氮浓度均呈上升趋势，浓度随着鲍体质量的增加随之增加。大、中、小规格组总氨氮变化范围分别为0.05~0.158mg/L、0.029~0.072mg/L、0.033~0.099mg/L。各组鲍的排氨率随时间延长而逐渐升高，随着鲍个体增大，其单位体重排氨率显著下降，小规格组鲍的排氨率显著高于大、中等规格组（p<0.05）。大、中、小规格组鲍的排氨率平均值分别为12.23μg/gh、20.77μg/gh、38.03μg/gh。（2）随时间延长各规格组亚氮浓度逐渐升高，大、中、小规格组变化范围分别为0.0058~0.0205mg/L、0.0031~0.0107mg/L、0.0028~0.0058mg/L，大规格组亚氮浓度显著高于中、小规格组（P<0.05），在6~9h浓度变化明显，说明此时段硝化作用加剧对亚氮浓度产生了显著影响。各规格组硝氮变化范围分别为0.542~0.679mg/L、0.443~0.660mg/L、0.498~0.571mg/L。各规格组硝氮没有明显规律且差异性不明显（p>0.05）。（3）随时间延长各规格组磷酸盐浓度大体呈上升趋势，在24h时达到最大值，分别为（0.0368±0.0038）mg/L、（0.0197±0.0034）mg/L、（0.0139±0.0036）mg/L，大、中、小规格组磷酸盐变化范围分别为0.0190~0.0368mg/L、0.0133~0.0197mg/L、0.0097~0.0139mg/L，大规格组磷酸盐浓度显著高于中、小规格组（p<0.05）。（4）随时间延长其值不断升高，大、中、小规格组COD最大值分别为（1.528±0.164）mg/L、（0.944±0.159）mg/L、（1.085±0.194）mg/L。大、中、小规格组变化范围分别为0.4328~1.528mg/L、0.6032~0.9442mg/L、0.2552~1.0848mg/L。综上所述，通过科学定量地分析处于各个生长期不同规格的皱纹盘鲍单个个体摄食后24h内对养殖废水的污染程度，从而系统并准确地预测水体环境的变化情况，为封闭循环水系统规模化养殖中水质预测提供理论依据，对合理调控循环水系统、控制单位水体产量、提高设备运行效率具有一定的参考价值，对贝类能量学研究有一定借鉴意义。44\n青岛理工大学工学硕士学位论文第4章水体泼洒复合芽孢杆菌制剂对皱纹盘鲍自污染水体的影响研究4.1概述我国水产养殖业迅猛发展，集约化程度日益提高，水资源的无序利用使得残饵、粪便等污染物质不能及时从养殖水体中排出，水质恶化、原有的微生态环境遭到破坏，为致病菌的增殖繁衍创造了条件，导致病害的发生，对我国水产养殖业的高效发展造成重创。近年来，随着皱纹盘鲍（HaliotisdiscushannaiIno）集约化养殖规模的扩大，水质不佳、病害频发爆发等问题也凸显出来。为此主要通过定期抗生素等药物的施用防治鲍鱼掉板等病害，但滥用抗生素不仅会逐渐使致病菌抗药性增强，破坏原有的微[78-79]生物生态系统平衡，水产品体内残留抗生素还会直接威胁到人类的身体健康。随着绿色、安全、健康水产养殖发展的需要，微生态制剂作为一种新的微生物处理方法在修复和改善水质、减少病害方面的优势慢慢显现出来，其在养殖废水处理方面的应用也成为了当今研究热点。微生态制剂，又称为微生态调节剂（Microecologicalmodulator），微生态制剂开始[80]应用于我国水产养殖可以追溯到19世纪80年代。它不仅能够抑制病原微生物，调节水产养殖动物肠道微生态平衡，具有增强养殖动物免疫力、促进生长等功效，还可以有效调节水体微生态平衡、修复和重建失衡水体的优势菌群达到净化水质的目的，[81]同时可以作为营养物质被养殖动物所利用，在水产健康养殖中发挥着重要作用。王[82]彦波等研究证实，投加适量的微生态制剂可以有效减少南美白对虾（Penaeusvannamei）养殖池塘底质中N、P、S等营养物质的积累，改善微生物群落结构。由此可见微生态制剂的有效使用可达到延长换水周期、减小养殖废水处理负荷，降低工厂化养殖热能损耗和养殖成本等目的，其在调控水质方面的优势和应用越来越受到水产养殖业的重视。微生态制剂在水产养殖上应用主要有复合制剂和单一制剂两种类型。水产养殖中，残饵、粪便的积累导致总氨氮、亚硝酸盐氮、有机物等有害污染物浓度增加。现有研究表明，由于单一菌种适应性不强，对废水处理效果不稳定，仅依附单一菌种较难在45\n青岛理工大学工学硕士学位论文养殖废水处理应用中达到理想的效果，而复合菌剂可以利用多种微生物间的协同促进作用在复杂多变的水生态环境中充分发挥各个菌种的优势将污染物质高效降解和转化，相较之下，复合制剂的应用更为广泛，而且为提高净化效果多是采用直接添加到水环[83]境中的方式。目前水产养殖中应用最为广泛的微生态制剂菌种为芽孢杆菌，芽孢杆菌广泛存在于自然界中，具有较强的产蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、半纤维素水解酶等多种胞外酶和多种抑菌物质，能降解水中氮磷污染物并对病原菌产生拮抗作用，同时具有无毒、无残留、不产生耐药性等优点，被认为是安全有效的有益微生物。常用的有地衣芽胞杆菌（Bacilluslichmiformis）、枯草芽胞杆菌（Bacillussubtilis）、蜡样芽孢[84]杆菌（Bacilluscereus）等。张庆等研究结果表明在罗非鱼养殖水体中添加以芽孢杆菌为主的复合益生菌微生态制剂有效减少了总氨氮、亚氮、硝酸盐含量，脱氮作用显[85]著，营造了良好的水体环境，有益于养殖对象的正常生长。吕军仪等也通过在大海马养殖水体中投加含有芽孢杆菌（Bacillusspp.）的复合菌剂，水体中的总氨氮、亚硝酸盐和硫化物含量比对照组分别降低了76.9%、97.1%、93.3%，溶解氧也提高了32.7%，还抑制了病原菌和有害微生物的生长，水体中致病性弧菌数量显著降低了2个数量级。