凡纳滨对虾水处理技术及不同养殖模式效益的研究.pdf 86页

' 凡纳滨对虾水处理技术及不同养殖模式效益的研究摘要养虾先养水。开展养殖水质设施化净化技术研究对于改善养殖环境、提高养殖成功率至关重要。本文分别研究了沙滤池、泡沫分离器、生物处理器、臭氧发生器、紫外线等水体处理与净化设备对养殖池水内悬浮颗粒、可溶有机物及水体中营养盐的去除效率及效果，对水体理化指标如溶解氧、化学耗氧量、pH值、氨氮、亚硝酸氮等的改善作用，并在此基础上优化各水处理环节，以实现最优净水效果。对凡纳滨对虾（Litopenaeusvannamei）高位池与工厂化两种养殖模式下各水体处理与净化设备净水效果进行连续监测，养殖周期为91天，评估在不同养殖模式下，凡纳滨对虾的生长状况、养殖效果及经济效益。获得实验结果如下：1．沙滤池对于黄、副溶血弧菌和异养菌均有显著的净化效果（P<0.05），去除率分别为87.98%、92.30%和72.26%；对活性磷、总磷、总硬度、总铁和COD等胶体、金属离子以及有机物有明显的吸附、截留作用，去除率分别是28.85%、43.07%、5.06%、77.18%和41.89%；而对pH、盐度的影响不显著（P>0.05）。沙滤池连续运行50天时，过滤效果明显下降，且部分水质指标经沙滤处理后含量上升，因此需对其进行反冲洗，具体反冲洗频率还需进一步研究。2．在不同运行条件下，泡沫分离器对悬浮物SS、氨氮、亚硝酸氮以及COD各项指标的去除率的均值分别是48%、0.4%、4.4%和27.9%。构建去除率Y与水体初始浓度X1n、功率X2、水力停留时间X3、分离器高度X4的回归方程，SS去除率Y1=0.550+0.001X11+0.008X2+0.002X3-0.015X4；亚硝酸盐去除率Y3=0.144X13+0.008X2；COD去除率Y4=0.008X2+0.038X14+0.002X3-0.015X4。本研究所构建的回归方程模型经检验都具有一定的统计学意义，泡沫分离器的功率和水力停留时间与去除率均呈显著性正相关，而泡沫分离高度呈显著性负相关（P<0.05）。3．紫外线消毒与臭氧消毒处理均能明显去除水体中的弧菌和异养菌，但对pH、COD、氨氮及亚硝酸盐处理效果不明显。紫外线消毒处理组最优工艺为功率10w、处理时间为15min、水体大小为6L，此条件下，黄、副溶血弧菌、异养菌、COD的去除率分别为97.59%、100%、94.46%、0.65%。臭氧处理组中最优工艺为臭氧含量为0.3g/L、处理时间30min、水体大小4L，黄、副溶血弧菌、异养菌、COD的去除率分别为60.95%、60%、54%、0.41%。紫外线消毒处理效果优于臭氧消毒处理。4．工厂化养殖水处理系统在运行期间，系统出水氨氮、亚硝酸盐、化学需氧量、SS浓度分别为0.51±0.16mg/L、0.24±0.07mg/L、2.98±0.33mg/L、23.45±3.02I mg/L，显著低于养殖池中的浓度（P<0.05），去除率分别为70%、33.33%、49.91%、77.38%。5．经过91d养殖，工厂化养殖模式下凡纳滨对虾存活率为72%，单位产量27.4斤/m，饲料系数1.12，投入:产出为1:1.46；高位池养殖模式下对虾存活率256%、单位产量3.8斤/m，饲料系数1.42，投入:产出为1:1.47。关键字：水处理技术；工厂化养殖模式；高位池养殖模式；效益分析II StudyonWaterTreatmentTechniquesandBenefitsofDifferentCultureModesofLitopenaeusvannameiAbstractWatermustbecultivatedbeforeshrimpculture.Itisveryimportanttodeveloptheequipmentofpurificationtechnologyofaquiculture"swaterqualityinordertoimprovethecultureenvironmentandincreasethesuccessrateofaquaculture.Inthispaper,theremovalefficiencyandeffectofsuspendedparticles,solubleorganicmatterandnutrientsinthewaterofaquaculturepondswerestudiedbymeansofwatertreatmentandpurificationequipmentsuchassandfilter,foamseparator,biologicalprocessor,ozonegenerator,andultravioletlight.Theimprovementeffectofaboveequipmentonthephysicalandchemicalindexesofwaterbodysuchasdissolvedoxygen,chemicaloxygenconsumption,pHvalue,ammonianitrogen,nitritenitrogenandwerestudiedrespectively.Andonthisbasis,thewatertreatmentlinksareoptimizedtoachievetheoptimalwaterpurificationeffect.Thewaterpurificationeffectofvariouswatertreatmentsandpurificationequipmentiscontinuouslymonitoredinboththehigh-levelpondandfactoryculturemodesofLitopenaeusvannameii.Thecultureperiodwas91days,andthegrowthstatus,breedingeffectandeconomicbenefitofL.vannameiunderdifferentculturemodeswereevaluated..Theexperimentalresultsareasfollows:1.Thesandfilterhassignificantpurificationeffectsonyellowvibrioandgreenvibrioandheterotrophicbacteria(P<0.05),andtheremovalratesare87.98%,92.30%and72.26%,respectively.Andithassignificantadsorptionandretentioneffectsontheactivityofphosphorus,totalphosphorus,totalhardness,totalironandCODandothercolloids,metalionsandorganicsubstances,andtheremovalratesare28.85%,43.07%,5.06%,77.18%and41.89%,respectively,WhiletheeffectsonpHandsalinitywerenotsignificant(P>0.05).Aftercontinuousoperationfor50days,thefiltrationeffectofsandfilterdecreasedobviously,andthecontentofsomewaterqualityindexesincreasedafterthetreatmentofsandfiltration.Therefore,backwashingisrequired,andthespecificbackwashingfrequencyneedsfurtherstudy.2.Underdifferentoperatingconditions,theaverageremovalratesofSS,ammonianitrogen,nitritenitrogen,andCODbythefoamseparatorwere48%,0.4%,4.4%,and27.9%,respectively.ConstructtheregressionequationfortheremovalrateYandinitialwaterconcentrationX1n,powerX2,hydraulicretentiontimeX3,separatorheightX4.SSremovalrateY1=0.550+0.001X11+0.008X2+0.002X3-0.015X4;nitriteremovalrateY3=0.144X13+0.008X2;CODremovalrateY4=0.008X2+0.038X14+0.002X3-0.015X4.Theregressionequationmodelconstructedinthisstudyhasacertainstatisticalsignificance.Thepowerandhydraulicretentiontimeofthefoamseparatorarepositivelycorrelatedwiththeremovalrate,whilethefoamseparationheighthasasignificantlynegativelycorrelated(P<0.05).3.BothUVandozonedisinfectioncansignificantlyremoveVibrioandIII heterotrophicbacteriainwater,buttheeffectsonpHvalueCOD,ammonianitrogenandnitriteisnotobvious.TheoptimalprocessofUVdisinfectiontreatmentgroupwaspower10w,treatmenttimewas15min,andwaterbodysizewas6L.Undertherecondition,theremovalratesofyellowvibrio,greenvibrio,heterotrophicbacteria,andCODwere97.59%,100%,94.46%and0.65%,respectively.Theoptimumprocessintheozonetreatmentgroupwereozoneconcentrationwas0.3g/L,treatmenttimewas30min,waterbodysizewas4L,andtheremovalratesofyellowvibrio,greenvibrio,heterotrophicbacteria,andCODwere60.95%,60%,54%and0.41%,respectively.UVdisinfectiontreatmentisbetterthanozonedisinfection.4.Duringtheoperationofindustrializedaquaculturewatertreatmentsystem,theammonia,nitrite,chemicaloxygendemand,andSSconcentrationofthesystem"seffluentwere0.51±0.16mg/L,0.24±0.07mg/L,2.98±0.33mg/Land23.45±3.02mg/Lrespectively,significantlylowerthanthatinthecultureponds(P<0.05)whoseremovalrateswere70%,33.33%,49.91%,and77.38%,respectively.5.After91dbreedinginthemodeoffactoryculture,thesurvivalrateof2Litopenaeusvannameiwas72%;theunityieldwas7.4kg/m,thefeedcoefficientwas1.12;andtheratioofyieldtooutputwas1:1.46.Andinthemodeofhigh-level2pond,thesurvivalrateofshrimpwas56%;theunityieldis3.8kg/m;thefeedcoefficientwas1.42;theratioofyieldtooutputwas1:1.47.KeyWords:watertreatmenttechnology;factoryculturemode;high-levelpondculture;benefitanalysisIV 目录摘要................................................................................................................................IAbstract.......................................................................................................................Ⅳ1综述...........................................................................................................................11.1国内外水产动物养殖模式发展概况..............................................................11.1.1高位池养殖模式....................................................................................11.1.2工厂化养殖模式....................................................................................11.2常见养殖水质指标研究概况..........................................................................21.2.1水温........................................................................................................21.2.2盐度........................................................................................................31.2.3溶解氧....................................................................................................31.2.4pH值.......................................................................................................31.2.5总氨氮....................................................................................................41.2.6亚硝酸氮和硝氮....................................................................................41.2.7化学需氧量............................................................................................51.3养殖水的处理技术..........................................................................................51.3.1沙滤池....................................................................................................51.3.2泡沫分离器............................................................................................51.3.3生物滤器................................................................................................61.3.4臭氧与紫外线........................................................................................61.4不同养殖模式下养殖效益分析......................................................................71.5研究内容、目的及意义..................................................................................81.5.1研究内容................................................................................................81.5.2研究的目的与意义................................................................................82沙滤池对养殖海水水质理化指标的影响...............................................................92.1引言..................................................................................................................92.2材料与方法......................................................................................................92.2.1试验时间与地点....................................................................................92.2.2实验设计及数据监测分析..................................................................102.3结果与分析....................................................................................................102.3.1沙滤池处理养殖海水水质因子的描述性统计..................................102.3.2沙滤池对养殖海水水质理化指标的去除影响...................................112.4讨论................................................................................................................132.4.1沙滤池处理对钙镁离子及总硬度的影响..........................................132.4.2沙滤池处理对pH、盐度及总碱度的影响........................................132.4.3沙滤池处理对总磷和活性磷的影响..................................................142.4.4沙滤池处理对总铁的影响..................................................................142.4.5沙滤池处理对COD的影响...............................................................152.4.6沙滤池处理对弧菌及异养菌的影响..................................................152.5小结................................................................................................................163泡沫分离器净水效果与运行条件间关系模型的构建.........................................173.1引言................................................................................................................173.2材料与方法....................................................................................................17 3.2.1实验用水..............................................................................................173.2.2实验设计..............................................................................................183.2.3水质检测及数据分析方法..................................................................183.3结果与分析....................................................................................................183.3.1泡沫分离器运行各项因子的描述性统计...........................................183.3.2泡沫分离器运行各项因子的相关性分析..........................................193.3.3各水质指标去除影响与原始变量的多元线性回归分析..................193.4讨论................................................................................................................243.5小结................................................................................................................254臭氧紫外水处理技术效果分析.............................................................................264.1引言................................................................................................................264.2材料和方法....................................................................................................264.2.1实验材料与仪器...................................................................................264.2.2实验地点...............................................................................................264.2.3实验设计...............................................................................................264.2.4采样和处理...........................................................................................274.2.5测定指标和方法...................................................................................284.2.6数据统计和分析...................................................................................284.3结果................................................................................................................284.3.1紫外线处理对水质指标的影响...........................................................284.3.2臭氧处理对水质指标的影响...............................................................354.4讨论................................................................................................................424.4.1紫外线和臭氧处理后对pH的影响....................................................424.4.2紫外线和臭氧处理后对COD的影响................................................434.4.3紫外线和臭氧处理后对氨氮的影响...................................................434.4.4紫外线和臭氧处理后对亚硝酸盐的影响...........................................434.4.5紫外线和臭氧处理后对弧菌的影响...................................................444.4.6紫外线和臭氧处理后对总异养菌的影响...........................................444.5小结.................................................................................................................445凡纳滨对虾工厂化养殖模式水处理效果分析.....................................................455.1引言.................................................................................................................455.2材料与方法....................................................................................................455.2.1基本状况..............................................................................................455.2.2实验方法..............................................................................................465.3实验结果与分析............................................................................................465.3.1微滤机与泡沫分离器的水处理效果..................................................465.3.2生物滤器的水处理效果......................................................................475.4讨论................................................................................................................485.5小结.................................................................................................................496两种养殖模式下的水质理化指标比较及效益分析.............................................506.1引言.................................................................................................................506.2材料与方法....................................................................................................506.2.1实验时间与地点..................................................................................506.2.2养殖条件和采样养殖池.......................................................................51 6.2.3养殖环境监控指标及测定方法...........................................................516.3结果分析.........................................................................................................516.3.1工厂化养殖与高位池养殖水质理化指标的比较...............................516.3.2工厂化养殖与高位池养殖效益分析比较..........................................566.4讨论................................................................................................................576.4.1水质理化指标......................................................................................576.4.2养殖效益..............................................................................................596.5小结................................................................................................................597结论.........................................................................................................................61参考文献.....................................................................................................................62作者简介.....................................................................................................................71导师简介.....................................................................................................................72 广东海洋大学农业硕士学位论文1综述1.1国内外水产动物养殖模式发展概况改革开放后，随着渔业生产结构逐步优化，我国水产养殖业进入快速发展期。1988年，我国成为世界第一个水产养殖的产量超过捕捞产量的国家，养捕产量比为52:48。1900年，我国渔业总产量居于世界首位，成功挤身于世界水产养殖大国行列。为了提高水产动物养殖产量，适应市场需要，养殖模式由粗一的传统模式转变为传统池塘养殖、高位池养殖和工厂化养殖并存的局面。在我国当前的[1]养殖产业中，传统池塘养殖模式依然是水产养殖的主要模式。但传统养殖模式生产工艺相对落后，更新速度慢，需要通过消耗自然资源来维持产量。在传统养殖过程中，养殖污水的排放不仅造成了环境和水质的污染，也会对后续养殖的进行造成不良影响，难以做到可持续发展。因此，进一步加强对养殖模式的研究，改善我国养殖现状，是众多水产养殖从业者关注的热点。高位池养殖模式和工厂化养殖模式是近年来比较流行的两种养殖模式，具有养殖周期短、投入大、养殖密度大、产量高等特点，发展潜力大。1.1.1高位池养殖模式高位池（higher-placeponds）养殖是通过利用动力提水的方式将海水引进入虾池进行养殖，虾池一般建立在高潮线以上数米，配有过滤井和海水消毒净化处理系统，另带有增氧设施，塘中央底部设置排水系统，虾池任何时候都能排干水，。高位池一般为方形、圆形或者近方形，面积一般在1-3亩，池深2.5m～3.5m、养殖水深1.8m～3.0m，放养密度一般达到10-20万尾/亩。在进水渠的虾池进水口安装60目的过滤网，排水管埋在虾池底部，使池水在不需动力的条件下能够自然排出，加速了虾池的清淤、消毒以及暴晒，彻底改变了传统沿海滩涂对虾养[2]殖过程中因池底位置较低，排水不彻底的状态。高位池养殖模式自1994年开始在广东省投入使用后，该模式并在南方沿海省份得到迅速的发展和推广。在1994～2000年期间，高位池对虾养殖模式下，虾的总产量是传统对虾养殖模式产量的6～8倍，极大程度地加快了我国对虾养殖业从病害威胁中恢复和发展的步伐。何建国等在高位池养殖对虾技术研究中，阐述了高位池对虾养殖在防治白斑综合症病毒爆发流行的机理，进一步证实该养殖模式是对虾养殖的成功模式之[3]一。但在以高密度养殖来获得高产的同时，大量的残饵粪便所形成富营养化养殖废水，对养殖沿海区造成严重水体污染，故而在养殖废水的处理和回收利用方[4]面尚需进一步研究和改善。1.1.2工厂化养殖模式1 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究工厂化养殖模式是一种现代化的养殖模式，集土建工程、机械电子、仪表仪器、物理、化学、生物工程、自动控制等现代科技于一体，利用沉淀、过滤、泡沫分离、微生物处理等多种方法，在半封闭或全封闭条件下，对养殖生产全过程的水质因子、饲料投喂、废水排放、疾病预防、水体处理、循环使用等实行半自动或全自动化管理的一种养殖模式。该模式能高效去除养殖水体中的多种有害废物，不产生内外环境污染，同时，对养殖种类的生长过程进行全面自动监控，使其在高密度养殖条件下，能自始至终维持最佳的生长状态。工厂化养殖模式起源于20世纪60年代的欧美发达国家，如今美国、丹麦、[5]挪威、日本、德国等国家也对其进行了深入研究。它的技术开发主要是受到内陆海洋水族馆、自动化水族箱和流水高密度养殖等技术的启发。20世纪90年代，由于生物工程技术、机械化过滤、增氧、生物净化、消毒设施等技术装备的引进，工厂化养殖模式成为欧美发达国家水产养殖业的主流。到21世纪，自动化技术、纳米技术以及计算机技术的应用，是工厂化养殖模式越来越成熟，养殖用水利用[6-8]率提高到90%以上，基本达到“零排放”标准。相比于国外，我国的工厂化养殖起步较晚，在20世纪70年代从国外引进该模式后，才开始对其运用进行研究，在此之前我国尚未有真正意义上的工厂化养[9]殖。20世纪80年代末，我国从丹麦等西方国家引进了数十套设备，但由于没有掌握技术的真正核心，且与传统养殖相比成本较高，因此也未能得到真正的运[10]用与推广。后经过近十年的吸收和发展，在90年代初工厂化养殖正式进入产业化发展的阶段。目前我国对工厂化养殖的理论研究虽然越过了最艰难的时期，建立了相关的理论和技术体系，但在世界上依然没有非常突出的成果，之后还需要广泛吸收其他行业的研究成果，利用现代化技术实行联合攻关，形成科学合理[11]的管理体系，推动工厂化养殖的快速发展。1.2常见养殖水质指标研究概况养殖水体是水产动物的栖息地，水体的优劣情况直接决定养殖成功与否。