迄今，国内在复合芽孢杆菌制剂对皱纹盘鲍养殖中的应用研究较少，对其在鲍养殖废水处理效果的研究更是甚少报道，因此本章拟通过在静水养殖皱纹盘鲍水体中泼--3-洒不同浓度的复合芽孢杆菌制剂，以TAN、NO2-N、NO3-N、PO4-P、COD为主要水质检测指标，考查不同浓度的微生态制剂对鲍养殖废水的净化效果及作用机理，从而为该微生物方法合理、经济地应用于皱纹盘鲍养殖废水净化上提供理论和技术的支持，以期将研究成果和循环水系统养殖模式有机结合，提高水循环利用率。4.2实验材料与方法4.2.1实验地点和实验材料实验在中国科学院海洋研究所进行，实验周期为9月10日~10月10日，共计1个月。实验所用复合芽孢杆菌制剂直接购自青岛贝宝海洋科技有限公司，类棕色液体，由枯草、地衣等多株来自海洋沉积物和养殖动物肠道的芽孢杆菌经混合深度发酵工艺10生产而成（活菌含量>6×10cfu/mL）。所用皱纹盘鲍购自山东省威海市长青海洋科技股份有限公司，均为规格一致、贝壳完好无损、足部伸缩有力的健康个体，带回实验室后洗刷去除表面附着物，暂养于事先已充分曝气的水族箱中。实验所用皱纹盘鲍的46\n青岛理工大学工学硕士学位论文生物学数据如表4-1所示。表4-1皱纹盘鲍生物学数据Tab.4-1BiologicalcharacteristicsofH.discushannai壳长（mm）湿重（g）软组织干重（g）壳干重（g）肥满度（%）54.61±2.5624.82±1.590.74±0.093.58±0.3323.65±1.88注：数据表示为平均值±标准差。不同字母表示不同处理组间差异显著（p<0.05）。Note:Valueswereexpressedasmean±SD.Thedifferentsuperscriptmeansthedifferencesweresignificant（p<0.05）.4.2.2实验方法实验所用皱纹盘鲍，首先在自然光照下暂养一周，水族箱内置黑色波纹板作为附着基，暂养期间用YSI-556MPS便携式多参数水质测量仪监测水质情况，水环境物理指标为水温（19.0±0.5）℃，盐度（29±1）‰，pH值7.8±0.2。暂养期间每天换水一次，上午10:00放水前清除残饵、粪便并更换新鲜海水，换水量达到100%，曝气泵连续充气。17:00投喂配合饲料，投喂量以鲍湿体质量的4%计算。暂养结束后，挑选重量、大小相似的健康皱纹盘鲍用于实验，随机分到12个大小相同的水族箱中（60L，50cm×40cm×32cm），每个水族箱里放置20只，共设高、中、低浓度3个处理组和1个对照组，每组设三个重复。实验期间，所有水族箱曝气泵不间断曝气，每两天换水一次，换水量为实际水体体积的1/3，换水时间为上午10：00，保持固定水位。每次换水后处理组按照设计浓度梯度将复合芽孢杆菌制剂泼洒到水体中，使水体中复合芽孢杆菌的最终浓度分别为1131231332×10cfu/m、2×10cfu/m和2×10cfu/m（以活菌量计），对照组水体中不加菌液。换水当天下午5：00所有处理组和对照组投喂等量的配合饲料（饲料中不添加任何有益菌），投喂量以鲍湿体质量的4%计算。实验期间除每次换水时清除残饵、粪便，其余时间不清理。换水前采集水样，实际取样周期共计16天。47\n青岛理工大学工学硕士学位论文4.2.3测定指标及数据分析方法水质检测指标及分析方法见表4-2。表4-2检测指标及分析方法Tab.4-2Detectionindexandanalysismethod检测指标分析方法[44]TAN纳氏试剂分光光度法-[45]NO2-N萘乙二胺分光光度法-[46]NO3-N紫外分光光度法3-[45]PO4-P磷钼蓝分光光度法[48]COD烘箱加热高锰酸钾法4.2.4主要仪器设备实验所用仪器设备见表4-3。表4-3实验仪器设备Tab.4-3Theinstrumentsusedintheexperiment实验仪器及型号生产厂家YSI-556MPS便携式多参数水质测量仪YSI美国UV-2000紫外-可见光分光光度计尤尼柯仪器有限公司中国上海48\n青岛理工大学工学硕士学位论文4.3结果与讨论4.3.1不同浓度复合芽孢杆菌对总氨氮的影响对照组高浓度组中浓度组低浓度组2.5aa2aaaab浓度1.5baabcbaaa氨氨1babbbcaabd总abcbabbb0.5aConcentrationofTAN/(mg/L)0246810121416时间/d图4-1不同浓度组总氨氮浓度变化情况Fig.4-1ThechangesofTANindifferentconcentrationgroups复合芽孢杆菌制剂不同添加量对养殖水体总氨氮的影响如图4-1所示，随着时间延长，各组水体中的总氨氮浓度均呈上升趋势。对照组浓度变化范围为0.70~2.04mg/L，平均值为1.36mg/L；高浓度组浓度变化范围为0.63~1.11mg/L，平均值为0.98mg/L；中浓度组变化范围为0.64~1.48mg/L，平均值为1.08mg/L；低浓度组变化范围为0.70~1.88mg/L，平均值为1.25mg/L。16d时高、中、低浓度组与对照组相比，总氨氮浓度分别下降了45.5%、31.6%、7.76%，处理组中低浓度组TAN浓度增长幅度最大，中浓度组次之，高浓度组变幅最小。实验前4d，各组总氨氮相比没有显著性差异（p>0.05），第6d以后，对照组总氨氮浓度显著高于处理组，随着时间累积，三个不同浓度组之间差异性显著（p<0.05）。第14d起，高、中浓度组显著小于低浓度组（p<0.05）。低浓度组TAN变化趋势和对照组接近，这是由于该处理组所含菌量较小，未对原有生物群落造成显著影响，且在16d时，TAN浓度和对照组均开始超过2.0mg/L，不采取措施的话水质将继续恶化，对鲍的正常生长产生影响。该复合芽孢杆菌制剂是按照一定比例将筛选出来的多种芽孢杆菌混合培养组合而成。