“养虾先养水”是水产养殖业的共识，目前已有大量关于养殖水体水质指标的报道，主要包括温度、盐度、溶解氧、pH、氨氮、亚硝氮、硝氮、化学耗氧量及细菌[6,12-15]等水质指标。1.2.1水温水温是水产养殖中一项极为重要的环境因子，能直接或间接的影响水体环境[16,17]中的其他因子。池塘温度的变化会显著影响对虾的分布、生长和群落动态。例如，水温过高，水体中的pH和溶解氧含量会下降，而盐度和氨氮含量会上升，水质指标之间的平衡将受到破坏，从而引起疾病的暴发，甚至养殖物种的死亡2 广东海洋大学农业硕士学位论文[18][17]。温度在细菌的代谢活动方面也起到了重要作用，尤其在含氮物质的降解。不同养殖品种对水温的需求也是不同的，水温过高或过低都会影响其生长和代谢[18]活动，甚至会导致水生动植物的大量死亡；掌握不同养殖品种的耐受温度范围和最适生长温度，不仅对幼苗的放养和养殖具有重要的意义，对养殖品种的防[16]寒过冬也具有重要的意义。因此，准确掌握水温范围不仅为水质管理和渔业管理决策提供了基础依据，降低水产养殖风险，同时也确保了水产养殖业的健康和可持续发展。另外，能够准确预测半小时或更长时间的水温是集约化水产养殖[19]中的一个非常重要的技术。1.2.2盐度[20]盐度能够显著性地影响对虾的生理表现和生长状态。黄翔鹄等人的研究表明养殖环境中盐度为31时亚硝酸盐的安全浓度为8.9mg/L，盐度为17时亚硝酸盐的安全浓度为4.0mg/L，养殖水体中亚硝酸盐的毒性与盐度有密切关系，高[21]盐时的亚硝酸盐的安全浓度足足高出低盐的2倍多。王吉桥等认为在凡纳滨对虾（Litopenaeusvannamei）养殖中，养殖水体的盐度应控制在10～28之内，盐度差控制在3以内，最适盐度范围为10～20。最适盐度值随对虾生长不断升[22]高。不同养殖品种其适盐度范围也不同，中国对虾（Fenneropenaeuschinensis）和凡纳滨对虾（L.vannamei）适应盐度范围较广，尤其是凡纳滨对虾可在低盐度或淡水中生长。然而，暴雨或过量淡水、浮游生物优势种消失、水污染、蒸发量[23]大等易导致盐度大小发生变化，进而影响对虾的生长。因此在养殖过程中对养殖水体的盐度进行检测具有重要的意义。1.2.3溶解氧溶解氧（DissolvedOxygen,DO）常被认为是决定对虾养殖成功的重要因素，是水生生物赖以生存的最基本条件之一。Cheng等认为DO<2.8ppm不利于对虾[24]的生长，DO>5.0ppm可以用于集约化养殖。养殖密度大的养殖环境中，微生物增长速度快，微生物的生长会与养殖对象争夺水体的溶解氧以维持正常的代谢[25]活动，从而降低水体的溶解氧。对虾大部分时间生活在池塘的底层，由于有机体的呼吸、饲料残渣和粪便的分解，特别是在夜间，可能会出现对虾缺氧甚至威胁到生命。调节DO的方法有：配备增氧机、适时注入新水，必要时定期换水或排注、适量施肥、利用浮游植物光合作用增氧以及投放水质改良剂等。1.2.4pH值pH值表示水体的酸碱度，是衡量养殖水环境生态平衡的另一个重要指标，能综合反映水体的化学性质。pH与水体中其他因子有密不可分的关系，当水体中水生植物光合作用加强，水中DO升高，随之pH也会升高；但若pH值过高，[26]又会加剧水中的氨氮毒害作用。水体微生物在降解有机物的过程会消耗DO，3 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究释放CO2；浮游植物和高密度养殖的凡纳滨对虾的呼吸作用也会造成水体中的[27]CO2浓度迅速升高进而导致pH下降。然而低pH会增加铁离子、硫离子等物质的毒性。王吉桥等认为在养殖凡纳滨对虾（L.vannamei）时应将pH值控制在7.5～8.6之间。当pH值<7.5时，会影响甲壳动物的蜕皮，引起甲壳软化，这也是工厂化高密度养殖时，对虾生长缓慢、个体偏小、软壳病较多的原因之一[22]。养殖环境水体的pH值随着养殖时间的延长而不断下降，下降到某一值附近后趋于稳定，并且养殖密度越大，水体pH值就会下降越快；养殖密度与养殖水体污染程度的综合关联作用越大，pH趋于稳定时的值越小。1.2.5总氨氮在对虾养殖池塘中，氨是其排泄物的主要含氮产物，另外含氮有机物通过异[28]养细菌的氨化作用也能产生氨。虾池中的硝酸氮、亚硝酸氮和氨氮可以相互转化。总氨氮（TAN）是反映池塘水质好坏的重要指标，总氨氮包括离子态氮+（NH4-N）和非离子态氮（NH3-N）。孙国铭等提出氨氮中有毒害作用的主要是非离子氨氮NH3-N，是一种有害因子，属非极性化合物，随养殖水体pH值和水[29]温的升高而增大。由于它有相当高的脂溶性，易穿过细胞膜，在细胞含量高时能产生严重的毒害作用，故称其为毒氨。它能降低对虾的能量代谢活动，损害[30,31][32]其鳃、肝、肾、脾和甲状腺组织，严重时可导致死亡。姜令绪等研究发现当氨氮的剧烈变化时，凡纳滨对虾（L.vannamei）免疫力明显下降，对病原菌的易感性提高，因此提出养殖水体中氨氮变化幅度不应超过0.5mg/L，或长时间维持在较高氨氮水平(>0.5mg/L)。并提出体长为5cm左右凡纳滨对虾（L.vannamei）[33]养殖水体中总氨氮安全浓度为2.667mg/L，非离子氨氮安全浓度为0.021mg/L。1.2.6亚硝酸氮和硝氮亚硝酸氮是对虾养殖水体环境中的三态氮中不稳定的中间形式。当溶氧充足，亚硝酸氮在硝化细菌的作用下发生氧化反应被转化为无毒的硝酸态氮；而溶氧不充足时，硝酸氮被反硝化细菌还原为亚硝酸氮。养殖水体中亚硝酸氮的含量还与氨的硝化作用有关，氨在亚硝化细菌的作用下形成的亚硝酸氮，继而在硝化细菌作用下被氧化成硝酸氮，而对这两种细菌具有不同影响的各种因素都可能导致亚硝酸氮的积累。目前已有不少文章报道是关于各种养殖水环境中的亚硝酸氮和硝酸氮含量和变动，而对虾养殖中其安全浓度的报道较少，并且还因为对虾养殖品种、个体大小以及水环境因子间的差异造成不同报道间的结果差异较大。李[16][29]生报道亚硝酸氮的安全浓度为0.1mg/L，孙国铭等报道为5.551mg/L。1.2.7化学需氧量化学需氧量（COD）作为衡量有机物相对含量的综合指标之一，能反映水体还原性物质污染的程度。COD值越高，表示水中有机污染物污染程度越重。4 广东海洋大学农业硕士学位论文陈四清等研究表明正常养殖过程中，合理投喂水平及配合饲料投入量可使养殖水[34]体COD的水平升高0.056mg/L；韦蔓新等认为大风天气会使养殖水体中COD[35]发生巨大的波动并显著提高；甘居利等认为养殖水体COD的变化受养殖环境[36]中优势微生物种类不同的影响。在养殖后期，不仅是养殖水体内的化学需氧量高，其营养盐的含量也非常高，水体中的无机氮（TIN）及无机磷（SRP）可-1-1[37]以达到14.28mol·L和1.61mol·L。1.3养殖水的处理技术随着工业、农业及生活污水的排放，养殖水体环境也不断恶化，因水质污染而引发的水产品死亡、减产及卫生安全质量严重下降等问题也随之发生，这影响了水产业的进一步发展。因此如何对养殖用水进行有效的处理、改善和净化，是发展绿色健康养殖、节水渔业面临的一个十分重要的问题，尤其是在水资源严重不足的今天，这个问题就显得更为重要。而水处理设备和技术在解决这个问题方[38]面，可以发挥十分重要的作用。1.3.1沙滤池目前，沙滤池与沙滤罐在工厂化养殖中应用十分广泛。姚雪梅等（2006）用[39]不同方法处理海水，沙滤能有效的切断病毒水平传播。在养殖用水中，沙滤池的运用往往被认为滤料颗粒越细越好，其实并不然。这主要是因为不同固定滤料的质量密度、固定机械强度和化学成分不同。沙滤层一般由0.7米厚0.6~1.18mm细沙、0.1米厚1.18~2.8mm粗沙、0.1米厚2.36~4.75mm细砾石和0.15米厚6.7~13.2mm粗砾石组成。对于需要较细沙的应用，上层改为0.7米厚0.5~1.0mm细沙，0.1米厚1.0~2.0mm粗沙，砾石层保持不变。在估算沙层深度时，一些人采用的规则是沙层深度应该是有效粒径（有效粒径定义为10%沙粒通过的孔径尺寸）的1000倍。何建国等人在对不同粒径与沙层厚度对浮游生物过滤效果的研究中表明，在当前对虾养殖模式中，由1m厚细沙、0.5m厚粗沙组成的沙滤系统其过滤效果最好，不仅能减少水体中悬浮物SS的含量，也能减少一些病原菌及携带病[40]毒的生物。1.3.2泡沫分离器泡沫分离器又称为蛋白质分离器，是气浮处理技术的代表设备。泡沫分离器通常由反应罐体和内循环泵等构成。泡沫分离器不但能将蛋白质等有机物分离出来，减轻后续生化过滤器等工艺流程的工作负担，而且可在提高溶氧浓度的同时，排出CO2。在循环养殖模式中，泡沫分离器的主要作用是去除养水体中的小颗粒物质、净化水质。其工作原理是泡沫分离器内循环泵配合射流器制造大量气泡泡沫，通过泡沫表面张力和黏度吸附水里的纤维素、蛋白质和食物残渣等小颗粒[41]物，以达到净化水质的结果。5 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究经过装置化的泡沫分离器其处理功效相对较好，但因其单位时间内的处理水体有限，对于大型工厂化循环养殖车间，可能会出现处理能力不足的状况，则可采取工业废水气浮处理模式，即用气液混合泵（曝气机）在水底打出微气泡，通过气泡的扩散盘将水中的蛋白质等物质收集于表层气泡中，再通过表层的泡沫收[42]集并排出系统外。此种装置不受水体大小规模限制，处理效果也较好，可应用在大水体的工厂化车间。1.3.3生物滤器生物滤器是基于生化净水技术的原理发展演化而成的工艺技术，将此技术模块化，装配于循环养殖系统。生物滤器一般为水箱、水池或罐体的形式，内部填充滤料以之作为细菌附着生长的场所。滤料的选择会影响到生物滤器的处理效能以及运行模式，如固定床式的毛刷滤料和移动床式的生化球。生物滤器也配备有布气装置，一方面在生物滤器的运行处理期间为载体上的生物膜提供足够的气体，另一方面可以带动生物滤器内部的污水流动，使污水与滤料上的生物膜充分接触，而移动床漂流式的滤料还能随水流搅动，提高微生物代谢和污水净化的效果。这些工艺中的微生物大多源于自然或者人工环境中的混合菌群，经驯化后对[43,44]养殖废水进行处理。陆斌等用软性填料床缺氧-好氧生物脱氮工艺净化处理罗氏沼虾（Macrobrachiumrosenbergii）亲虾池和育苗池排污水后，出水的各项指标均能达到安全范围[45]。罗国芝等研究了盐度为35的海水闭合系统生物滤器稳定成熟过程中，分析了生物膜、生物相的构建以及系统中三态氮等水质指标[46]的变化情况等。宋协法等对封闭循环水产养殖系统中，生物滤器所采用的软性填料、弹性填料、半软性填料3种生物滤料的特点进行了研究分析，对填装这[47]3种填料的生物滤器处理海水养殖污水中氨氮的能力进行了比较。1.3.4臭氧与紫外线臭氧是一种不稳定且具有刺激性特殊气味的气体。臭氧在含有杂质的水溶液中会迅速被分解为氧气，其在自来水中的半衰期约为20min(20℃)，分解产物为[48]氧气，不存在二次污染。臭氧的氧化能力极强，其氧化还原电位仅次于F2。HongdeZhou等表明臭氧不仅能消毒杀菌，还可以降低水体的悬浮固体、生化需[49]氧量(BOD)和COD，提高水体的透明度，并且能有效去除水中异味、臭味等。以上这些特性使得臭氧广泛应用于工厂化水养殖以及其他污水处理工程当中。有研究显示装配有臭氧仪的室内凡纳滨对虾的工厂化养殖场，臭氧杀菌效果显著，[50]可灭菌99%的细菌，处理后弧菌量低至1cfu/mL。另外有研究显示使用臭氧杀菌技术配合多种光合细菌处理虹鳟（Oncorhynchusmykiss）高密度养殖的水体，[51]可以有效地防止烂鳃病和水霉病的发生。使用臭氧技术需要合理控制使用剂量，Schroder等研究发现，适量的臭氧能够有效的去除水中的亚硝酸盐，并能降6 广东海洋大学农业硕士学位论文低水色，配合蛋白质分离器的使用还能够有效抑制细菌的繁殖；但臭氧剂量过高[52]会产生高致毒物质，对养殖对象造成危害。紫外线消毒处理是工厂化养殖系统中重要组成部分之一，主要用于品种繁育、养殖和水产品净化等生产过程中的水体杀菌处理。紫外线杀菌方法与传统杀菌方法相比，具有不需要投加化学药剂、不会产生有毒有害副产物、且杀菌效率[49]高、操作简单、便于运行管理等特点。郑荣进等研究表明影响紫外线杀菌效果的因素有紫外输入功率、水体的透射率以及水流速；且这些因素与紫外线的灭[53]菌效果呈正相关关系。综上所述，一个合理完善的水处理系统是物理、化学、生物方法共同作用的结果。由于海水养殖废水污染物具有多样性、高盐度、高营养等特性，决定了其处理工艺的复杂性。因此，在对海水工厂化养殖废水处理工艺进行设计时，应本着高效、经济的原则，针对处理后的水质要求，有依据的对物理、化学和生化处[53]理技术进行组合。1.4不同养殖模式下养殖效益分析经济效益最大化是水产养殖的最终目标。经济效益的形成是投入生产过程的各种生产要素配置、组合和相互作用的结果，经济效益的评价需对投入与产出做[54]出确定性和直观性的对比和分析。舒廷飞等以经济学产生理论为基拙，归纳了常见的水产养殖成本效益分析方法，包括经济成本效益分析法和生产函数分析法等，这类方法的特点是结合水产养殖生产技术自身的恃点，在一定的技术水平和生产条件下，从经济效益角度分析如何利用技术成果使其效果最佳。在管理得当的情况下，不同养殖模式均可获得较好的经济效益，但投入产出存在差异。康[55]保超等比较分析了凡纳滨对虾（L.vannamei）在高位池和土池两种养殖模式下的经济效益及造成效益差异的主要原因，结果表明高位池养殖模式在产量、产值、净利润方面均高于土池，并提出提高成本利用效率是进一步提高高位池经济效益[56]的重要措施。闵云艺对江汉地区虾蟹主要养殖模式的经济效益进行了比较，统计结果表明克氏原螯虾（ProcambarusclarkiiGirard）池塘养殖模式亩均的综[57]合效益高于稻田养殖模式，其中虾稻共作平均纯利润又高于稻虾连作。黄敏等研究发现架设水蕹菜浮床池塘中凡纳滨对虾（L.vannamei）的生长状况、养殖产[58]量、经济效益均显著高于常规养殖池塘。范武江等报道在日本沼虾（Macrobrachiumnipponensis）养殖池塘全池栽植水草，放苗密度7万~8万尾/亩，再搭养适量鲢鳙鱼、团头鲂和罗非鱼，可获得最佳养殖效益。凡纳滨对虾（L.vannamei）在不同养殖模式下其生长、病害发生与水质状况方面存在差异。杭小[59]英等调查发现相同养殖密度条件下，大棚养殖较池塘养殖产量高，鱼虾混养比单一养殖模式发病率低。综上可知，准确评估不同养殖模式下的经济效益，对7 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究合理选择养殖模式具有重要指导意义。1.5研究内容、目的及意义1.5.1研究内容（1）沙滤池对养殖海水水质处理指标的影响；（2）泡沫分离器净水效果与运行条件间关系模型的构建；（3）臭氧紫外水处理技术效果分析；（4）凡纳滨对虾工厂化养殖模式水处理效果分析；（5）不同养殖模式的凡纳滨对虾水质理化指标的比较及效益分析。1.5.2研究的目的与意义本文通过研究沙滤罐、泡沫分离器、臭氧发生器、紫外线等物理、化学、生物净化设施对精养池塘水内悬浮颗粒、可溶有机物、超细有机物颗粒及水体中营养盐的去除效率及效果，对水体理化指标如溶解氧、化学耗氧量、pH值、氨氮、亚销酸氮等的改善作用，以优化泡沫分离器、臭氧紫外线照射装置等设施的净化效果，并达到合理配伍，实现水体修复、养殖尾水净化和循环利用；探究主要养殖模式和管理方法，综合评估高位池和工厂化两种养殖模式的经济效益，对养殖户合理选择养殖模式、科学化养殖、提高经济效益具有重要指导意义。8 广东海洋大学农业硕士学位论文2沙滤池对养殖海水水质理化指标的影响2.1引言沙滤池在生产上常作为净水设备的预处理，在养殖生产中应用更是为十分普遍，其主要通过重力压力对泥沙、胶体、金属离子以及有机物进行截留、吸附，对水体中游离病毒和细菌过滤均有一定的去除作用。沙滤池在运行工作时涉及到两个过程：一个是水体中的悬浮固体颗粒向滤料颗粒表面进行输送的过程，另一个是靠近滤料颗粒表面的悬浮固体颗粒由于某些力的作用而发生粘附的过程[60]。在养殖过程中，沙滤池的使用往往被认为滤料的颗粒越细越好，其实并不然。沙滤池中使用分级沙(细至粗或非均质)或粗单级沙(均匀或均质)。没有哪种单一的介质规格(大小和深度)可以普遍适用于所有水域，沙滤池的选择取决于水质和上游工艺、过滤水质目标、清洗方法、过滤速度和过滤运行长度。[60]周阳等人在沙滤罐处理工厂化养鱼循环水效果研究中表明，沙滤罐能有效的去除水体中颗粒悬浮物，在长期使用后再经过反冲洗，能够再生使用。Goren[61]等人研究表明沙滤池三级处理常涉及一系列混凝/絮凝和超滤，它们共同构成了快速沙滤应用的可靠替代方案。尽管在膜技术的应用方面取得了重大进展，但快速沙滤是一种古老的、众所周知的、可靠的水处理工艺，现在仍然适用。就经济效益而言，快速沙滤仍然是满足二级废水再利用标准的最廉价和最可靠的应用。本文的研究目的是通过长期对沙滤池处理水体前后水质指标进行检测，旨在探讨沙滤对养殖海水的净化作用以及规律，为沙滤池的更换与反冲洗时间的选择提供参考。2.2材料与方法2.2.1试验时间与地点本实验于2016年4月-2017年4月在湛江市国联水产股份有限公司南三基地进行。沙滤池水源主要来自于近海水域。经过沙滤池处理后的水再进行下一步的处理以及应用。实验所用的沙滤池结构示意图如图1所示。沙滤池规格4×6米，三级都是这个规格，沙厚度1.2米，三级分别是粗沙、中沙、细沙，处理情况60方/小时、40方/小时、30方/小时。沙滤池运行过程的流程为：首先，用水泵将待处理的水从进水口1中送到沙滤池内，分别通过细沙层、粗沙层以及砾石层，最后进人贮水层并从出水口2中流出，进入下一环处理。9 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究1进水口2出水口图2-1沙滤池结构示意图Fig.2-1structurediagramofsandfilte2.2.2实验设计及数据监测分析本研究每10天采取1次水样，检测沙滤池过滤前后水样中pH、盐度、总碱度、活性磷、总磷、钙离子、镁离子、总硬度、总铁、化学需氧量COD、副溶血弧菌、霍乱弧菌、异养菌等13个指标的变化。试验共进行了280天，旨在探讨沙滤对养殖海水的净化作用。pH使用YSI多参数水质测量仪测定、盐度使用盐度计测定、pH法测定总碱度、钼蓝法测定活性磷、硫酸消化法测定总磷、EDTA络合滴定法测定钙、镁及总硬度、邻菲啰啉法测定、碱性高锰酸钾法测定化学需氧量、平板计数法测定弧菌。养殖海水各项水质指标去除率计算公式如下：（进水浓度−出水浓度）去除率=×100%（2-1）进水浓度数据的统计分析与制图处理采用Excel2007。2.3结果与分析2.3.1沙滤池处理养殖海水水质因子的描述性统计表2-1是沙滤池处理前后13水质指标28组检测数据的描述性统计结果。由表2-1可知各个水质因子经过沙滤池处理前后的变化范围，其变化规律则在后续图表中具体阐述。10 广东海洋大学农业硕士学位论文表2-1水质因子描述性统计结果Table2-1Descriptiveresultsofwaterqualityfactors水质因子最小值最大值均值去除率（%）标准差qualityminimunmaximunmeanSD进水口出水口进水口出水口进水口出水口removalrate进水口出水口2+-1Ga（mg.L）173.68168.34320.64316.51272.32272.2280.03334.5143.652+-1Mg（mg.L）624.22536.271292.201252.52996.55987.260.932148.79153.93-1总硬度（mg.L）1682.40248.623402.2032.15.252694.922558.355.067391.92603.99-1盐度（mg.L）16.515333327.5727.271.0883.473.90-1pH值（mg.L）8.007.908.408.408.188.110.8560.110.14-1总碱度（mg.L）201.60201.60278.84268.80244.09239.132.03219.3419.16-1总磷（mg.L）0.3800.0303.1300.5090.2740.15643.0660.5680.107-1活性磷（mg.L）0.0020.0030.2190.2240.0520.03728.8460.5600.044-1总铁（mg.L）0.0120.0050.1450.1270.1490.03477.1810.1640.035-1COD（mg.L）1.201.1210.404.843.391.9741.8882.000.70霍乱弧菌（cfu.501560760365.3643.8987.987466.96148.33-1ml）副溶血弧菌（cfu.002270270248.5719.1492.300483.1468.11-1ml）-1异养菌（cfu.ml）5001023021501497.86415.5472.2582235.97492.502.3.2沙滤池对养殖海水水质理化指标的去除影响（1）沙滤池对养殖海水钙、镁离子以及总硬度的去除影响沙滤池对养殖海水钙、镁离子以及总硬度的去除影响由图2-2所示。经沙滤池处理后，海水钙镁离子的变化趋势和总硬度的相似。由图可知，沙滤池对养殖海水的钙、镁离子以及总硬度有明显的吸附、截留作用。但在第5、11、17、21次取样时，出现明显的下降峰值，且去除率为负数。30）%10钙离子镁离子-1012345678910111213141516171819202122232425262728去除率（总硬度-30第几次采样图2-2沙滤池对养殖海水钙、镁离子及总硬度去除影响Fig.2-2Removaleffectofsandfilteroncalcium,magnesiumionsandtotalhardnessinculturedseawater11 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究（2）沙滤池对养殖海水盐度、pH及总碱度的去除影响由图2-3可知，在试验期间，沙滤池对养殖海水的盐度和pH值影响不明显，对总碱度有一定的去除作用。总碱度去除率变化范围不大，但在第9、19和26次取样中，其去除率都出现了明显的峰值。30）%20盐度10pH0去除率（12345678910111213141516171819202122232425262728总碱度第几次采样图2-3沙滤池对养殖海水盐度、pH及总碱度的去除影响Fig.2-3Removaleffectofsandfilteronsalinity,pHandtotalalkalinityinculturedseawater（3）沙滤池对养殖海水活性磷与总磷的去除影响由图2-4可知，经过沙滤池处理后，总磷与活性磷的去除率基本为正数，说明了其对总磷和活性磷有一定的去除沉降作用；但也有经过沙滤池处理后，总磷与活性磷的去除率为负数，分别出现在第5、6、9和第21次取样时。7050）30%10总磷-10活性磷去除率（12345678910111213141516171819202122232425262728-30-50第几次采样图2-4沙滤池对养殖海水活性磷与总磷的去除影响Fig.2-4Removaleffectofsandfilteronactivephosphorusandtotalphosphorusinculturedseawater（4）沙滤池对养殖海水总铁的去除影响由图2-5可知，经过沙滤池处理后，养殖海水中的总铁含量明显下降，其变化波动范围比较大，在第6-10次以及第21和第25次采样时间，总铁的去除率明显低低于其他采样时期。12 广东海洋大学农业硕士学位论文100）%500总铁12345678910111213141516171819202122232425262728去除率（第几次采样图2-5沙滤池对养殖海水总铁的去除影响Fig.2-5Removaleffectofsandfilterontotalironinculturedseawater（5）沙滤池对养殖海水COD的去除影响由图2-6可知，经过沙滤池处理后，养殖海水的COD明显下降，前期采样中，COD的去除率波动较大，在第5、21次采样期间达到一个较低的值，在后期采样中，COD去除率波动较小。80）%604020COD去除率（012345678910111213141516171819202122232425262728第几次采样图2-6沙滤池对养殖海水COD的去除影响Fig.2-6RemovaleffectofsandfilteronCODinculturedseawater（6）沙滤池对养殖海水弧菌和异养菌的去除影响由图2-7可知，经过沙滤池处理后，养殖海水的微生物如黄副溶血弧菌、总异养菌能显著减少。在试验期间，沙滤池对副溶血弧菌的去除效果最明显且最稳定，霍乱弧菌次之，异养菌去除效果波动最大。在采样的第15、25采样时，异养菌的去除率几乎为0，甚至达到负数；在采样的25次中，霍乱弧菌的去除率接近0。90）%霍乱弧菌40副溶血弧菌去除率（-10异养菌12345678910111213141516171819202122232425262728第几次采样图2-7沙滤池对养殖海水弧菌和异养菌的去除影响Fig.2-7Removaleffectofsandfilteronvibrioandheterotrophicbacteriainculturedseawater13 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究2.4讨论2.4.1沙滤池处理对钙镁离子及总硬度的影响总硬度能影响虾的健康状况，在水体中的主要表征为钙、镁等阳离子的总和。在天然的水体中如没有人为的干扰，总硬度一般都维持在正常的范围内，但是在养殖水体中变化较为明显。总硬度长时期过低，对虾则容易被软壳病，细菌、病毒等病原体入侵。总硬度长期维持在较高水平，虾脱壳困难。对于对虾养殖来说，总硬度一般保持在80-120（德国度）比较适宜。本实验中，沙滤池对钙镁离子及总硬度具有明显的吸附、截留作用，这可能是与沙滤池在处理过程中积累的重金属与养殖海水中的钙镁离子发生反应产生拮抗作用有关，因此这导致经过沙滤池[62]后养殖用水中的钙镁离子及总硬度含量减低。张志国等人研究表明当水体的硬度较高时，水体中的钙镁离子会与重金属发生拮抗作用，进而减少水生生物对重金属的吸收，减低重金属对水生生物的毒性。2.4.2沙滤池处理对pH、盐度及总碱度的影响2-总碱度是水体中碳酸根CO3和碳酸氢根HCO3的总和，对水体具有缓冲作-用，可以减小pH值的波动。天然海水中总碱度一般较高的，含有充足的HCO32-和CO3，但由于水质被污染及盐度低等原因，水体的总碱度在部分区域偏低。在养殖过程中，总碱度的降低的主要原因是由于碳酸根和碳酸氢根被消耗。在酸性底质的池塘通常会消耗大量的碳酸根和碳酸氢根；甲壳动物在蜕壳后硬壳生长-2--2-过程中消耗HCO3和CO3；细菌在降解有机物时也需要消耗HCO3和CO3；藻类光合作用时需要利用二氧化碳，这同时也降低了总碱度。低盐度的水体由于-2-HCO3和CO3含量少导致总碱度普遍很低，并且这个过程持续进行，导致总碱[63]度越来越低，需要通过使用石灰调解来提高水体的总碱度。王爱军等通过Gran滴定法测量研究表明盐度和海水的总碱度呈正相关关系。本次研究中，经过沙滤池处理后，养殖海水的盐度和pH值没有明显的变化，但总碱度却有几个波动的峰值，从图2-3中可知沙滤池对总碱度有一定的截留作用，也就表明在沙滤池处理养殖用水过程中，水体的碳酸根和碳酸氢根被消耗，才导致总碱度的降低。证明了经过一段时间的工作，沙滤池表面会沉积一下细菌、重金属等。2.4.3沙滤池处理对总磷和活性磷的影响磷是生物生长过程中必需的元素之一，是影响水体初级生产力的三大营养元素之一，其含量多少对水的肥力有直接影响。一方面，由于磷在自然界存在的丰度较低，其化合物溶解性及移动性比含氮化合物低得多，补给速度也慢的多，造成水体缺磷的现象往往比缺氮严重，因此磷对初级生产力的限制作用比氮更强；另一方面，由于水污染的不断加剧，水体富营养化现象愈加普遍，磷又会过多，造成水体富营养化，使水体透明度降低，水质变差，以及影响水生生物的生存与14 广东海洋大学农业硕士学位论文生长，给水产养殖造成巨大的损失。因此，在水质理化指标检测中，总磷和活性磷是重要的检测项目之一。总磷是指水中各种形态的磷含量的总和，包括溶解态和颗粒态的磷；活性磷指能与酸性钼酸盐反应并可被定量分析的磷化合物，包括溶解态的无机正磷酸盐，部分溶解的有机磷、无机多聚磷酸盐和部分可溶于酸的颗粒态磷酸盐。本研究中，经过沙滤池处理，总磷和活性磷整体上有一定的下降，变化波动范围不大。其原因可能是在沙滤池滤料上，有一定数量的好氧型细菌，能对有机磷或者偏磷进行硝化分解，因此经过沙滤处理后，磷的含量降低；由于微生物分解有机磷的能力有限，且磷残余在微生物的内会因为新陈代谢再次把磷排出，这也是经过沙滤处理后，磷变化不大的原因之一。在第7、8、9和第21次取样时，磷的去除率出现负数，表明了经过沙滤池处理后，磷的含量升高了。这可能是此时，沙滤池滤料中附着了污泥或者其他的微生物，微生物进行发酵、嗜磷菌释放磷。具体原因笔者尚未查明，还待进一步研究。2.4.4沙滤池处理对总铁的影响在水产养殖生产中，铁的不足对甲壳动物如对虾、河蟹的幼体的发育有着重要的影响。另外，铁还会在某种程度上限制海洋的初级生产力，或诱发海洋赤潮的发生。铁主要形成溶解或不溶解的无机和有机的二价、三价化合物，以真溶液、胶体以及悬浮物等形式分布与天然水中。当富含铁的养殖用水直接进入养殖池塘中，其中的二价铁化合物将会大量耗氧，产生Fe(OH)3絮状物，聚集藻类，堵塞养殖生物的呼吸器官，同时水体pH下降，危害养殖生产。本次研究中，经过沙滤池处理后，养殖海水中的总铁显著下降，表明了沙滤池中的滤料对养殖海水的总体具有明显的截留吸附作用，目前关于沙滤池对养殖海水中总铁的处理效果研究的报道基本没有，笔者对本次实验中沙滤池明显去除总铁的具体原因还需要进一步探究。2.4.5沙滤池处理对COD的影响化学需要量COD能直观反映水体中所含的还原性物质，其中主要是有机污染物。本次研究中，经过沙滤池处理后，养殖海水中的COD明显下降，其主要原因是沙滤池在运行过程中，对养殖海水中的部分有机污染物截留，有机污染物[64]的减少意味着COD的较少。周阳等研究结果表明砂滤罐能显著去除养殖海水[65]的有机悬浮物，去除率高达99.83%。于冬冬等对气提式砂滤器在水产养殖系统中的水质净化效果进行研究，其结果表明气提式砂滤器能有效的去除养殖水体的COD，COD的平均去除率高达34.04%。本次试验中COD的去除率虽然没有很高，但其规律是与前人的研究成果相符。在第5次和第21次采样去除率相对偏低，可能是由于沙滤池在运行过程滤料表面附着的沉积物影响其过滤效果。2.4.6沙滤池处理对弧菌及异养菌的影响15 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究[66]水产动物细菌性疾病是阻碍水产养殖业发展的重要因素，细菌的丰度是反映水质状况的一项重要指标，在受有机污染较严重的水域，细菌丰度总是较高[67]。异养细菌（heterotrophicbacteria，HB）是指能利用环境中的有机物进行氧化分解获得自身所需营养物的菌种。在水体中，异养细菌一般以水中的溶解有机[68]物为营养养分，将其同化为自身并被浮游动物摄食，从而实现对有机质的降解与利用，异养菌越多，产生的氨氮越多，水毒性越大，水越浑浊、异味重，它的这一特性使得它成为反映水体生产能力和评价水体富营养化程度的重要指标。本次试验中，沙滤池对弧菌及异养菌的去除效果比较显著，但在采样的第7、8、25采样时，异养菌的去除率几乎为0，甚至达到负数；采样的第19和采样的26次中，霍乱弧菌的去除率接近0。这主要是由于沙滤池前期的运行过程中，养殖水[69]体的其他杂质沉积在沙滤池中，使沙滤池的过滤效果受到影响。姚雪梅等人研究结果表明经过沙滤池的养殖用水是切断病毒水平传播的较为有效的方法；孙[70]成波等人研究表明，沙滤池对水体中处于游离状态的病原菌和附着在有机物上的病原菌均有一定的过滤效果，可以减少其对养殖生物的影响。本研究结果也前人的研究相符，经过沙滤池过滤的养殖用水其弧菌及异养菌均能显著性减少。2.5小结初步实验数据表明，沙滤池对黄、副溶血弧菌、异养菌的过滤效果最为显著，对钙离子、镁离子、活性磷、总磷、总硬度、总铁和COD等胶体、金属离子以及有机物都有明显的吸附、截留，对pH、盐度的影响不明显。沙滤池运行50天左右时沙滤的过滤效果明显下降，且部分指标在经过沙滤处理后其含量反而增加，因此需对其进行反冲洗，具体反冲洗频率还需进一步研究。16 广东海洋大学农业硕士学位论文3泡沫分离器净水效果与运行条件间关系模型的构建3.1引言泡沫分离器(Foamseparator)也叫蛋白分离器，是国内外工厂化养殖系统中普[71,72]遍采用的新型水处理设备。其根据泡沫分离、表面吸附原理，利用在液体中形成微小汽泡作为载体，对溶质和颗粒进行分离。它利用泡沫分离原理，不仅能有效地去除养殖系统中溶解有机物、固体悬浮颗粒、氨氮、腐殖物质，增加水质[73]透明度，也能去除有机酸稳定pH。谭洪新等研究发现泡沫分离器还可以增加养殖水体的溶解氧，若与臭氧发生器联合使用，还可以起到杀菌消毒的作用。国[73-75][76]内外已有许多关于泡沫分离器分离效果的报道。TharapiwattananonN等的研究结果表明除液层高度外，空气流速、表面活性剂浓度、泡沫高度和气体分[77]布器孔径（气泡大小）等这些因素也都会影响泡沫分离效果；YamagiwaK等发现泡沫分离器主体—分离柱的尺寸、形状对其分离效果也有很大的影响，分离柱的上端直径大于下面一段能够有更好的COD分离效果；还有些研究者在分离[78]柱内部添加一些组件以获得更好的分离效果。此外，水体温度、水体停留时[79]间、表面活性物质的浓度等也是重要的影响因子。本实验根据生产性养殖系统的水质特征，试图通过分析泡沫分离器去除养殖水体的水质因子数据，建立泡沫分离器主要去除物SS等与运行条件之间的数学模型，探讨影响泡沫分离器的运行控制参数，包括泡沫分离器的运行功率、进水浓度、水力停留时间等，为生产性养殖系统的运行管理提供依据。3.2材料与方法3.2.1实验用水本实验是在广东海洋大学水产学院201实验室进行的，养殖水体来自于水产学院116养殖实验室的养殖废水。对养殖废水增加投饵量来补充残饵粪便，并不断进行充气，使之更贴近实际生产中的工厂化养殖水体。之后将处理过的养殖废水均分到6个规格相同的养殖鱼缸中，加入不同量的消毒海水，使每个鱼缸中的初水浓度保持不同。表3-1各泡沫分离器基本技术参数Tab.3-1BasictechniqueparameterforFoamseparators型号水泵型号电源功率/实耗（W）反应仓管径（mm）规格（mm）AE-301AE-1600220V/50Hz15/10100170╳115╳450AE-401AE-2200220V/50Hz35/16120190╳170╳52017 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究续表3-1型号水泵型号电源功率/实耗（W）反应仓管径（mm）规格（mm）AE-601AE-2600220V/50Hz45/32150230╳190╳550AE-801PSK-600220V/50Hz19/16.5150230╳190╳550AE-1001AE-2200*2220V/50Hz35/16.5*2200300╳235╳5703.2.2实验设计用同一型号泡沫分离器依次处理鱼缸中6个不同初始浓度养殖废水，检测泡沫分离器处理前后养殖水体的水质指标，共30组试验组合。检测的水质指标有：+-氨氮浓度（NH4-N）、亚硝酸氮浓度（NO2-N）、化学需氧量浓度（ChemicalOxygenDemand，COD）、固体有机物悬浮物SS浓度，每个指标检测3次求平均值。同时记录各泡沫分离器处理时间、出水量、运行功率等技术参数。3.2.3水质检测及数据分析方法氨态氮采用纳氏试剂分光光度法；亚硝态氮采用盐酸萘乙二胺分光光度法；化学耗氧量采用碱性高锰酸钾氧化法；SS采用重量法。水质指标去除率计算公式如下：（进水浓度−出水浓度）去除率=×100%（3-1）进水浓度应用EXCEL2007和SPSS19.0等软件计算水质指标的去除率。然后以不同的运行条件作为x，对应运行条件下的水质指标去除率作为y，对实验数据进行多元线性回归，以此建立数学模型：y=β0+β1X1+β2X2+…+βmXm+ε。其中β0、β1、βm是待定参数；ε是随机变量，它表示除x以外其他随机因素对y影响的总和。3.3结果与分析3.3.1泡沫分离器运行各项因子的描述性统计表3-2为泡沫分离器在5种不同运行条件下，4项水质理化指标因子去除率的描述性统计结果。由表3-2可知，在4项水质因子指标去除中，有机物悬浮物SS的变异系数最小为28.52%，表明了在这4项水质因子中，泡沫分离器对SS的处理效果最为显著。18 广东海洋大学农业硕士学位论文表3-2各项因子的描述性统计结果Tab.3-2Descriptivestatisticalresultsofvariousfactors因子最小值最大值均值标准差变异系数（%）-1SS初始浓度（mg·L）3215490.0044.01048.90-1氨氮初始浓度（mg·L）1.685.023.1221.18237.88-1亚硝酸盐初始浓度（mg·L）0.0270.0910.0550.02240.49-1COD初始浓度（mg·L）4.417.065.860.92515.79功率（W）10.032.021.39.18543.12处理时间（s）147737.5718.00747.93分离高度（cm）24.529.027.61.8596.73SS去除率（%）0.2630.7340.4800.13728.52氨氮去除率（%）0.0010.0070.0040.00238.53亚硝酸氮去除率（%）0.0140.0710.0440.01636.71COD去除率（%）0.0610.5340.2790.13749.233.3.2泡沫分离器运行各项因子的相关性分析表3-3是运行条件与水质指标去除率间线性相关矩阵。其中X11-X14分别代-1-1表悬浮物SS初始浓度（mg·L）、氨氮初始浓度（mg·L）、亚硝酸氮初始浓度-1-1（mg·L）和化学需氧量COD初始浓度（mg·L），X2为功率（W）、X3为水力停留时间（s）、X4为分离高度（cm）；Y1-Y4分别代表有机物悬浮物SS（%）、氨氮（%）、亚硝酸氮（%）和化学需氧量COD的去除率（%）。由表3-3可知各水质指标间的初始浓度、去除率呈极显著性的正相关（P<0.001）；SS去除率、COD去除率、氨氮去除率、亚硝酸氮去除率均与泡沫分离器的功率、水体停留时间呈极显著正相关（P<0.001），与分离高度呈显著负相关（P<0.05）。