芽孢杆菌为异养型细菌，繁殖较快，通过拮抗作用或着分泌胞外产物对弧菌等病原菌产生抑制作用从而达到调节水中功能微生物的作用。在短时间内可以通过促硝化49\n青岛理工大学工学硕士学位论文反应降解TAN，还可通过同化作用在分解有机物的过程中大部分转化为自身生命活动所需能量，进一步达到降低水中TAN的目的。高、中浓度组TAN浓度在实验前期小幅度上升，说明随着菌液的加入，复合芽孢杆菌通过分泌酶等分解残饵、粪便造成氨态氮未来得及转化，TAN在实验前期有一定程度的积累，后期随着氨氧化、硝化作用逐渐加强TAN含量浓度下降。高浓度组TAN浓度出现下降的时刻先于中浓度组，也侧面说明了复合芽孢杆菌制剂起到了明显的降解TAN的效果。4.3.2不同浓度复合芽孢杆菌对亚硝酸盐氮的影响对照组高浓度组中浓度组低浓度组1.21aN/(mg/L)aaa--20.8abbabc0.6aaababcbba0.4ccd亚硝酸盐氮浓度abdcac0.2addConcentrationofNO0246810121416时间/d图4-2不同浓度组亚硝酸盐氮浓度变化情况-Fig.4-2ThechangesofNO2-Nindifferentconcentrationgroups不同复合芽孢杆菌添加量对养殖水体亚氮的影响如图4-2所示，实验结果表明，-高、中浓度组养殖水体中NO2-N含量均维持在一个相对较低的浓度，对照组变化范围为0.33~0.80mg/L，平均值为0.64mg/L；高浓度组浓度变化范围为0.28~0.52mg/L，平均值为0.40mg/L；中浓度组变化范围为0.29~0.59mg/L，平均值为0.48mg/L；低浓度组变化范围为0.30~0.76mg/L，平均值为0.57mg/L。第12d起，高、中浓度组与对照组、低浓度组相比差异显著，且高浓度组亚氮浓度显著低于中浓度组（p<0.05）。整个实验期间，高、中浓度组亚氮均呈现先上升后下降的趋势，可能是在实验初期残饵、-粪便等有机物在分解过程中TAN大量通过硝化作用转化为NO2-N所致，而大量的-NO2-N尚未彻底转化为硝酸盐所致，其上升的幅度也随TAN浓度高低而不同。水体中的亚氮浓度主要受硝化和反硝化作用的影响，复合芽孢杆菌主要是通过提高改善水50\n青岛理工大学工学硕士学位论文体中功能微生物硝化细菌和反硝化细菌数量活性和组成，对降低亚氮浓度起到积极的促进作用，与TAN的变化趋势相似，各组亚氮浓度前期相差不大，第4d起逐渐表现出显著性差异，显现出良好的净水效果，表明TAN在复合芽孢杆菌的促进作用下转化为亚氮之后开始迅速转化为硝酸盐氮。后期高、中浓度组亚氮浓度均出现下降的趋势，中浓度组在第14d时亚氮浓度开始下降；高浓度组在第12d时浓度开始下降，且在12d之后，一直稳定在0.3mg/L以下。第16d时，高、中、低浓度组与对照组相比，分别下降了47.4%、35.4%、4.55%。且高浓度组显著低于其他组（p<0.05），低浓度组和对照组差异不显著（p>0.05），表明低浓度组对水质的亚氮净化效果较弱，侧面说明了复合芽孢杆菌达到一定浓度后才能发挥明显的亚氮的净化作用。4.3.3不同浓度复合芽孢杆菌对硝酸盐氮的影响对照组高浓度组中浓度组低浓度组1.4a1.3aN/(mg/L)1.2a--b31.1ab1aaabbcc0.9aabbbc硝酸盐氮浓度0.8bcabbacc0.7cbaab0.6bdConcentrationofNOb0.5246810121416时间/d图4-3不同浓度组硝酸盐氮浓度变化情况-Fig.4-3ThechangesofNO3-Nindifferentconcentrationgroups不同复合芽孢杆菌添加量对养殖水体硝酸盐氮的影响如图4-3所示，实验结果表明，高、中、低浓度组与对照组相比变化幅度较大，对照组变化范围为0.77~0.99mg/L，平均值为0.89mg/L；高浓度组浓度变化范围为0.63~1.21mg/L，平均值为0.94mg/L；中浓度组变化范围为0.69~1.05mg/L，平均值为0.90mg/L；低浓度组变化范围为0.71~0.99mg/L，平均值为0.84mg/L。第14d起，高、中、低浓度组显著高于对照组，且处理组之间差异显著（p<0.05）。处理组硝氮浓度随时间变化趋势一致，均先降低后又逐渐升高，实验前期主要是51\n青岛理工大学工学硕士学位论文由于复合芽孢杆菌对硝氮的同化作用，利用水中的硝氮合成自身营养物质，在一定程度上降低了硝酸盐的量。所以第4d时，高、中、低浓度组和对照组相比，分别降低了17.4%、9.19%、7.35%。但随着实验的进行，复合芽孢杆菌丰富的胞外酶系降解水体中残饵、粪便等有机污染物，水体中有机碳源减小，反硝化作用受阻，同时水体一直处于曝气状态，溶解氧充足，反硝化作用势必削弱。与之同时，复合芽孢杆菌通过加强氨氧化细菌、亚硝化细菌和硝化细菌等有益微生物促进硝化反应，使有机氮更多转化为硝酸盐，增加了硝氮的量，故后期硝酸盐含量又逐渐升高且随着菌液添加量增加而升高。4.3.4不同浓度复合芽孢杆菌对磷酸盐的影响对照组高浓度组中浓度组低浓度组0.45a0.4aP/(mg/L)-aaa-0.35aa34babb0.3aabccbbbcb0.25acd磷酸盐浓度0.2abcbcdbc0.15dcConcentrationofPO0.1246810121416时间/d图4-4不同浓度组磷酸盐浓度变化情况3-Fig.4-4ThechangesofPO4-Pindifferentconcentrationgroups不同复合芽孢杆菌添加量对养殖水体磷酸盐的影响如图4-4所示，实验结果表明，3-各个实验组随着时间的延长PO4-P在养殖水体中不断积累，对照组浓度变化范围为0.18~0.35mg/L，平均值为0.29mg/L；高浓度组变化范围为0.17~0.38mg/L，平均值为0.26mg/L；中浓度组变化范围为0.19~0.36mg/L，平均值为0.27mg/L；低浓度组变化范围为0.19~0.34mg/L，平均值为0.28mg/L。第16d时，高、中浓度组与对照组相比分别增加了7.13%、2.14%，相反低浓度组下降了2.86%。含高浓度磷的养殖废水排放到自然水体会导致水体富营养化，造成藻类大量繁殖，养殖废水中磷的去除对维持整个海洋生态平衡显得尤为重要。实验结果表明，复合芽52\n青岛理工大学工学硕士学位论文孢杆菌的添加对磷酸盐增加起到了一定的减缓作用，这可能是因为在好氧条件下，复合芽孢杆菌通过筛选聚磷菌等有益菌作为优势菌，促进聚磷菌大量繁殖，而聚磷菌可以通过逆浓度梯度充分且过量地吸收磷，合成多聚磷酸盐颗粒，最终作为体内储能物3-质供自身生长繁殖所用，从而有效降低了PO4-P含量。然而复合芽孢杆菌对磷酸盐去除作用并不稳定，到第16d时，高、中浓度组甚至显著高于对照组（p<0.05），可能由于随着时间延长水体中整个微生物种群逐渐重新建立、稳定平衡，前期不占优势的有益菌后期大量增殖并对聚磷菌的生长造成了一定的负面影响，聚磷菌又缺少足够的营养供其繁衍，导致后期聚磷菌无法有效地吸收磷。从其中不难看出，微生态制剂投放密度过高可能会使地降解各个水质指标的有益菌群之间产生竞争，无法达到预期的处理效果，所以需要结合实际养殖情况综合考虑，因地制宜地选择微生态制剂的使用方式和方法。4.3.5不同浓度复合芽孢杆菌对化学需氧量的影响对照组高浓度组中浓度组低浓度组2.8aaa2.6aaa2.4baaa2.2aabbb2acbca1.8aa化学需氧量1.6abb1.4abadccd1.2ConcentrationofCOD/(mg/L)b1246810121416时间/d图4-5不同浓度组化学需氧量变化情况Fig.4-5ThechangesofCODindifferentconcentrationgroups不同复合芽孢杆菌添加量对养殖水体中COD的影响如图4-5所示，对照组变化范围为1.56~2.61mg/L，平均值为2.25mg/L；高浓度组变化范围为1.33~1.79mg/L，平均值为1.63mg/L；中浓度组变化范围为1.41~2.11mg/L，平均值为1.93mg/L；低浓度组变化范围为1.54~2.44mg/L，平均值为2.11mg/L。第16d时，高、中、低浓度组与对照组相比，分别下降了27.54%、14.52%、6.32%。且高、中浓度组显著小于低浓度组53\n青岛理工大学工学硕士学位论文和对照组（p<0.05）。复合芽孢杆菌作为富含高活性消化酶系的异养菌，能够迅速将主要包括残饵和鲍代谢产物的有机污染物分解为小分子有机酸、氨及氨基酸等，优化养殖环境，同时芽孢杆菌通过同化作用利用有机化合物为碳源合成自身物质，达到有效降低COD的目的。复合芽孢杆菌在进入一个新的水体环境后，需要一定的适应过程，有机物含量未能及时分解，所以前期各组COD逐渐上升。随着时间的延长，复合芽孢杆菌充分发挥降解作用，达到有效降低化学需氧量的目的。4.4本章小结通过控制在皱纹盘鲍自污染养殖水体泼洒芽孢杆菌属为主的复合菌剂量，对比了养殖水体中三种不同复合芽孢杆菌浓度下对污染物的净化效果，相关结论如下：113（1）水体中复合芽孢杆菌浓度为2×10cfu/m时，复合芽孢杆菌制剂对养殖水体-3-中TAN、NO2-N、COD、PO4-P增长幅度起到了一定减缓作用，第16d时与对照组-3-相比去除率不显著（p>0.05），TAN、NO2-N、COD、PO4-P分别下降了7.76%、9.60%、4.55%、2.86%。123（2）水体中复合芽孢杆菌浓度为2×10cfu/m时，复合芽孢杆菌制剂对养殖水体-中TAN、NO2-N、COD增长幅度起到了较好的减缓作用，第16d时与对照组相比显-著降低（p<0.05），TAN、NO2-N、COD分别下降了31.6%、35.4%、14.52%。表明在此浓度下，有效地降低了对皱纹盘鲍正常生长产生不利影响的主要水质指标TAN、-3-NO2-N、COD，较好地改善了水质，但与对照组相比，该浓度对PO4-P的去除起到-3-了一定的抑制作用，脱氮效果不明显，主要体现在后期NO3-N和PO4-P有所增加。133（3）水体中复合芽孢杆菌浓度为2×10cfu/m时，复合芽孢杆菌制剂对养殖水体-中TAN、NO2-N、COD增长幅度起到了极好的减缓作用，第16d时与对照组相比差-异极显著，TAN、NO2-N、COD分别下降了45.5%、47.4%、27.54%，表明在此浓度-下，有效地降低了对皱纹盘鲍正常生长产生不利影响的主要水质指标TAN、NO2-N、3-COD，极好地改善了水质。但与对照组相比，该浓度对PO4-P的去除起到了一定的-3-抑制作用，脱氮效果不明显，主要体现在后期NO3-N和PO4-P明显增加。综上所述，复合芽孢杆菌制剂可以通过定向培育优势菌群并充分发挥其氧化、氨化、硝化等作用把残饵、粪便等有机物迅速分解转化，起到改善水质环境的作用。高、54\n青岛理工大学工学硕士学位论文-中、低三个浓度组均能在一定程度上延缓TAN、NO2-N、COD增加趋势，其中高浓度组去除效果极显著。从净化效果分析，高浓度组可以作为最佳添加浓度。未来复合芽孢杆菌制剂作为一种水质调节剂运用于工厂化循环水系统是可行的，可以有效降低循环水系统处理负载，提高综合运行效率，但考虑到本实验采用矩形水族箱，与封闭循环水养殖系统工艺不同，而且静水养殖和循环水养殖还存在很大差异，复合芽孢杆菌对循环水系统实际养殖水质的调控作用还需作进一步研究，更要综合考虑水体的理化因子、养殖对象等因素筛选适宜的微生态制剂和合理的浓度梯度。55\n青岛理工大学工学硕士学位论文第5章结论与建议5.1结论本文研究了鲍多层立体培育封闭循环水养殖系统密度对皱纹盘鲍养殖水质的影响，并对生物滤器处理效果进行综合评价。为了解皱纹盘鲍对养殖废水的自污染程度，研究了不同规格皱纹盘鲍的代谢特征和对养殖水质的影响，并计算各规格组鲍的排氨率。同时对比了三种不同复合芽孢杆菌浓度下对养殖水体的自净能力，所得结论可为鲍循环水养殖模式的发展提供理论依据。