表3-3运行条件与水质指标去除率间线性相关矩阵Tab.3-3ThelinearcorrelationmatrixbetweenoperatingconditionsandwaterqualityindexremovalratesX11X12X13X14X2X3X4Y1Y2Y3Y4X111bX120.9771bbX130.9770.9771bbbX140.9850.9620.9611X20.0000.0000.0000.0001bX30.0040.0200.0210.0050.7191X4-0.002-0.0020.0040.009-0.359-0.2411bbbY10.2650.2310.2350.2560.8460.758-0.4731bbabY20.2260.1820.1890.2140.8390.732-0.4460.9731bbabbY30.2410.1970.2040.2320.8310.726-0.4560.9740.997119 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究bbbbbbY40.2610.2250.2300.2530.8460.756-0.47410.9740.9741注：a表示在0.05水平上显著相关（P<0.05），b表示在0.1水平上极显著相关（P<0.001）。Note:aindicatessignificantcorrelationatthe0.05level(P<0.05),andbindicatesaverysignificantcorrelationatthe0.1level(P<0.001).3.3.3各水质指标去除影响与原始变量的多元线性回归分析（1）泡沫分离器对悬浮物SS去除率的线性回归模型由表3-4逐步多元回归结果可知，悬浮物SS的初始浓度、功率、水力停留时间、分离高度这四个因素最终都被选入回归方程中。除了分离高度与回归方程呈负相关之外，其余因子都与回归方程呈正相关。表3-4SS去除率与运行因子间的回归方程Tab.3-4TheregressionequationoftheSSremovalrateandoperatingfactors2回归方程调整RFdfY1=0.212+0.013X20.70570.4471,28Y1=0.137+0.013X2+0.001X110.77049.4922,27Y1=0.120+0.009X2+0.001X11+0.002X30.81240.5663,26Y1=0.550+0.008X2+0.001X11+0.002X3-0.015X40.84538.4234,252由表3-5对回归模型的假设检验可知，所获得回归方程的决定系数R=0.845，回归方程显著性值P=0.000<0.01，两者都达到了极显著性水平，表明了该回归模型通过置信水平为0.01的F检验且比较稳定，因此可认为该回归方程的拟合度较好，具有一定的统计学意义。表3-5对回归模型的假设检验Tab.3-5Hypothesistestofthemodel2来源df平方和均方FPRa回归40.4720.11838.4230.0000.845残差误差250.0730.003总计290.544在回归方程中，各自变量的单位不同，因此不能直接在偏回归系数之间进行比较，需要对偏回归系数标准化，以消除因单位不同造成的影响。衡量自变量对因变量影响效能大小是由标准偏回归系数绝对值的大小决定。由表3-6可知，各运行条件对SS去除率均显著性相关；且根据标准偏回归系数绝对值可知，对SS去除率影响大小的顺序依次是：SS初始浓度>水力停留时间>功率>分离高度。20 广东海洋大学农业硕士学位论文表3-6影响因子的参数估计Tab.3-6Parameterestimationofvariablefactors变量df非标准化系数标准误tP标准偏回归系数常数10.5500.1713.2090.004SS初始浓度10.0080.0025.0040.0000.547功率10.0010.0003.5990.0010.263水力停留时间10.0020.0013.0000.0060.315分离高度1-0.0150.006-2.5560.017-0.200从图3-1中可以直观的看出SS去除率实测值与预测值之间满足回归方程2y=1.031x-0.5754（R=0.8603），即预测值与实测值是很接近的，进一步说明得到的回归模型是可行的。80y=1.031x-0.575460R²=0.8603）40（%20去除率实测值0SS01020304050607080SS去除率预测值（%）图3-1SS去除率模型的拟合度Fig.3-1Goodness-of-FitofSSmodel（2）泡沫分离器对氨氮去除率的线性回归模型由表3-7影响因子参数估计情况可知，表中除了功率以外，其他自变量的P值大于0.05，表明了这些自变量在回归模型未通过置信水平为0.05的F检验；功率的P值小于0.01，但其非标准化系数为0，因此可知氨氮去除率无法与氨氮初始浓度、功率、水力停留时间以及分离高度等自变量构成线性回归模型。表3-7影响因子的参数估计Tab.3-7Parameterestimationofvariablefactors变量df非标准化系数标准误tP标准偏回归系数常数10.0050.0031.7700.089氨氮初始浓度10.0000.0001.9470.0630.176功率10.0000.0004.3270.0000.587水力停留时间12.431E-50.0002.0360.0530.265分离高度10.0000.000-1.7630.090-0.1712由表3-8可知，该模型的P值小于0.01，且R=0.762，表明该模型的拟合程度较好，自变量与因变量的在统计学上存在相关性，但建立的模型非标准化系数以21 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究及平方和均为0，这说明建立的模型没有统计学意义。表3-8对回归模型的假设检验Tab.3-8Hypothesistestofthemodel2来源df平方和均方FPRa回归40.0000.00025.2270.0000.762残差误差250.0000.000总计290.000（3）泡沫分离器对亚硝酸氮去除率的线性回归模型由表3-9影响因子参数估计可知，亚硝酸氮去除率去自变量之间构成的多元线性回归方程是：Y3=0.144X13+0.008X2，功率对去除率的影响效能大于亚硝酸氮的初始浓度。表3-9影响因子的参数估计Tab.3-9Parameterestimationofvariablefactors变量df非标准化系数标准误tP标准偏回归系数常数10.0510.0252.0100.055亚盐初始浓度10.1440.0662.1910.0380.199功率10.0010.0004.2220.0000.573水力停留时间10.0000.0002.0250.0540.265分离高度1-0.0020.001-1.9230.066-0.187由表3-10对回归模型的假设检验可知，所获得回归方程的决定系数2R=0.761，达到了显著性水平；回归方程显著性值P=0.000<0.01，达到了极显著水平，表明了该回归模型通过置信水平为0.01的F检验且比较稳定，因此可认为该回归方程的拟合度较好，具有一定的统计学意义。表3-10对回归模型的假设检验Tab.3-10Hypothesistestofthemodel2来源df回归平方和均方FPRa回归40.0060.00224.1190.0000.761残差误差250.0020.000总计290.008图3-2是利用回归方程计算得出的亚硝酸氮去除率与实测值之间进行对比得出的，从图中可以直观的看出亚硝酸氮去除率实测值与计算值之间满足回归方程2y=1.413x+0.2679（R=0.7249），即计算值与实测值是很接近的，进一步说明通过回归方程得出的亚硝酸氮去除率计算值是可以被接受的。22 广东海洋大学农业硕士学位论文8y=1.413x+0.2679R²=0.72496）4（%2亚硝酸氮去除率实测值0012345亚硝酸氮去除率计算值(%)图3-2亚硝酸氮去除率模型的拟合度Fig.3-2Goodness-of-FitofNitritenitrogenmodel（4）泡沫分离器对化学需要量COD去除率的线性回归模型由表3-11逐步多元回归结果可知，化学需氧量COD的初始浓度、功率、水力停留时间、分离器高度这四个因素最终都被选入回归方程中。除了分离高度与回归方程呈负相关之外，其余因子都与回归方程呈正相关。表3-11COD去除率与各运行因子的回归方程Tab.3-11TheregressionequationoftheCODremovalrateandoperatingfactors2回归方程调整RFdfY4=0.013X20.70570.2741,28Y4=-0.210+0.013X2+0.037X140.76347.5792,27Y4=-0.226+0.009X2+0.037X14+0.002X30.80440.5603,26Y4=0.008X2+0.038X14+0.002X3-0.015X40.83838.4234,25由表3-12对回归模型的假设检验可知，所获得回归方程的决定系数2R=0.838，回归方程显著性值P=0.000<0.01，两者都达到了极显著性水平，表明了该回归模型通过置信水平为0.01的F检验且比较稳定，因此可认为该回归方程的拟合度较好，具有一定的统计学意义。表3-12对回归模型的假设检验Tab.3-12Hypothesistestofthemodel2来源df平方和均方FPRa回归40.4700.11738.4230.0000.838残差误差250.0760.003总计290.546由表3-13可知，各运行条件对SS去除率均显著性相关；根据标准偏回归系数绝对值可知，对COD去除率影响大小的顺序依次是：COD初始浓度、水力停23 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究留时间、功率和分离高度。表3-13影响因子的参数估计Tab.3-13Parameterestimationofvariablefactors变量df非标准化系数标准误tP标准偏回归系数常数constant10.2100.1861.1330.268SS初始浓度10.0080.0024.8930.0000.548功率10.0380.0113.3830.0020.253水力停留时间10.0020.0012.9020.0080.312分离高度1-0.0150.006-2.5420.018-0.204图3-3是利用回归方程计算得出的COD去除率与实测值之间进行对比得出的，从图中可以直观的看出COD去除率实测值与预测值之间满足回归方程2y=1.0578x+22.149（R=0.8591），即预测值与实测值是很接近的，进一步说明通过回归方程得出的COD去除率预测值是可以被接受的。60）y=1.0578x+22.14950R²=0.859140302010去除率实测值（%0-20COD-10010203040COD去除率预测值（%）图3-3COD去除率模型的拟合度Fig.3-3Goodness-of-FitofCODmodel3.4讨论建立各水质指标去除率与泡沫分离器运行条件间的多元线性回归方程有助于确定泡沫分离器运行时的最佳工艺条件，进而使泡沫分离器对养殖用水的处理得到最充分的利用。在构建多元线性回归方程时，自变量需要同时满足两个条件：一是自变量之间不能存在共性，即变量之间的相互独立性比较强；二是自变量与因变量之间的因果关系需明确且相关性显著。泡沫分离器作为工厂化养殖系统水处理核心技术之一，对养殖用水有一定的净水效果。目前，已有大量的研究表明，泡沫分离器在工厂化养殖系统中具有良[80][81]好的水处理效果，能有效的去除养殖水体中的有机物悬浮物SS。罗国芝等+研究表明，在工厂化养殖系统中，泡沫分离器对NH4-N有一定去除效果，其去除方式主要是依靠空气剥离，而对亚硝酸氮和离子氨仅有少量氧化。与系统中核24 广东海洋大学农业硕士学位论文+心水处理技术-生物滤器相比，泡沫分离器对NH4-N的处理效果并不佳，而在处[80][82]理过程中添加臭氧，则去除效果十分明显。宋德敬等在泡沫分离器中加入不同浓度的臭氧，泡沫分离器对养殖水体的悬浮物、总氨氮、亚硝酸盐等均具有[83]良好的去除效果，其去除率分别为72%、50%、58%。曹剑香等通过对泡沫分离器对循环水水质指标调控作用的研究中表明，泡沫蛋白分离器有效的调控养殖水体的各项指标，使水体的pH值、氨氮、亚硝酸氮、溶解氧以及COD等各项水质指标均保持在安全的范围内。本实验的研究结果显示，泡沫分离器对悬浮物SS、氨氮、亚硝酸氮以及COD各项指标的去除率的均值分别是48%、0.4%、4.4%、27.9%。泡沫分离器的功率以及水力停留时间对构建的回归方程模型均呈显著性正相关，泡沫分离高度为显著性负相关。也就是说可以通过提高泡沫分离器的功率，调节进水流量增加水力停留时间、降低泡沫分离高度等运行条件来提高泡沫分离器对各项水质指标的去除效果。但在实际中，分离器必须具有一定的高度，因为当分离器的高度很低时，即使分离器的横截面积足够大，但气泡的停留时间仍然很短，在气泡吸附量还很小的情况下就会直接被排出分离器，泡沫分离器去除效果就不理想。3.5小结本实验建立的有机物悬浮物SS去除效果、亚硝酸氮去除效果、COD去除效果与泡沫分离器运行条件间的回归模型，经检验具有一定的统计学意义，可以根据水体初始浓度和运行条件来预测各项水质指标的去除率，反之，也可以根据实际想要的净水效果来调整泡沫分离器的运行参数。25 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究4臭氧紫外水处理技术效果分析4.1引言随着水源污染加剧和水质要求提高，水产养殖水处理技术日益受到重视。针对目前水处理技术和工艺的不足，臭氧和紫外水处理技术正逐渐引起人们的关注而得到应用。紫外线消毒是一种物理的消毒方法，主要通过紫外线对微生物的辐射，生物体内的核酸吸收了紫外线的光能，DNA的生物活性改变，使其不能正[84]常的裂解和繁殖，从而达到消毒灭菌的效果。相对于传统的化学药物处理的方法，紫外线杀毒具有无污染、无残留、设备成本低、易操作、处理效果明显等[85][3]优点，而被广泛应用于水产养殖水处理。考虑功率、照射时间、水体大小等是影响紫外线杀毒效果的主要因素，因此，本实验选取功率、处理时间和水体大小三个因素来研究其对水体的pH、COD、氨氮、亚硝酸盐、弧菌和总异养菌的影响。臭氧是一种不稳定的、带有刺激性气味的气体，在自来水中的半衰期为20[4][5]min(20℃)，具有很强的氧化能力，氧化还原电位仅次于F2，其处理水的原理是臭氧溶于水产生羟基自由基或其与水体中的有机物络合来达到水质处理的效果，且臭氧处理完水质后，会被分解成氧气，对环境无太大的影响。资料表明，[86]目前我国臭氧处理技术已广泛应用于饮用水、游泳池水和医疗业消毒等方面。由于臭氧的强氧化性对水产养殖水体处理具有综合利用方面的优势，应用臭氧处理养殖水体具有广阔的应用前景。[7]目前关于紫外臭氧消毒的研究主要集中在杀菌效果和应用等方面，本文通过对这两种不同水处理技术工艺进行正交试验，旨在寻找紫外臭氧对工厂化养殖用水净化效果的最优工艺。4.2材料和方法4.2.1实验材料与仪器材料：实验原水取自湛江市国联股份开发有限公司南三基地工厂化海水育苗池的养殖废水，泡沫箱（长34cm，宽22cm，高18cm），紫外灯（10W）。仪器：额定功率3g/h的家用型臭氧发生器（飞力牌FL-803A），实验指标测定器材和试剂均由国联南美白对虾遗传育种中心水质监测实验室提供。4.2.2实验地点湛江市国联股份开发有限公司南美白对虾遗传育种中心。4.2.3实验设计本实验拟采用两个三因素三水平的正交实验进行比较紫外臭氧对原水的处26 广东海洋大学农业硕士学位论文理效果，每个水平设置三个重复组。紫外线处理组选择功率、处理时间和水体大小三个因素进行探讨。功率选择10W、20W、30W三个水平，用字母A表示；处理时间选择5min、10min、15min三个水平，用字母B表示；水体大小选择：2L、4L、6L三个水平，用字母C表示。为了便于将两种工艺进行比较，臭氧处理组选择臭氧含量、处理时间和水体大小三个因素进行探讨。其臭氧含量选择：0.1g、0.2g、0.3g三个水平，用字母a表示；处理时间选择：10min、20min、30min三个水平，用字母b表示；水体大小同样也是选择：2L、4L、6L三个水平，用字母c表示。表4-1紫外线因素水平Tab.4-1Ultravioletfactorstable因素水平功率/W处理时间/min水体大小/L11052220104330156表4-2臭氧因素水平Tab.4-2Ozonefactorstable因素水平臭氧含量/g处理时间/min水体大小/L10.110220.220430.33064.2.4采样和处理将采集回来的实验原水盛入实验器皿中，紫外、臭氧实验处理前，先量取一定量的实验原水于采集瓶中，贴好标签，送至水质检测中心进行检测，每个指标设置三个平行组。剩余的原水经实验紫外、臭氧处理后，再量取一定量处理后的水体，送至水质检测中心进行检测，所有水质指标的检测均在24小时内完成。4.2.5测定指标和方法27 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究测定指标：化学需氧量（COD）、氨氮、亚硝酸盐、弧菌、总异养菌、pH。+方法：化学需氧量用碱性高锰酸钾法；氨氮（NH4-N）用纳氏试剂法；亚-硝酸盐(NO2-N)用萘乙二胺分光光度法；弧菌和总异养菌用倒平板法；pH用pH计测定。4.2.6数据统计和分析应用EXCEL2007处理试验数据，进行正交实验的直观分析，画出不同水平的效应曲线图。4.3结果4.3.1紫外线处理对水质指标的影响（1）紫外线处理对pH的影响表4-3紫外线处理组pH的正交结果及均值响应Tab.4-3OrthogonalResultAnalysisandMeanResponseofpHinUltravioletTreatmentGroup因素B处理时间C水体大小A功率（W）去除率（%）水平（min）（L）11111.6121220.1331330.1342121.1252230.2562310.0073131.6183210.009332-0.25均值10.6231.4470.537均值20.4570.1270.333均值30.453-0.0400.663极差0.1701.4870.33028 广东海洋大学农业硕士学位论文2.9PH2.4值1.9均值1.40.90.4-0.1A1A2A3B1B2B3C1C2C3水平号图4-1紫外线处理前后水体pH效应曲线图Fig.4-1ChangerateofwaterpHbeforeandafterultraviolettreatment养殖水体经过紫外线处理后，水体的pH均有所下降，但变化不明显。由极差值可知，各因素对结果影响的强弱顺序是：B>C>A（如表4-3）。从图4-1可知，各因素水平的强弱顺序为：A1>A2>A3，B1>B2>B3,C3>C1>C2。因此可得紫外线处理pH的三因素三水平试验组的最佳组合方案是A1B1C3。（2）紫外线处理对COD的影响表4-4紫外线处理组COD的正交试验结果及均值响应Tab.4-4OrthogonaltestresultsofultraviolettreatmentgroupCOD因素B处理时间C水体大小A功率（W）去除率（%）水平（min）（L）11111.0221222.0431330.6542121.2752235.5762312.3473131.0283216.3593320.39均值11.2371.1033.237均值23.0604.6531.233均值32.5871.1272.413极差1.8233.5502.00429 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究6COD4均值20A1A2A3B1B2B3C1C2C3水平号图4-2紫外线处理前后水体COD效应曲线图Fig.4-2ChangerateofwaterCODbeforeandafterultraviolettreatment由表4-4分析发现，经紫外线处理后，各试验组水体的COD均有下降。