主要结论如下：（1）在同一系统中密度对水质的影响研究中，各个密度组水质结果为高密度组2--3-（500个/m）养殖池中TAN、NO2-N、NO3-N、TN、PO4-P、TP、COD、可培养细菌总数、弧菌数量平均值分别为0.185mg/L、0.037mg/L、10.411mg/L、16.275mg/L、521.398mg/L、1.446mg/L、1.873mg/L、1.70×10cfu/mL、5.77×10cfu/mL；中密度组（3002个/m）平均值分别为0.164mg/L、0.033mg/L、10.020mg/L、14.842mg/L、1.296mg/L、5221.297mg/L、1.747mg/L，1.0×10cfu/mL、4.38×10cfu/mL；低密度组（100个/m）平均值分别为0.136mg/L、0.025mg/L、9.266mg、12.874mg/L、1.259mg/L、1.241mg/L、421.600mg/L、6.39×10cfu/mL、2.04×10cfu/mL。随时间延长各个密度组营养盐和微生-3-物指标趋于稳定并表现出显著性差异，高、中、低密度组TAN、NO2-N、PO4-P差异显著（p<0.05），三者之间的关系为高密度组>中密度组>低密度组；高、中密度组-NO3-N浓度、弧菌总数显著大于低密度组（p<0.05），高、中密度组之间差异不显著（p>0.05），但高密度组大于中密度组；高密度组TN、TP、COD、可培养异养细菌总数显著大于中、低密度组（p<0.05），中、低密度组之间差异不显著（p>0.05），但中密度组大于低密度组。虽然高密度养殖相较中、低密度对水质情况有着显著影响，但-对养殖生物产生明显毒害作用的TAN、NO2-N均可稳定在安全浓度内，未对其正常2生长造成影响，从经济效益来看，500个/m可以作为此系统最适养殖密度，有效缩短投资回收期，提高资源利用率。--（2）在生物滤器对废水的处理研究中，现行工况下TAN、NO2-N、NO3-N、TN、3-PO4-P、TP、COD平均去除率分别为16.4%、15.81%、2.93%、12.22%、2.91%、6.48%、9.47%，该系统可以有效去除养殖废水中对皱纹盘鲍产生明显毒害作用的TAN和56\n青岛理工大学工学硕士学位论文-NO2-N等，但对硝酸盐的脱除、低浓度含磷和COD废水处理效率较低，可通过运行参数调整、废水处理工艺优化升级等途径得到改善。（3）在皱纹盘鲍摄食后代谢特征及代谢产物对水质的影响研究中，随着鲍个体增大，其单位体重排氨率显著下降，大（壳长76.15±4.16mm）、中（壳长50.63±3.08mm）、小（壳长16.44±2.93mm）规格组鲍的排氨率平均值分别为12.23μg/gh、20.77μg/gh、38.03μg/gh，小规格组鲍的排氨率显著高于大、中等规格组（p<0.05）。鲍摄食后随时间延长各规格组水体中水质指标呈上升趋势，大、中、小规格组TAN平均浓度分别-0.118mg/L、0.065mg/L、0.050mg/L；NO2-N平均浓度分别为0.0132mg/L、0.0067mg/L、-0.0042mg/L；NO3-N平均浓度平均浓度分别为0.616mg/L、0.536mg/L、0.543mg/L；3-PO4-P平均浓度分别为0.030mg/L、0.015mg/L、0.011mg/L；COD平均值分别为0.976mg/L、0.824mg/L、0.815mg/L。大规格组各水质指标显著高于中、小规格组（p<0.05）。对预测水体环境的变化情况、调控循环水系统和贝类能量学研究等有一定的借鉴意义。（4）在不同浓度复合芽孢杆菌制剂对废水的作用效果研究中，复合芽孢杆菌制剂-能有效减缓养殖过程中TAN、NO2-N、COD的增加，与对照组相比，高、中浓度组133-效果显著（p<0.05）。以2×10cfu/m效果最佳，其TAN、NO2-N、COD分别下降了45.5%、47.4%、27.54%。初步认为该复合芽孢杆菌制剂运用于工厂化循环水养殖是可行的，但考虑到本实验采用矩形水族箱，与封闭循环水养殖系统工艺不同，而且静水养殖和循环水养殖还存在很大差异，复合芽孢杆菌对循环水系统实际养殖水质的调控作用还需作进一步研究，尤其是在实际生产中，更要综合考虑水体的理化因子、养殖对象等因素筛选适宜的微生态制剂和合理的浓度梯度。57\n青岛理工大学工学硕士学位论文5.2建议在对本实验综合分析的过程中，发现仍有一些问题值得研究，以供参考和借鉴：（1）填料的选择是影响生物滤器处理效果和运行控制的主要因素，可以针对鲍多层立体培育封闭循环水养殖系统尝试不同各种新型生物填料，结合养殖废水的处理效果选择效果更佳的填料以提高生物滤器处理性能，使出水更加稳定。（2）有关该系统生物滤器中亚硝酸盐积累的原因以及有机氮和水力停留时间等因素对亚硝酸盐积累的影响需要进一步的研究和证实。（3）有研究表明一些好氧菌和兼性厌氧菌可作为反硝化细菌在深度脱氮净化中实现同步硝化反硝化，可以深入研究生物膜不同培养时期优势菌种的鉴别并通过生物强化技术运用到该循环水系统处理上，提高脱氮能力。（4）不同的养殖环境复合芽孢杆菌作用机理和效果会有很大差异，循环水系统生物滤池生物膜上的微生物群落结构复杂，微生态制剂的引入可能会对原有的生物膜群落造成破坏，重新构建生态系统，所以如何实现微生态制剂在循环水系统中的高效应用还有待进一步深入研究。58\n青岛理工大学工学硕士学位论文参考文献[1]2015年全国渔业统计情况综述[J].渔业致富指南,2016,11:18-20.[2]FoodandAgricultureOrganizationoftheUnitedNations.TheStateofWorldAgriculture2010[M].Rome:FAOPress.2010:22-25.[3]孙琛,牛童童.中国贝类产品的国际竞争力分析[J].中国农学通报,2015,31(20):44-50.[4]刘鹰,郑纪盟,邱天龙.贝类设施养殖工程的研发现状和趋势[J].渔业现代化,2014,41(5):1-5.[5]2015年中国渔业年鉴[M].北京:中国农业出版社,2015.[6]唐保军,王慧.我国鲍养殖研究现状及展望[J].渔业现代化,2009,36(1):30-34.[7]麦康森.中国水产养殖与水产饲料工业的成就与展望[J].科学养鱼,2010(11):1-2.[8]刘大安.水产工厂化养殖及其技术经济评价指标体系[J].中国渔业经济,2009,27(3):97-105.[9]曲克明,杜守恩.海水工厂化高效养殖体系构建工程技术[M].海洋出版社,2010.[10]刘鹰.海水工业化循环水养殖技术研究进展[J].中国农业科技导报,2011,13(5):50-53.[11]刘晃,张宇雷,吴凡,等.美国工厂化循环水养殖系统研究[J].农业开发研究.2009(3):10-13.[12]MartinsCIM,EdingEH,VerdegemMCJ,etal.NewdevelopmentsinrecirculatingaquaculturesystemsinEurope:Aperspectiveonenvironmentalsustainability[J].AquaculturalEngineering,2010,43(3):83-93.[13]刘鹰.欧洲循环水养殖技术综述[J].渔业现代化,2006(6):47-50.[14]刘鹰,曲克明.封闭循环水养殖-新理念·新技术·新方法.北京:现代教育出版社,2009.[15]梁友,王印庚,倪琦,等.弧形筛在工厂化水产养殖系统中的应用及其净化效果[J].渔业科学进展,2011,32(3):116-120.[16]宿墨,刘晃,宋红桥,等.转鼓式微滤机颗粒去除率及能耗的运行试验研究[J].渔业现代化,2008,35(5):9-12.[17]吕端华.中国近海鲍科的研究[J].海洋科学集刊,1978,14:89-98.[18]毛振鹏.中国鲍养殖产业结构与特征研究[D].中国海洋大学,2014.[19]陈锤,严立新,颜海波.鲍的人工养殖[J].水产科技,1997,4:17-21.[20]王志松,张明,李洪臣,等.我国工厂化养鲍技术现状与展望[J].水产科学,2005,24(3):42-43.[21]吴垠,孙建明,柴雨,等.多层抽屉式循环水幼鲍养殖系统及养殖效果[J].农业工程学报,2012,28(13):185-190.[22]迟爽,曾勇,赵振军,等.刺参养殖池塘的水质变化[J].济南大学学报(自然科学版),2013,27(3):239-244.[23]BergheimA,TyvoldT,SeymourEA,etal.Effluentloadingsandsludgeremovalfromlandbasedsalmonfarmingtanks[J].SpecialPublication,EuropeanAquacultureSociety.1991.[24]吴斌,廖思明,兰国宝.水生无脊椎动物氮排泄研究概述[J].广西科学,2008,15(1):92-96.59\n青岛理工大学工学硕士学位论文[25]张文艺,冯国勇,张采芹,等.水生植物-菌藻-生物膜复合生态系统污染物去除特性[J].环境化学,2013,32(11):2193-2201.[26]董玉波,戴媛媛.亚硝酸盐氮对水产经济动物毒性影响的研究概况[J].水产养殖,2011,32(4):28-32.[27]陆锦天,林惠山.罗氏沼虾规模性育苗的水质标准及水质优化技术[J].水产科技情报,2001,28(4):157-160,162.[28]卜雪峰.贝藻处理海水养殖废水的应用研究[D].青岛:中国海洋大学,2004,1-70.[29]雷衍之.养殖水环境化学[M].2006,北京:中国农业出版社.[30]臧维玲,姚庆祯,戴习林.上海地区水产养殖和长江口与杭州湾水域环境的关系[J].上海水产大学学报,2003,12(3):219-226.[31]HartBT,DokWV,DjuangsihN.NutrientbudgetforSagulingReservoir,WestJava,Indonesia[J].WaterResearch,2002,36(8):2152-2160.[32]李烁寒.不同对虾养殖模式细菌数量动态与环境变化的比较[D].广州:暨南大学,2009.[33]李卓佳,李烁寒,杨莺莺,等.凡纳滨对虾高位池养殖水体细菌变动及其与理化因子的关系[J].南方水产,2010,6(4):6-12.[34]吴后波,潘金培.弧菌属细菌及其所致海水养殖动物疾病[J].中国水产科学,2001,8(1):89-93.[35]陈梅.弧菌(Vibrio)与渔业生物及与人类病害评述[J].海洋湖沼通报,1999(1):62-68.[36]NicolasJL,BasuyauxO,MazuriéJ,etal.Vibriocarchariae,apathogenoftheabaloneHaliotistuberculata.[J].DiseasesofAquaticOrganisms,2002,50:35-43.[37]王江勇,王瑞旋,刘广锋,等.杂色鲍幼苗大规模死亡与细菌数量的关系[J].南方水产,2005,1(1):57-61.[38]胡保同.池塘施肥混养多品种鱼的生态学基础[J].生态学杂志,1983,2(3):31-33.[39]贺锡勤,李钟杰,贾丽珠,等.放养密度对东湖网箱异育银鲫生长和饲料转化效率的影响[J].水生生物学报,1991,15(4):375-378.[40]李景贤,罗麟,杨慧霞.MBBR法工艺的应用现状及其研究进展[J].四川环境,2007,26(5):97-101.[41]王亚宜.浅议水体富营养化及污水生物脱氮除磷技术原理[J].世界科学,2012,(5):46-48.