根据极差所得，紫外线处理时间B对结果影响最大，因素C水体大小次之，因素A处理时间影响最小，即B>C>A。由图4-2可知，各因素水平对结果影响的强弱顺序是：A2>A3>A1，B2>B3>B1，C1>C3>C2。因此可得紫外线处理COD的三因素三水平试验组的最佳组合方案是A2B2C1。（3）紫外线处理对氨氮的影响表4-5紫外线处理组氨氮的正交试验结果及均值响应Tab.4-5Orthogonaltestresultsofammonianitrogeninultraviolettreatmentgroup因素B处理时间C水体大小A功率（W）去除率（%）水平（min）（L）11110.0021220.1531330.0042120.005223-0.6062310.3473130.0283210.0093320.00均值10.0500.0100.113均值2-0.087-0.1500.050均值30.0100.113-0.190极差0.1370.2630.30330 广东海洋大学农业硕士学位论文0.8氨氨均0.3值-0.2A1A2A3B1B2B3C1C2C3水平号图4-3紫外线处理前后水体氨氮效应曲线图Fig.4-3Changerateofammonianitrogeninwaterbeforeandafterultraviolettreatment表4-5正交结果直观分析可知，经紫外线处理后，各试验组水体的氨态氮没有明显的变化。根据均值响应表中可知，各因素对试验结果的影响顺序：C>B>A。再根据图4-3效应曲线图可知，各因素水平对结果影响的强弱顺序是：A1>A3>A2，B3>B1>B2，C1>C2>C3。由各因素水平的重要性的顺序可知，紫外线处理氨态氮的三因素三水平试验组的最佳组合方案是A1B3C1。（4）紫外线处理对亚硝酸盐的影响表4-6紫外线处理组亚硝酸盐的正交试验结果及均值响应Tab.4-6Orthogonaltestresultsofnitriteinultraviolettreatmentgroup因素B处理时间C水体大小A功率（W）去除率（%）水平（min）（L）1111-18.522122-62.503133-7.144212-15.385223-100.006231-8.337313-33.338321-120.00933213.33均值1-29.287-22.410-35.063均值2-41.237-94.167-34.720均值3-46.667-0.713-47.507极差17.28093.45412.78731 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究0亚A1A2A3B1B2B3C1C2C3-20硝-40酸氮-60均-80值-100水平号图4-4紫外线处理前后水体亚硝酸盐效应曲线图Fig.4-4Changerateofnitriteinwaterbeforeandafterultraviolettreatment经紫外线处理后，除试验组9之外，其余试验组中水体的亚硝酸态氮含量均有上升。由极差可得各因素对试验结果的影响顺序为：B>A>C（如表4-6）。各因素水平对结果影响的强弱顺序是：A1>A2>A3，B3>B1>B2，C1>C2>C3。由各因素水平的重要性的顺序可知，紫外线处理亚硝酸盐的三因素三水平试验组的最佳组合方案是A2B3C2（见图4-4）。（5）紫外线处理对霍乱弧菌的影响表4-7紫外线处理组霍乱弧菌的正交试验结果及均值响应Tab.4-7OrthogonaltestresultsofVibriocholeraeinultraviolettreatmentgroup因素B处理时间A功率（W）C水体大小（L）去除率（%）水平（min）111195.43212287.29313397.59421281.86522387.30623185.22731396.35832195.90933296.24均值193.43791.21392.183均值284.79390.16388.463均值396.16393.01793.747极差11.3702.8545.28432 广东海洋大学农业硕士学位论文100黄95弧菌90均85值8075A1A2A3B1B2B3C1C2C3水平号图4-5紫外线处理前后水体霍乱弧菌效应曲线图Fig.4-5ChangerateofVibriocholeraeinwaterbeforeandafterultraviolettreatment从表4-7正交结果直观分析可知，经紫外线处理后，各试验组的霍乱弧菌均有明显的下降。由极差可得，各因素对试验结果影响顺序是：A>C>B。根据图4-5效应曲线图，可知各因素水平对结果影响的强弱顺序是：A3>A2>A1，B1>B3>B2，C1>C3>C2。根据各因素水平的重要性的顺序可知，紫外线处理霍乱弧菌的三因素三水平试验组的最佳组合方案A3B1C1。（6）紫外线处理对副溶血弧菌的影响表4-8紫外线处理组副溶血弧菌的正交试验结果及均值响应Tab.4-8OrthogonaltestresultsofVibrioparahaemolyticusinultraviolettreatmentgroup因素B处理时间A功率（W）C水体大小（L）去除率（%）水平（min）1111100.00212287.503133100.004212100.00522394.006231100.007313100.00832198.04933299.64均值195.833100.00099.347均值298.00093.18095.713均值399.22799.88098.000极差3.3946.8203.63433 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究110100绿弧90菌80均70值6050A2A3B1B2B3C1C2C3水平号图4-6紫外线处理前后水体副溶血弧菌效应曲线图Fig.4-6ChangerateofVibrioparahaemolyticusinwaterbeforeandafterultraviolettreatment从表4-8正交结果直观分析可知，经紫外线处理后，各试验组的副溶血弧菌均明显的减少，有些组别达到了完全灭菌的效果。由极差可得，各因素对试验结果影响顺序是：B>C>A。根据图4-6效应曲线图，可知各因素水平对结果影响的强弱顺序是：A3>A2>A1，B1>B3>B2，C1>C3>C2。根据各因素水平的重要性的顺序可知，紫外线处理副溶血弧菌的三因素三水平试验组的最佳组合方案A3B1C1。（7）紫外线处理对总异养菌的影响表4-9紫外线处理组总异养菌的正交试验结果及均值响应Tab.4-9Orthogonaltestresultsoftotalheterotrophicbacteriainultraviolettreatmentgroup因素B处理时间A功率（W）C水体大小（L）去除率（%）水平（min）111129.05212243.43313394.46421227.48522361.81623125.14731360.96832137.42933240.84均值155.64739.16330.537均值238.14347.55337.250均值346.40753.48072.410极差17.50414.31741.87334 广东海洋大学农业硕士学位论文80异养60菌40均值20系列10A1A2A3B1B2B3C1C2C3水平号表4-7紫外线处理前后水体总异养菌效应曲线图Fig.4-7ChangerateoftotalheterotrophicbacteriainwaterbeforeandafterUVtreatment由表4-9分析可知，经紫外线处理后，各试验组的异养菌均有明显的减少，总体上达到了较好的杀菌效果。由极差可得，各因素对试验结果影响顺序是：C>A>B。根图4-7，可知各因素水平对结果影响的强弱顺序是：A1>A3>A2，B3>B2>B1，C3>C2>C1。根据各因素水平的重要性的顺序可知，紫外线处理总异养菌的三因素三水平试验组的最佳组合方案A1B3C3。4.3.2臭氧处理对水质指标的影响（1）臭氧处理对pH的影响表4-10臭氧处理组pH的正交结果分析及均值响应Tab.4-10OrthogonaltestresultsofozonetreatmentgrouppH因素臭氧含量（g）处理时间（min）水体大小（L）去除率（%）水平111102122-0.2631330.4742120.135223-0.136231-0.2673130.138321-0.1393320均值10.0700.087-0.043均值2-0.087-0.1730.157均值30.0700.0700.287极差0.1570.2600.28735 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究0.40.3pH0.2值均0.1值0-0.1a1a2a3b1b2b3c1c2c3-0.2水平号图4-8臭氧处理前后水体pH效应曲线图Fig.4-8ChangerateofpHinwaterbeforeandafterozonetreatment由表4-10可知，经臭氧处理后，各试验组的pH值变化不大，无论是上升还是下降，变化幅度都没超过1%。由极差可得，各因素对试验结果影响顺序是：c>b>a。根图4-8，可知各因素水平对结果影响的强弱顺序是：a3=a1>a2，b1>b3>b2，c3>c2>c1。根据各因素水平的重要性的顺序可知，臭氧处理pH的三因素三水平试验组的最佳组合方案a3b1c3。（2）臭氧处理对COD的影响表4-11臭氧处理组COD的正交试验结果及均值响应Tab.4-11OrthogonaltestresultsofozonetreatmentgroupCOD因素臭氧含量（g）处理时间（min）水体大小（L）去除率（%）水平11110.4221223.5931333.3042122.8652230.3962310.4173131.1283210.2693323.71均值12.4371.4670.363均值21.2201.4133.387均值31.6972.4731.603极差1.2171.0603.02436 广东海洋大学农业硕士学位论文43COD均2值10a1a2a3b1b2b3c1c2c3水平号图4-9臭氧处理前后水体COD效应曲线图Fig.4-9ChangerateofCODinwaterbeforeandafterozonetreatment表4-11分析可知，经臭氧处理后，各试验组水体的COD含量均有减少。由极差可得，各因素对试验结果影响顺序是：c>a>b。根图4-9，可知各因素水平对结果影响的强弱顺序是：a1>a3>a2，b3>b1>b2，c2>c3>c1。根据各因素水平的重要性的顺序可知，臭氧处理化学需要量COD的三因素三水平试验组的最佳组合方案a1b3c2。（3）臭氧处理对氨氮的影响表4-12臭氧处理组氨氮的正交试验结果及均值响应Tab.4-12Orthogonaltestresultsofammonianitrogeninozonetreatmentgroup因素臭氧含量（g）处理时间（min）水体大小（L）去除率（%）水平11110.96821220.80531333.25942120.02952234.11462310.00073130.00083214.41893320.423均值11.6770.3321.795均值21.3813.1120.419均值31.6141.2272.458极差0.2962.7802.03937 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究3.532.5氨氮2均1.5值10.50a1a2a3b1b2b3c1c2c3水平号图4-10臭氧处理前后水体氨氮效应曲线图Fig.4-10Rateofammonianitrogenchangebeforeandafterozonetreatment从表4-12正交结果直观分析可知，经臭氧处理后，除了a2b3c1组之外，其余试验组水体的氨氮含量均有减少。由极差可得，各因素对试验结果影响顺序是：b>c>a。根据图4-10效应曲线图，可知各因素水平对结果影响的强弱顺序是：a1>a3>a2，b2>b3>b1，c3>c1>c2。根据各因素水平的重要性的顺序可知，臭氧处理氨氮的三因素三水平试验组的最佳组合方案a1b2c3。（4）臭氧处理对亚硝酸盐的影响表4-13臭氧处理组亚硝酸盐的正交试验结果及均值响应Tab.4-13Orthogonaltestresultsofnitriteinozonetreatmentgroup因素臭氧含量（g）处理时间（min）水体大小（L）去除率（%）水平11110.00021220.16831331.45642122.29952230.00062310.00073130.00083211.00593321.942均值10.5410.7660.335均值20.7660.3911.470均值30.9821.1330.485极差0.4410.7421.13538 广东海洋大学农业硕士学位论文1.61.4亚1.2硝1酸0.8盐0.6均0.4值0.20a1a2a3b1b2b3c1c2c3水平号图4-11臭氧处理前后水体亚硝酸盐效应曲线图Fig.4-11Changerateofnitriteinwaterbeforeandafterozonetreatment从表4-13正交结果直观分析可知，经臭氧处理后，部分试验组水体的亚硝酸盐含量有所下降。由极差可得，各因素对试验结果影响顺序是：c>b>a。根据图4-11效应曲线图，可知各因素水平对结果影响的强弱顺序是：a3>a2>a1，b3>b1>b2，c2>c3>c1。根据各因素水平的重要性的顺序可知，臭氧处理亚硝酸盐的三因素三水平试验组的最佳组合方案a3b3c2。（5）臭氧处理对霍乱弧菌的影响表4-14臭氧处理组霍乱弧菌的正交试验结果及均值响应Tab.4-14OrthogonaltestresultsofVibriocholeraeinozonetreatmentgroup因素臭氧含量（g）处理时间（min）水体大小（L）去除率（%）水平111117.846212236.795313355.235421235.537522314.150623160.954731328.907832138.284933250.148均值136.62527.43039.028均值236.88029.74340.827均值339.11355.44632.764极差2.48828.0168.06339 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究6055黄50弧45菌40均35值302520a1a2a3b1b2b3c1c2c3水平号图4-12臭氧处理前后水体霍乱弧菌效应曲线图Fig.4-12VariationrateofVibriocholeraeinwaterbeforeandafterozonetreatment从表4-14正交结果直观分析可知，经臭氧处理后，各试验组水体的霍乱弧菌含量均有明显的减少，达到一个比较理想的灭菌效果。由极差可得，各因素对试验结果影响顺序是：b>c>a。根据图4-12效应曲线图，可知各因素水平对结果影响的强弱顺序是：a3>a2>a1，b3>b2>b1，c2>c1>c3。根据各因素水平的重要性的顺序可知，臭氧处理霍乱弧菌的三因素三水平试验组的最佳组合方案a3b3c2。（6）臭氧处理对副溶血弧菌的影响表4-15臭氧处理组副溶血弧菌的正交试验结果及均值响应Tab.4-15OrthogonaltestresultsofVibrioparahaemolyticusinozonetreatmentgroup因素臭氧含量（g）处理时间（min）水体大小（L）去除率（%）水平111143.478212288.88931338.333421218.75052230.000623153.3337313100.000832146.512933260.000均值146.90054.07647.774均值224.02845.13455.880均值368.83740.55536.111极差44.80913.52119.76940 广东海洋大学农业硕士学位论文8070绿60弧50菌40均30值20100a1a2a3b1b2b3c1c2c3水平号图4-13臭氧处理前后水体副溶血弧菌效应曲线图Fig.4-13VariationrateofVibrioparahaemolyticusinwaterbeforeandafterozonetreatment从表4-15正交结果直观分析可知，经臭氧处理后，除了a2b2c1组之外，其余试验组水体的绿菌均有明显的下降。由极差可得，各因素对试验结果影响顺序是：a>c>b。根据图4-13效应曲线图，可知各因素水平对结果影响的强弱顺序是：a3>a1>a2，b3>b2>b1，c2>c1>c3。根据各因素水平的重要性的顺序可知，臭氧处理副溶血弧菌的三因素三水平试验组的最佳组合方案a3b3c2。（7）臭氧处理对总异养菌的影响表4-16臭氧处理组总异养菌的正交试验结果及均值响应Tab.4-16Orthogonaltestresultsoftotalheterotrophicbacteriainozonetreatmentgroup因素臭氧含量（g）处理时间（min）水体大小（L）去除率（%）水平11110.000%212219.444%313368.389%421245.638%52235.941%623145.864%73130.315%83210.000%933254.040%均值129.27815.31815.288均值232.4818.46239.707均值318.11856.09824.882极差14.36347.63624.41941 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究60异50氧40菌30均20系列1值100a1a2a3b1b2b3c1c2c3水平号图4-14臭氧处理前后水体总异养菌效应曲线图Fig.4-14Changerateoftotalheterotrophicbacteriainwaterbeforeandafterozone从表4-16分析可知，经臭氧处理后，除了试验组1和8之外，其余试验组水体的异养菌均有减少。由极差可得，各因素对试验结果影响顺序是：b>c>a。根据图4-14效应曲线图，可知各因素水平对结果影响的强弱顺序是：a2>a1>a3，b3>b1>b2，c2>c3>c1。根据各因素水平的重要性的顺序可知，臭氧处理总异养菌的三因素三水平试验组的最佳组合方案a2b3c2。4.4讨论4.4.1紫外线和臭氧处理后对pH的影响在紫外线处理前后各个组合水体的pH值虽然变化率并不明显，各个组合中除了A2B3C1组和A3B3C2组分别是不变和上升，其他组的pH值均下降，但变化[87][88]幅度不大。目前对于紫外线对水体pH值的影响报道并不多。王静和樊杰研究指出，紫外光照前后，水体的pH值总体上有一定的下降，但并不显著。宋[89]心琦等人解释了紫外线照射后水体pH值下降的原因，是由于水体中有机物，在紫外线的照射下能提供足够的能量使原子发生跃迁，从而分子就从基态转变到激发态，而对于处于基态和激发态的高分子物质，它们的酸碱性是不一样的。本实验结果与前人的研究相符。至于另外两组pH升高来说，可能是实验误差造成的，其中原因目前还不知晓，有待进一步考证。在臭氧处理前后各个组合水体[11]PH的变化率总体上呈现出一个上升的趋势，但变化并不显著。Williams等人用臭氧处理海水后，海水的pH值由8.03上升到8.24，这是与本实验的实验结果是基本吻合。冯亚鹏[90]研究也发现了这一规律，并对这个现象进行了解释。