[42]刘鹰,高霄龙,邱天龙,等.一种适于鲍多层立体培育的封闭循环水养殖系统[P].山东:CN104855330A,2015-08-26.[43]EnyD,SetyonoD.STOCKINGDENSITYFORJUVENILETROPICALABALONE,HaliotisasininaREAREDINSTRUCTURESSUSPENDEDOFFSHORE[J].OseanologidanLimnologiDiIndonesia,2007,33(2):213-226.[44]闫修花,王桂珍,陈迪军,等.纳氏试剂比色法直接测定海水中的氨氮[J].中国环境监测,2003,19(6):8-10.[45]GB17378.4-2007.海洋监测规范第4部分:海水分析[S].北京:中国标准出版社,2008.60\n青岛理工大学工学硕士学位论文[46]杨素霞,黄琼军.紫外分光亮度法测定海水中硝酸盐氮[J].黑龙江环境通报,2006,30(4):35-36.[47]邢殿楼,霍堂斌,吴会民,等.总磷、总氮联合消化的测定方法[J].大连水产学院学报,2006,21(3):219-225.[48]沈加正,侯沙沙,刘鹰,等.海水化学需氧量烘箱加热测定方法的研究[J].海洋科学,2011,35(8):1-4.[49]王华,李勇,陈康,等.工厂化养殖半滑舌鳎生长、摄食和水质的变化特征及规律[J].水生态学杂志,2009,2(4):52-59.[50]BoydE.Guidelinesforaquacultureeffluentmanagementatthefarm-level[J].Aquaculture,2003,226:101-112.[51]薛飞,周维仁,徐为民.鱼类氮、磷营养与水体环境[J].河北渔业.2004,135(3):1-3.+-[52]钟硕良,陈月忠,林克冰,等.虾池底质中NH4-N、S2和异养细菌含量的变化及其相关性研究[J].台湾海峡,1997,16(4):449-454.[53]李锋,罗伟,黄良民,林强.线纹海马(Hippocampuserectus)不同养殖密度下水体理化因子和细菌数量的动态变化[J].广东农业科学,2015,2:114-120.[54]吕军仪,林强,邓钢,等.动物性饵料对养殖水体中菌数和理化因子的影响[J].中山大学学报(自然科学版),2007,46(2):59-62.[55]刘飞,胡光安,韩舞鹰.水力停留时间、水温与氨氮浓度对浸没式生物滤池氨氮去除速率的效应[J].淡水渔业,2004,34(1):3-5.[56]罗荣强.海水生物滤器硝化反应动力学模型研究[D].中国科学院研究生院（海洋研究所）,2012.[57]张兰河,左正艳,王旭明.固相反硝化系统中微生物群落结构的研究进展[J].生物技术通报,2015,01:39-45.[58]HynesRK,KnowlesR.ProductionofnitrousoxidebyNitrosomonaseuropaea:Effectsofacetylene,pHandoxygen[J].CanadianJournalofMicrobiology,1984,30(11):1397-1404.[59]李平,张山,刘德立.细菌好氧反硝化研究进展[J].微生物学杂志,2005,25(1):60-64.[60]张光亚,陈培钦.好氧反硝化菌的分离鉴定及特性研究[J].微生物学杂志,2005,25(6):23-26.[61]张寒冰,黄凤莲,周艳红,等.生物膜法处理养殖废水的研究[J].生态环境,2005,14(1):26-29.[62]ZhuS,ChenS.Anexperimentalstudyonnitrificationbiofilmperformancesusingaseriesreactorsystem.Aquacult.Eng.1999,20:245-259.[63]常亚青,王子臣.皱纹盘鲍的个体能量收支[J].应用生态学报,1998,9(5):64-69.[64]BayneBL,NewellRC.Physiologicalenergetiesofmarinemollusks[M].NewYork:AcademicPress.1983:407-515.[65]王玲,陈爱华,杨大佐,等.双齿围沙蚕昼夜代谢规律的初步研究[J].水产学报,2005,29(1):48-54.[66]任黎华,张继红,王文琪,等.饵料对不同规格皱纹盘鲍能量收支的影响[J].渔业科学进展,61\n青岛理工大学工学硕士学位论文2011,32(5):51-57.[67]毕远溥,蒋双,刘海映,等.温度、体重对皱纹盘鲍耗氧量和排氨量的影响[J].应用与环境生物学报,2000,6(5):444-446.[68]AhmedF,SegawaS,YokotaM,etal.EffectoflightonoxygenconsumptionandammoniaexcretioninHaliotisdiscusdiscus,H.gigantea,H.madakaandtheirhybrids[J].Aquaculture,2008,279:160-165.[69]刘建业,喻达辉,李金碧.盐度和pH对合浦珠母贝(Pinctadafucata)耗氧率和排氨率的影响[J].海洋与湖沼,2011,42(4):603-607.[70]王俊,姜祖辉,唐启升.栉孔扇贝耗氧率和排氨率的研究[J].应用生态学报,2002,13(9):1157-1160.[71]栗志民,刘志刚,谢丽,等.体重和温度对马氏珠母贝耗氧率和排氨率的影响[J].广东海洋大学学报,2009,29(6):23-27.[72]AhmedF,SegawaS,YokotaM,etal.EffectoflightonoxygenconsumptionandammoniaexcretioninHaliotisdiscusdiscus,H.gigantea,H.madakaandtheirhybrids[J].Aquaculture,2008,279:160-165.