这-2-是由于海水中CO2、HCO3和CO3等碳酸体系所构成的缓冲体系被臭氧氧化，-而其本身就被还原成O2，OH和H2O，从而导致水体的pH值升高。臭氧在氧化其他物质的同时也伴随着争夺H+的一个过程，这都导致水体pH的升高。4.4.2紫外线和臭氧处理后对COD的影响在紫外线处理前后各个组合水体的COD值虽然变化率并不是很显著，但是42 广东海洋大学农业硕士学位论文各个组别中水体的COD值还是有所下降。目前有关紫外线对水体COD值的影[87][88]响的报道并不很多。王静和樊杰的研究都发现紫外线处理下，水体的COD有所下降，但是下降的幅度很小，这是因为在紫外线照射下COD的下降伴随着的是一个光化学的氧化反应，但是由于紫外线对有机物的光解作用比较弱，而且具有相当的选择性，这就导致了COD的下降幅度不会很大。本实验结果与前人研究基本相符，表现为在臭氧处理前后，各个组合水体COD的变化率并不是特[91]别的显著，总体上也是呈现出一个下降的趋势。在朱峰的实验研究中，当COD的初始浓度是4.23mg/L时，经过30分钟的臭氧处理，COD的浓度下降到3.54mg/L,去除率为16.31%。这与本实验的基本相符，但是本实验的COD去除率相对于原水组变化却并没那么明显，最高去除率只达到3.59%，可能是因为处理时间的不同，还有就是在本实验处理过程中臭氧的出气情况并不时特别的良好，导致水体中臭氧的有效浓度不高。而且本实验计算水体中的臭氧浓度方法并不是水体中的实际溶解臭氧量，而是以额定功率臭氧发生器，通入臭氧一定的时间达到[14]理论臭氧含量进行臭氧消毒处理，这必然会有一个臭氧的自然分解过程，这都导致了水体中COD去除率的下降。4.4.3紫外线和臭氧处理后对氨氮的影响在紫外线处理前后各个组合水体的氨氮值变化率各不相同，有一定的下降，也有一定的上升，但是总体上下降的幅度较大。目前对于紫外线对水体中氨氮的[92]影响报道基本没有，只有张巍巍研究提出，在不同紫外光照的条件下，随着照射时间的延长氨氮的指标会先减小后增大，呈现出循环锯齿型变化，并且紫外线的光照强度越大这种规律就越明显。在不同的照射时间下，氨氮指标先减小后略有增加，而且照射时间越长这种规律的趋势越明显。但是，他并没有对于这一现象进行进一步的解释。而王静研究提出随着紫外光照射时间的增长，水体中的氨氮指标并没有什么变化。对于本实验现象同样不能给出科学的解释，究其原因，还需要进一步的探索研究。在臭氧处理前后各个组合水体中氨氮的变化率并不是[93]特别的显著，但总体上还是呈现出一个下降的趋势。宋奔奔等人在臭氧对大菱鲆半封闭循环水养殖系统的水质研究中发现，当添加臭氧浓度达到0.26mg/L时，总氨氮的去除率达到了18%。本实验各组的氨氮去除率都未达到前者的水平，这可能通入臭氧含量和处理时间、温度、pH等综合影响的缘故，具体原因还有待考究。4.4.4紫外线和臭氧处理后对亚硝酸盐的影响在紫外线处理前后各个试验组水体的亚硝酸盐含量均上升。目前对于紫外线对水体中亚硝酸盐的影响报道基本没有，蒋桃英学者曾在某饮用水进行消毒试验中发现，紫外灯消毒后导致水中亚硝酸盐增高，但其并没有对此现象进行解释说43 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究明。同样张巍巍研究提出：在不同的紫外线光照强度下，随着照射时间的推移，亚硝酸盐的指标先增长后减小，然后趋于平缓，而且光照强度越大，这现象越明显。在不同的紫外线照射时间下，亚硝酸盐指标不断减小，并且时间越长，这种规律就越明显。但对于此规律他也没有给出科学的解释。对于本实验现象笔者同样不能给出科学的解释，究其原因，还需要进一步的探索研究。宋奔奔等人的研究发现，臭氧浓度在0.26mg/L时，亚硝酸盐的去除率达到了8%。而朱峰研究表明，水体中亚硝酸盐的初始浓度是0.164mg/L，经过30分钟的臭氧处理，亚硝酸盐的浓度是0.0987mg/L，去除率达到了39.82%。本实验亚硝酸的去除率基本达到了宋奔奔等人所研究的水平，却与朱峰的实验研究相差较远，原因可能是与水体中的有效臭氧量和处理时间相关。4.4.5紫外线和臭氧处理后对弧菌的影响紫外线处理组对弧菌中黄菌和绿菌的影响。处理前后各个组合水体中的副溶血弧菌去除率比各个组合水体中的霍乱弧菌去除率高，有部分试验组的去除率为[94][95][96]100%，达到了完全灭菌的效果。这在柯强等、郑荣进等和张光辉等的研究都得到了不同程度的印证。在臭氧处理前后各个组合水体中弧菌的变化率均比较显著，达到了一个较理想的杀菌效果，但和紫外消毒处理相比灭菌效果就不显著了。4.4.6紫外线和臭氧处理后对总异养菌的影响在紫外线处理前后各个组合水体中总异养菌的变化率比较显著，总体上达到了较好的杀菌效果。但是相对于紫外线对弧菌的杀菌效能，紫外线对总异养菌的[96]杀菌效果还有待提高，这是因为紫外线的杀菌效能受到不同因素的影响，而且不同的细菌种类对紫外线的抗性也是有所不同。在臭氧处理前后各个组合水体中总异养去除率率还是比较显著的，但是a1b1c1、a3b1c3、a2b2c3、a3b2c1总异养菌的量却又较为明显的上升。在朱峰的实验研究中，以4g/h的额定功率，通入臭氧10min就杀灭了全部弧菌和89.81%的异养菌。本实验处理结果除菌率基本是在89.81%之下，最好的杀菌水平是在68.39%。4.5小结紫外线消毒与臭氧消毒处理均能明显去除水体中的弧菌和异养菌，且对pH、COD、氨氮及亚硝酸盐处理效果不明显。紫外线消毒处理组最优工艺为A1B3C3，在此条件下，霍乱弧菌、副溶血弧菌、异养菌、COD的去除率分别为97.59%、100%、94.46%、0.65%；臭氧处理组中最优工艺为a3b3c2，霍乱弧菌、副溶血弧菌、异养菌、COD的去除率分别为60.95%、60%、54%、0.41%。紫外线消毒处理效果优于臭氧处理。44 广东海洋大学农业硕士学位论文5凡纳滨对虾工厂化养殖模式水处理效果分析5.1引言对虾工厂化养殖就是对虾的高密度集约化养殖（Super-intensivefarming），是一种现代化的养殖模式。在养殖过程中，通过投入机械、电子、化学、生物及自动化等现代化设施，对养殖水体的的各项指标因子进行调控，精确掌控养殖池[97]内水体的生态环境，为对虾的生存与生长创造最佳条件。我国在工厂化养殖[98]方面的研究起步较晚，尚处初级发展阶段，但随着近年来的深入研究开发，[99]在对虾工厂化循环水养殖系统等方面的研究也取得了一定的成果。工厂化养虾的优点是产量高、多茬养殖和拓宽上市时间,尤其是水处理技术的运用使疾病[100]容易控制。凡纳滨对虾(L.vannamei)，分类地位为节肢动物门(PhylumArthropoda)、甲壳[101]纲(ClassCrustacea)、对虾科(Penaeidae)、滨对虾属(Litopenaeus)。具有生长速度快、对饵料种类和档次要求低、抵抗外部环境变化能力强、味道鲜美和加工过程出肉率高等特点，是国际水产品市场和世界从事虾类养殖者欢迎和争夺的对[102]象。我国凡纳滨对虾养殖业发展速度较快，目前已经占我国对虾养殖产量的70%以上。养殖模式由传统的单一粗养模式转变为高位精养模式、工厂化模式、温棚模式和如东小棚等多种模式并存的局面。本实验通过在工厂化养殖凡纳滨对虾期间，测定养殖系统中各个水处理设备包括微滤机、泡沫分离器以及生物滤器的水质变化，分析系统运行状况以及水处理效果，为工厂化养殖模式及各水处理技术的开发、推广提供理论依据和实验基础。5.2材料与方法5.2.1基本情况本实验在湛江市海威水产有限新建的工厂化养殖系统进行，系统水处理的工艺流程如图4-1所示，主要包括养殖池、微滤机、泡沫分离器以及生物滤器等水处理设备，设备的性能结构主要参数如表4-1所示。工厂化养殖系统中，养殖实23验池共4个，面积为132m，池深1.5m，水深1m，总养殖水体约528m，供气3以及排水设施配备完全，系统总流水量约为176m/h，日循环次数为8次，循环率为3h，日补水率越为3%。45 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究微滤机泵池蓄水池养殖池生物滤器泡沫分离图4-1水处理流程图Fig.4-1Watertreatmentschematicdiagram表5-1系统主要设备及性能结构主要参数Tab.5-1Designparametersofmainfacilitiesandperformanceofthesystem设备名称主要结构性能参数功率/kwFacilitiesDesignparametersofmainfacilitiesPower/kw转鼓式微滤机尺寸Φ800*1060mm，滤网为200目，内置反冲洗系统1.373离心泵设置在微滤机后的泵池，提供43m/h的流速2.2泡沫分离器尺寸为L150*D144*H2662.25生物过滤器尺寸Φ1200*2500mm罗茨鼓风机共两台，用于养殖池供养及连接生物滤器1.5*25.2.2实验方法在对虾养殖中后期，连续10d于早上9:00采集养殖池内、微滤机处理后、泡沫分离器处理后以及生物滤器处理后的水样，每个采集点各采集四个样本。测定氨氮、亚硝酸盐、化学需氧量、有机物悬浮物及溶解氧等水质指标并计算平均值。指标的测定方法同3.2.3，实验数据采用EXCEL2007和SPSS19.0等软件进行统计与分析。5.3实验结果与分析实验期间，凡纳滨对虾工厂化养殖池内、微滤机、泡沫分离器及生物滤器各水质指浓度如表5-2所示。表5-2工厂化养殖模式下水质统计（平均值±标准差）Tab.5-2StatisticsofWaterqualityinfactoryfarmingmode（mean±SD）+-NH4-4（mg/L）NO2-N（mg/L）COD（mg/L）SS（mg/L）DO（mg/L）aaaaa养殖池内1.70±0.410.36±0.115.95±0.41103.69±2.505.72±0.21aaaba微滤机1.71±0.440.36±0.115.76±0.4753.60±2.585.56±0.19aabca蛋白分离器1.62±0.420.35±0.084.65±0.6624.05±2.725.65±0.23bbccb生物滤器0.51±0.160.24±0.072.98±0.3323.45±3.025.89±0.29去除率70%33.33%49.91%77.38%46 广东海洋大学农业硕士学位论文注：同一列数据上标小写字母不同，表示有显著差异（P<0.05）Notes：Columndatamarkedwithdifferentsuperscriptsmeansignificantdifference（P<0.05）5.3.1微滤机与泡沫分离器的水处理效果根据表5-2可知微滤机能显著性的去除养殖水体SS（P<0.05），对COD也有一定的去除效果。经微滤机处理后，水体中的COD与SS浓度分别维持在5.76±0.47mg/L和53.60±2.58mg/L，且从图5-2和图5-3可以看出微滤机在实验期间能够持续对COD和SS提供稳定的处理能力。根据表5-2可知泡沫分离器对COD与SS均有显著性的去除效果（P<0.05），经处理后水体中的COD与SS浓度分别维持在4.65±0.66mg/L和24.05±2.72mg/L。从图5-2和图5-3能看出，泡沫分离器能对微滤机处理过后的养殖水体进一步净化，能稳定地去除水体中的COD和SS。7）654池内3微滤机浓度（mg/L2泡沫分离器COD10生物滤器12345678910采样次数图5-2各装置COD浓度Fig.5-2CODconcentrationchangersofwatertreatmentunits120）10080池内60微滤机4020泡沫分离器悬浮物浓度（mg/L0生物滤器12345678910采样次数图5-3各装置SS浓度Fig.5-3SSconcentrationchangersofwatertreatmentunits5.3.2生物滤器的水处理效果由表5-2可知，生物滤器对COD、氨氮以及亚硝酸亚均有显著性的处理效果（P<0.05），经生物滤器处理后，水体中的COD、氨氮以及亚硝酸盐浓度分别为2.98±0.33mg/L、0.51±0.16mg/L、0.24±0.07mg/L，系统COD去除率是为47 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究49.91%、氨氮去除率为70%、亚硝酸盐去除率为33.33%。根据图5-2、5-4、5-5可知在生物滤器能在对虾养殖期间稳定的去除水中的COD、氨氮、亚硝酸盐，尤其是氨氮。2.5）21.5池内1微滤机0.5泡沫分离器氨氮浓度（mg/L0生物滤器12345678910采样次数图5-4各装置氨氮浓度Fig5-4Ammonianitrogenconcentrationchangersofwatertreatmentunits0.6）0.50.4池内0.3微滤机0.2泡沫分离器0.1亚硝酸盐（mg/L生物滤器012345678910采样次数图5-5各装置亚硝酸盐浓度Fig5-5Nitriteconcentrationchangersofwatertreatmentunits5.4讨论在工厂化养殖模式中，氨氮与亚硝酸盐的处理能力是衡量系统水处理能力的关键。生物滤器作为系统中水处理技术的核心，能有效的去除水体中的氨氮、亚[103]硝酸盐。宋协法等人在不同填料用作生物处理的循环水系统研究中表明，氨[104]氮的平均去除率为53.2%。管崇武等人在构建凡纳滨对虾工厂化养殖系统中，水体中的的溶解氧均值为5.85±1.09mg/L，氨氮浓度为0.39±0.12mg/L，水体指[105]标均符合养殖要求。李玉全在对虾工厂化养殖与池塘养殖环境差异比较试验中，当工厂化养殖水经过带有裙带菜的养殖槽后，水体中氨氮、亚硝酸盐的去除率分别是58.1%和55.9%。在本实验中，工厂化养殖系统中生物滤器在养殖实验期间表现出了良好的水处理能力，系统氨氮的浓度为0.51±0.16mg/L，亚硝酸盐浓度为0.24±0.07mg/L，去除率分别是70%、33.33%，与前人研究结果相比，虽然系统中氨氮的浓度高于前人所研究的，但由于系统中DO充足，能保证对虾在48 广东海洋大学农业硕士学位论文该环境下健康成长。良好达到氨氮处理能力对于工厂化养殖模式来说是十分重要[106]的，可避免系统中因高密度养殖累积大量的氨氮对养殖对虾的影响。亚硝酸盐度的处理能力对于工厂化养殖也同等重要，可避免高浓度的亚硝酸盐对养殖对[107][108]虾血液机能造成伤害，导致出现不良生理反应，甚至出现死亡。WJohnson等构建垂直流动式水处理实验中，测定其对SS的处理能力，去除率高达82%。[109]傅雪军等人在循环水系统养殖实验中，其系统COD和SS的去除率分别是25.36%和30.30%。本实验系统出水COD和SS的浓度分别是2.98±0.33mg/L和23.45±3.02mg/L，去除率为49.91%和77.38%，实验结果与前人实验中所得基本相符。溶解氧DO是对虾养殖环境中最主要的影响因子之一。对虾对低溶解氧的适[110,111]应性很差,低溶氧是导致南美白对虾产生疾病和生长不良的主要因素。较高浓度的DO能降低氨氮与亚硝酸盐的毒性，且还能提高养殖系统中氧气的利用[112]来提高养殖效益。本试验中，系统中各装置内溶解氧浓度均维持在5.5mg/L，可保证当前养殖水平下凡纳滨对虾的健康生长。5.5小结工厂化养殖系统在养殖过程中，运行稳定，各项水处理技术指标水处理效率高，系统出水的各项指标均显著低于养殖池内的浓度（P<0.05），水处理工艺可行，能够为工厂化养殖的运行提供良好的水质环境。49 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究6凡纳滨对虾不同养殖模式下的水质理化指标比较及效益分析6.1引言我国凡纳滨对虾养殖业发展速度较快，目前其养殖模式主要有工厂化养殖和高位池养殖。对虾工厂化养殖能有效的对水温、溶氧、光照和饵料等各项因子进行调控,有利于阻隔病原体的传播，预防疾病爆发，为对虾提供适宜的生存环境,[113]以实现高产、高效养殖。高位池养殖（higher-placeponds）是20世纪90年代中期由泰国引进，其以动力提水的方式区别于传统土池养殖的养殖模式，并根据各地养殖条件的不同产生几种不同的养殖池构造模式。主要虾池有全土质结构的土池高位池；以水泥或地膜覆盖池壁的护坡高位池；池壁和池底全部铺设地膜并固定在池堤上的地膜高位池，此种养殖池封闭性更高。也有的地方有全水泥构造的高位池。高养殖水环境恶化是诱发虾病爆发的主要原因之一，研究养殖环境中的水质变化规律，对于科学调控养殖水质和预防虾病爆发具有重要的理论指导意义。本文通过对凡纳滨对虾工厂化养殖与地膜高位池养殖两种不同模式下养殖池的水质理化因子进行周期性连续监测，旨在掌握整个养殖周期中养殖水体的水质理化变化及一般规律；同时对这两种养殖模式的经济效益进行统计分析，为养殖户合理选择养殖模式提供参考。6.2材料与方法6.2.1实验时间与地点实验于2017年4月22日至7月22日，在广东省湛江市雷州市海威水产养殖有限公司养殖场进行。微滤机养殖池Bio-carrier蛋白分离器生物过滤器图6-1海威水产养殖有限公司工厂化养殖水处理示意图Fig.6-1schematicdiagramofwatertreatmentforfactoryaquacultureinHaiweiaquacultureCo.,Ltd.50 广东海洋大学农业硕士学位论文6.2.2养殖条件和采样养殖池在本次试验中对4口对虾养殖池（A1、A2、B1、B2）进行水质监测，其中A1、A2为室内工厂化养殖池，B1、B2为室外高位池养殖。各池塘面积、水深及养殖密度等情况如表1所示。表6-1各试验养殖池基本情况表Tab.6-1Basictableofexperimentalbreedingpools养殖设备参数A1A2B1B2池塘面积（m2）505016681668水深（m）111.21.2养殖密度（万尾/亩）26261616平均体长（cm）3.56±0.23a3.52±0.11a4.20±0.07b4.24±0.11b平均体重（g）0.52±0.05a0.48±0.14a0.96±0.09b1.01±0.10b转鼓式微滤机1.37kw1.37kw无无泡沫分离器Φ1000*2660mmΦ1000*2660mm无无功率2.25kw功率2.25kw生物过滤器Φ1200*2500mmΦ1200*2500mm无无罗茨鼓风机1.5kw1.5kw无无水车增氧机/亩无无3kw3kw注：同行字母相同表示处理间无显著差异（P>0.05），不同字母表示处理间差异显著（P<0.05）Note:Thesamelettersmarkedbypeersindicatenosignificantdifferencebetweenthetreatment(P>0.05),butthedifferenceissignificant(P<0.05).6.2.3养殖环境监控指标及测定方法实验从放苗开始，于每天7:00用多功能水质测定仪（YIS6920型）测定养殖水的水温（T）、盐度(S)、pH、溶解氧(DO)，并记录投喂量等养殖操作。养殖过程中每10天采集一次水样，采集时间为上午8:00~10:00，每个采样点各采集3个样本，测定其水质指标后并计算平均值。测定指标有氨态氮、亚硝态氮(NO2-N)、化学耗氧量(COD)、弧菌以及异养菌等水质指标及对虾的体重体长。指标的测定方法同3.2.3，实验数据采用EXCEL2007和SPSS19.0等软件进行统计与分析。6.3结果分析6.3.1工厂化养殖与高位池养殖水质理化指标的比较表2为实验期间各养殖池水质统计分析情况表。工厂化养殖池（A1和A2）的温度、盐度及氨态氮与高位池养殖池（B1和B2）中存在显著性差异（P<0.05）；而在其他指标上没有显著性差异。