[73]姜祖辉,王俊,唐启升.菲律宾蛤仔生理生态学研究Ⅰ.温度、体重及摄食状态对耗氧率及排氨率的影响[J].海洋水产研究,1999,20(1):40-44.[74]GaoXL,ZhangM,TianHQ,etal.EffectofLEDlightqualityonrespiratorymetabolismandactivitiesofrelatedenzymesofHaliotisdiscushannai[J].Aquaculture,2016,452:52-61.[75]ColtJE,ArmstrongDA.Nitrogentoxicitytocrustaceans,fishandmolluscs[C]//AllenJL,KinneyEC.ProceedingsoftheBio-EngineeringSymposiumforFishCulture.Bethesda,Maryland:FishCultureSection,AmericanFisheriesSociety,NortheastSocietyofConservationEngineers:34-47.[76]阮景荣.三种鱼的磷排泄及其在微型生态系统磷再循环中的作用[J].水生生物学报,2005,29(1):55-60.[77]宋金明.中国近海沉积物-海水界面化学[M].北京:海洋出版社,1997.[78]肖小丽,蔡俊鹏.蛭弧菌在九孔鲍育苗生产中的应用[J].广东农业科学,2011,22:135-137.[79]BoydCE,MassautL.Risksassociatedwiththeuseofchemicalsinpondaquaculture[J].AquaculturalEngineering,1999,20(2):113-132.[80]姜海峰.皱纹盘鲍肠道益生菌的筛选与应用研究[D].西北农林科技大学,2012.[81]DecampO,MoriartyDJW,LavensP.Probioticsforshrimplarviculture:reviewoffielddatafromAsiaandLatinAmerica[J].AquacultureResearch,2008,39(4):334-338.[82]王彦波,查龙应,许梓荣.微生态制剂改善对虾养殖池塘底质的效果[J].应用生态学报,2006,17(9):1765-1767.[83]ZhangXL,LiuX,RaoZC.Themixedcultureandabilityofcellulolyticmicrobes[J].JournalofNanchangUniversity:NaturalScience,2005,29(5):500-502.62\n青岛理工大学工学硕士学位论文[84]张庆,李卓佳,陈康德.复合微生物对养殖水体生态因子的影响[J].上海水产大学学报,1999,8(1):43-47.[85]吕军仪,孙燕燕,李秉记,等.有益微生物在大海马健康养殖中的应用研究[J].中国水产科学,2003,10(1):46-50.63\n青岛理工大学工学硕士学位论文攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作攻读硕士期间论文发表情况*张延青，李文亚，高霄龙，徐建平，李贤，刘鹰.皱纹盘鲍排氨率变化特征及代谢产物对水质的影响研究.海洋科学攻读硕士期间参与科研工作情况1、参与了中国科学院海洋研究所刘鹰研究员主持的中国科学院交叉创新团队项目，论文研究受到自然科学基金（No.41306152、31472312、31402283）、国家贝类产业技术体系项目（CARS-48）、农业部海洋渔业可持续发展重点实验室开放课题（2013-SDMFMA-KF-1）、江苏省重点研发计划（BE2015325）的共同资助。2、攻读硕士期间在中国科学院海洋研究所进行交流学习。64\n青岛理工大学工学硕士学位论文致谢时光荏苒，岁月如梭，转眼间又迎来了一年一度的毕业季。两年半的研究生生活虽己接近尾声，但其间的种种经历恍如昨日，让人记忆犹新。回首过往的天真、扶思逝去的韶华，这其间包含有太多的感动和谢意，借此机会，对在我人生道路上予以指引、鼓励与支持的老师和同学们致以真诚的感谢！也正是有了他们，这篇硕士论文才得以完成。首先衷心感谢我的导师张延青教授以及中国科学院海洋研究所刘鹰研究员，张老师您严谨的治学理念、求实的科研精神、渊博的知识以及忘我的工作热情都给我留下了极其深刻的印象，让我受益匪浅，终身难忘。在科研与生活上您给予我的无私帮助，感激之情，溢于言表。感谢刘老师对我的关怀与培养，不仅在实验方案的制定、论文的选题、研究内容的确定上给予我指导和帮助，您孜孜不倦的敬业精神、宽厚待人的品德以及严谨的科研态度也深深影响了我，您在我读研期间对我人生道路的指引将是我人生最宝贵的财富。感谢中国科学院海洋研究所提供的良好的学习、科研和生活环境，感谢研究所水产设施养殖与装备工程团队李贤博士和高霄龙博士在实验过程中悉心的指导和帮助，是你们及时纠正我实验中的不足并提出宝贵意见使实验得以顺利进行，同时还要感谢王朝夕老师、杜以帅博士、孙国祥博士、邱天龙博士、史策博士、田会芹师姐、王纯师兄、刘鹏飞师兄、李甍师兄、纪利芹师姐、马晓娜师姐，同门孟令杰和赵越师妹，你们无微不至的关怀让我在海洋所感受到家的温暖。感谢实验室陈雅师姐、彭翠师姐、王兴国师兄、同门单胤玮，徐建平师弟、李雪晴、李雪莹、秦菲师妹，感谢你们在我读研期间给予我的帮助与关心，正是有了你们的陪伴让我度过了愉快的硕士学习生涯中，给我留下一段美好而又难忘的时光。感谢我的家人的理解，你们的关心与鼓励是我不断前进的动力，你们的默默付出与支持才使我顺利完成学业。最后，衷心感谢论文评审和答辩专家对论文的指导和建议！65