51 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究表6-2实验期间各养殖池水质统计（平均值±标准差）Tab.6-2Statisticsofwaterqualityofeachpondduringtheexperimentperiod(meanvalue±standarddeviation).养殖池A1A2B1B2理化指标水温℃28.86±1.95a28.85±1.93a28.87±2.30b28.88±2.31bpH值8.11±0.21a8.12±0.21a8.04±0.22a8.01±0.22a溶解氧（mg/L）5.80±0.64a5.82±0.64a5.61±0.85b5.58±0.85b盐度（‰）29.49±2.29a29.39±2.19a27.36±2.15b27.37±2.15b氨态氮（mg/L）1.23±0.67a1.21±0.67a0.54±0.30b0.53±0.30b亚硝酸态氮（mg/L）0.23±0.18a0.24±0.19a0.19±0.16a0.18±0.16a化学需要量（mg/L）13.09±5.32a13.19±5.32a11.71±5.16a11.70±5.16a3弧菌╳10（cfu/mL）3.25±1.82a3.25±1.82a3.65±1.87a3.64±1.87a3异养菌╳10（cfu/mL）28.89±14.31a28.89±14.31a34.52±17.71a34.51±17.71a注：同行所标的字母相同表示处理者间无显著性差异（P>0.05），反之则是差异显著（P<0.05）Note:Thesamelettersmarkedbypeersindicatenosignificantdifferencebetweenthetreatment(P>0.05),butthedifferenceissignificant(P<0.05).（1）水温工厂化养殖池与高位池养殖池的水温波动情况如图5-2所示。图中的工厂化的数据是由A1、A2两个池的数据平均值所得；高位池的则是B1、B2池的平均值。两种养殖模式的水温都是从放苗的第一天即4月22日起的24.4℃、23.3℃到收虾时的30.9℃、31.5℃，呈逐渐上升趋势。工厂化养殖池的水温普遍高于高位池养殖池，且稳定。在养殖中期，因受台风降温天气影响，高位池养殖池的水温波动大，下降速度快。在养殖后期，两种养殖模式的水温波动都较小。343230）℃2826工厂化水温（24高位池2220110192837465564738291养殖天数（d）图6-2工厂化养殖与高位池养殖水温波动图Fig.6-2Factoryfarmingandpondfarmingwatertemperaturefluctuations52 广东海洋大学农业硕士学位论文（2）pH值和溶解氧工厂化养殖池与高位池养殖池的pH值波动情况如图5-3所示。两种养殖模式的pH波动都随养殖时间的增加而不断的下降。由图可知，两者收苗时的pH值都比放苗时低，其中工厂化养殖池的整个养殖周期的pH的变化范围是7.67-8.55，高位池养殖池的pH值的变化范围是7.48-8.62，所以高位池养殖池的pH变化波动相对工厂养殖池的大。98.58值pH7.5工厂化高位池76.5110192837465564738291养殖天数（d）图6-3工厂化养殖与高位池养殖pH值波动图Fig.6-3ThefluctuationoffactoryfarmingandaquaculturepondpH工厂化养殖池与高位池养殖池的溶解氧（OD）值波动情况如图5-4所示。两种养殖模式的溶解氧OD均随养殖时间的增加而下降的过程。养殖过程中，工厂化养殖池的OD变化范围是4.94-7.25，但波动不大；高位池养殖池OD变化范围是4.51-7.22，养殖中期受台风降雨天气的影响，OD值波动较大。8）7mg/L65工厂化4高位池溶解氧（3110192837465564738291养殖天数（d）图6-4工厂化养殖与高位池养殖OD值波动图Fig.6-4FactoryfarmingandpondfarmingODvaluefluctuation（3）盐度工厂化养殖池与高位池养殖池的盐度波动情况如图5-4所示。两种养殖模式在前期（4月末5月初）盐度都是逐渐上升，中期受连续阴雨台风天气影响逐步下降，其中高位池养殖池的盐度明显波动更大。中后期时，工厂化养殖池盐度呈逐步上升的趋势，由于天气变化原因，高位池养殖的盐度变化则是呈现逐步上升53 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究—下降—上升的过程。3028）‰2624工厂化盐度（高位池2220110192837465564738291养殖天数（d）图6-5工厂化养殖与高位池养殖盐度波动图Fig.6-5Factoryfarmingandpondfarmingsalinityfluctuations（4）氨态氮（TAN）工厂化养殖与高位池养殖池氨态氮（TAN）变化如图5-6所示。结果显示在养殖过程中A1池和A2池以及B1池和B2池之间的TAN值变化非常接近。两种养殖模式的氨态氮均随养殖天数的增加逐渐升高，养殖后期的TAN明显高于前期；工厂化养殖池的TAN在养殖过程中的波动幅度大于高位池，在养殖60天左右达到峰值2.06mg/L；随后缓慢下降，这可能是与亚硝化细菌的世代生长交替周期有关。2.52）1.51A1mg/L0.5A20B1-0.51112131415161718191B2氨氮浓度（-1-1.5养殖天数（d）图6-6工厂化养殖与高位池养殖池氨态氮（TAN）变化Fig.6-6Factoryfarmingandpondfarmingtotalammonianitrogen(TAN)changes（5）亚硝酸态氮工厂化养殖与高位池养殖亚硝酸态氮变化如图5-7所示。结果显示在养殖过程中A1池和A2池以及B1池和B2池之间的亚硝酸态氮值变化非常接近，在养殖中前期部分重叠。两种养殖模式的亚硝酸态氮的变化趋势相似，且有明显的规律性。在养殖中前期，两者均保持在较低的水平，在中期迅速上升，峰值且小于0.5mg/L。54 广东海洋大学农业硕士学位论文10.5）A1mg/L01112131415161718191A2-0.5B1亚硝酸氮（-1B2-1.5养殖天数（d）图6-7工厂化养殖与高位池养殖亚硝酸态氮变化Fig.6-7Factoryfarmingpondfarmingandnitritenitrogenchanges（6）化学需要量（COD）工厂化养殖与高位池养殖亚硝酸态氮变化情况如图5-8所示。结果显示在养殖过程中A1池和A2池以及B1池和B2池之间的化学需氧量变化非常接近，在养殖中过程中基本重合。两种养殖模式的COD都随着养殖时间的增加逐渐升高。工厂化养殖A1、A2池COD的波动范围在3.61-19.2598mg/L；高位池养殖B1、B2池的COD波动范围为2.79-16.98mg/L。25）20mg/L15A110A2浓度（B1CIOD5B201112131415161718191养殖天数（d）图6-8工厂化养殖与高位池养殖化学需要量（COD）变化Fig.6-8Factoryfarmingandpondfarmingchemicaloxygendemand(COD)changes（7）弧菌和异氧菌工厂化养殖与高位池养殖弧菌数量变化如图5-9所示。4个池塘的弧菌变动情况基本呈现相似的规律，大致呈升—降—升—降；中前期波动幅度较大，后期波动小。A1、A2池的峰值达5700cfu/ml略高于B1、B2池（5000cfu/ml）。55 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究70006000）50004000A1cfu/mL3000A22000B1弧菌（1000B201112131415161718191养殖天数（d）图6-9工厂化养殖与高位池养殖弧菌变化Fig.6-9FactoryfarmingandpondfarmingchangeVibrio工厂化养殖与高位池养殖异养菌数量变化如图5-10所示。养殖过程中，4个池塘的异氧菌大致呈现先升后降然后又升再降的趋势。工厂化养殖A1、A2池4异氧菌峰值出现在养殖30天后，约5×10cfu/ml；。高位池养殖B1、B2异氧菌4变化有两个峰值，第一次出现在养殖30d左右，约5×10cfu/ml；第二次峰值在养殖60天左右，约6.48×104cfu/ml。7000060000）5000040000A1cfu/mL30000A220000B1异养菌（10000B2012345678910养殖天数（d）图6-10工厂化养殖与高位池养殖异养菌变化Fig.6-10Factoryfarmingandpondfarmingheterotrophicbacteriachange6.3.2工厂化养殖与高位池养殖效益分析比较工厂化养殖与高位池养殖模式对虾生长情况与经济效益分析如表3所示。其中包括收虾时凡纳滨对虾的规格、饵料系数等其他基本情况以及两种养殖模式的成本构造、收成及利润情况；可变成本包括饲料费用、水电费用、苗种费用和药品；固定成本则主要是固定职工费和养殖设备设施的折旧费用。由表3可得凡纳滨对虾在工厂化养殖模式下的存活率、单位产量和亩产纯利润都比高位池养殖高，因此，在两种养殖模式下，工厂化养殖的效益较高。56 广东海洋大学农业硕士学位论文表3工厂化养殖与高位池养殖模式对虾生长情况及分析表Tab.3Factoryfarmingandpondfarmingmodeofshrimpgrowthandanalysistable工厂化养殖模式高位池养殖模式养殖密度（万尾/亩）2616存活率（%）7256饵料系数1.121.42规格（尾/斤）3835单位产量（斤/m2）7.43.8种苗费（元）56683488饵料费（元）2218514450电费（元）156005850人工费（元）69007500药品（元）44004400基建折旧（元）300006000总成本（元）7745341688总收入（元）11330561440纯利润（元/亩）3585219752产入：产出1：1.461:1.476.4讨论6.4.1水质理化指标良好的水质条件对于任何水产养殖业都至关重要。生态条件不充分时，水生[114]生物容易受到压力。高压力水平会影响养殖对象的摄食和生长速度。因此，定期对虾池水质进行监测，不仅有助于预测和控制养殖临界条件，而且还避免环境损害和生产过程中断的风险。（1）水温与盐度水温是影响对虾生长和存活的最为重要的影响因子之一。它可以直接影响对虾的新陈代谢、生长、蜕皮等活动，还可以通过影响其他的因子，如水体中的溶[115]解氧、盐度等间接影响对虾的养殖。有研究表明，盐度对海洋虾的增长率有[116]更大的影响。凡纳滨对虾可栖息于1-40‰或更高的盐水中，但15-25‰被认[117]为是培养的最佳盐度。水温和盐度被认为是影响水生动物耗氧量的主要非生[118]物因素。在温度25-30°C和盐度13-25‰的情况下，耗氧量更加稳定。由本次实验结果可见，工厂化养殖与高位池养殖两种养殖模式的水温和盐度存在明显差异。对于养殖水体的温度而言，虽然两种养殖模式水温的均值相当，但高位池养殖的水温波动大，容易随着天气的变化而发生改变，进而伴随着盐度的波动，高位池养殖水体的盐度变化幅度要大于工厂化养殖模式，呈现逐步上升——下降——上升的过程。这与高位池养殖池露天养殖有关，易受外界环境的影响。工厂57 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究[113]化养殖水温相对比较稳定，变化规律不明显。李玉全等在工厂化养殖系统分析研究中提出工厂化养殖水温相对稳定是因其使用水温相对稳定的地下水有关。（2）溶解氧与pH值溶解氧是水产养殖中最要要的影响因子之一，它能显著影响对虾的成活和生[113]长。对虾大部分时间生活在池塘的底层，由于有机体的呼吸和饲料残渣和粪便的分解，特别是在夜间，可能会导致养殖物缺氧甚至死亡。因此，DO常常被认为是决定对虾养殖成功和强化的重要环境因素。DO值大于5.0ppm被推荐用于集约化养殖。据报道凡纳滨对虾生存最适pH值为7.8～8.6，适于在弱碱性水中生活，耐受范围是7-9，低于7时就会出现个体生长不齐，对虾活动受限制，[119]高于9时易发生氨中毒。在本次实验中，工厂化养殖模式的溶解氧含量明显高于高位池养殖且比其稳定，一方面是由于工厂化养殖模式中增氧稳定且不容易受外界环境的影响，另一方面则是工厂化养殖水体相对较少且水位较浅，再者加上较为频繁的水流交换使其水体的水质状况较为均匀。另者，工厂化养殖模式与高位池养殖模式的pH值的波动趋势都是在养殖中前期伴着养殖天数的增加逐渐下降，在养殖中后期则在较小的水平上波动。（3）化学需要量-1[120]有研究认为养殖水体COD小于6mg·L的范围内较为合适，化学需氧量高意味着水中含有大量还原性物质，其中主要是有机污染物。化学需氧量越高，就表示养殖水体的有机物污染越严重。本实验中，而监测的两个养殖模式池塘水-1体COD在养殖28d即达到7mg·L以上，随后逐渐升高尤其到养殖后期，工厂化养殖模式水体的COD积累明显高于高位池养殖模式。这说明了工厂化养殖模式下，养殖水体收到有机污染物的程度要高于高位池养殖模式。这主要也是由于工厂化养殖模式下放苗密度高，残余饵料、粪便等产生的量要高。（4）氨态氮与亚硝酸态氮[121]Samochaetal分析认为，较低的养殖密度会使养殖水体中氨态氮的浓度保持在较低的水平。此外，还有诸多学者认为，养殖过程中的管理措施和养殖密度[121,122]是影响氨氮的主要原因。本试验中，两种养殖方式的在管理措施方面基本上是相同的。然而，养殖密度较高的工厂化养殖的养殖水体氨氮含量显著高于高位池养殖池塘，说明养殖密度是影响总氮含量的主要原因。这与Samochaetal、Martinetal的观点相符。亚硝酸态氮对养殖对虾具有很强的毒性作用，是氨氮在转化为硝态氮过程中产生的不稳定中间产物。在养殖过程中，其来源主要有两个：一个是养殖水体中OD含量高时，氨氮发生硝化反应氧化为亚硝酸态氮；二是当DO含量较低时，硝态氮发生反硝化反应还原成硝酸态氮。若水体中的亚硝酸态氮过高时，养殖对虾血液对DO的亲和性明显下降，容易导致对虾出现类似缺氧58 广东海洋大学农业硕士学位论文[123]的症状，并对机体产生毒性作用。实验中，工厂化养殖模式的亚硝酸氮略高于高位池养殖模式但和其亚硝氮变化波动相似，这说明了对虾养殖水体环境的亚硝酸态氮的变化有明显的规律性。（5）弧菌与异养菌在养殖环境中,细菌扮演这重要的角色既是各种有机物质的分解者和转化者,又是物质和能量的贮存者。在海水养殖环境与生态学研究，异养菌和弧菌作[124]为必不可少的研究对象，表明了其重要的地位和作用。李卓佳等在研究凡纳滨对虾高位池养殖水体细菌与理化因子关系中表明，弧菌与pH呈负相关，与COD呈正相关；异养菌则与养殖水体中的溶解氧呈正相关。在本研究中，两种养殖模式的弧菌和异养菌的变化规律相似，在养殖初期都含量都比较低，养殖中后期较高的。在高位池养殖模式中，弧菌与异养菌的数量基本高于工厂化养殖，这可能与高位池养殖模式水质环境易受外界环境的影响。6.4.2养殖效益水产养殖经济效益是衡量养殖模式可行性的重要因素，养殖产量以及成本的[125]投入与养殖模式是否盈利密切相关。刘鹰等报道封闭式循环水养殖密度10293尾/m,养殖84d,存活率达64%左右，产量为6.9kg/m3,可见工厂化养殖能很好的利用水体，获得高经济效益。本实验结果显示，在养殖91d后，凡纳滨2对虾在工厂养殖模式下存活率72%，单位产量达7.4斤/m，亩产纯利润达35852元，投入产出比为1:1.46；在高位池养殖模式下存活率为56%，单产量为只有23.8斤/m，亩产纯利润19752元，投入产出比为1:1.47。工厂化养殖模式的亩产量虽然高于高位池养殖模式的，但投入产出比并没有比其高，主要原因是工厂化养殖基建成本占了总成本38.7%，在一茬的养殖中尚未能体现工厂化养殖模式的高效率优势，更长时间的养殖能在一定程度上减少基本成本在总成本的比例。另外实验结束时，凡纳滨对虾的价格在23元每斤左右，价格的低谷也是拉低本次养殖利润因素之一。工厂化养殖模式虽然初期设备以及基建投入高，在养殖过程中运行成本也较高。但面对众多养殖模式成功率普遍低下的情况下，工厂化养殖模式所具备的优点能保证其相对较高的养殖成功率。因此，在合理的规划与调控下，工厂化养殖模式是有极大的利润收成空间及推广价值。6.5小结（1）观察和分析工厂化养殖模式和高位池养殖模式的水质理化生物等指标表明在高位池养殖模式下水体的环境负荷低于工厂化养殖模式下的水体。虽然工厂化养殖模式下水体的氨氮显著性高于高位池养殖模式，但由于工厂化养殖模式水质因子受人工调控，水体中的溶解也高于高位池养殖模式的水体，从而进一步59 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究保障了凡纳滨对虾在高氨态氮的环境中也能生存。（2）工厂化养殖模式下凡纳滨对虾的生长速度低于高位池养殖模式且养殖成本远高于高位池养殖模式，但由于工厂化养殖模式下凡纳滨对虾的养殖密度高，可以弥补在生长速度方面的不足，以获得更高的单位面积和生长量。相比较于高位池养殖模式，工厂化养殖模式投资前期风险比较高，养殖用户需根据自身的情况来选择合适的养殖模式。60 广东海洋大学农业硕士学位论文7结论本论文分别研究了沙滤池、泡沫分离器、臭氧发生器、紫外线等水体处理与净化设备对养殖水体的净化效果，并在此基础上优化各水处理环节，以实现最优净水效果；另外也探讨了凡纳滨对虾（Litopenaeusvannamei）在高位池与工厂化这两种养殖模式下养殖水体的变化规律、对虾的生长状况、养殖效果及经济效益。主要得出以下结论：（1）池滤池能显著的去除水体中的弧菌、异养菌；对钙离子、镁离子、活性磷、总磷、总硬度、总铁和COD等胶体、金属离子以及有机物都有明显的吸附、截留作用；对pH、盐度的影响不明显。在运行50天左右时沙滤池的过滤效果明显下降，且部分指标在经过沙滤处理后其含量反而增加，因此需对其进行反冲洗，具体反冲洗频率还需进一步研究。（2）泡沫分离器净水效果与运行条件间关系模型的构建，经检验具有一定的统计学意义，可以根据水体初始浓度和运行条件来预测各项水质指标的去除率，反之，也可以根据实际想要的净水效果来调整泡沫分离器的运行参数。（3）紫外线消毒与臭氧消毒处理均能明显去除水体中的弧菌和异养菌，且对pH、COD、氨氮及亚硝酸盐处理效果不明显；紫外线消毒处理组最优工艺为A1B3C3，臭氧处理组中最优工艺为a3b3c2；紫外线消毒处理效果优于臭氧处理。（4）工厂化养殖系统在养殖过程中，各项水处理技术指标水处理效果好；能显著性去除系统中的氨氮、亚硝酸盐、化学需氧量、SS（P<0.05），能够为工厂化养殖的运行提供良好的水质环境。（4）高位池养殖模式下水体的环境负荷低于工厂化养殖模式下的水体，凡纳滨对虾的生长速度高于工厂化养殖模式且养殖成本相对较低，但由于工厂化养殖模式下凡纳滨对虾的养殖密度高，可以弥补在生长速度方面的不足，以获得更高的单位面积和生长量；相比较于高位池养殖模式，工厂化养殖模式投资前期风险比较高。61 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究参考文献[1]宁岳,曾志南,苏碰皮,等.福建海水养殖业现状、存在问题与发展对策[J].渔业研究,2011,33(3):31-36.[2]申玉春,熊邦喜,叶富良,等.南美白对虾高位池细菌数量变化及其与水环境因子的关系[C]//2003水产科技论坛.2003.[3]何建国,孙成波.高位池对虾精养技术及病害防治Ⅰ.高位池种类、结构[J].中山大学学报(自然科学版),2004,43(6):6-10.[4]苏跃朋,马甡,王栋成.山东省岸堤水库鱼病调查及防治[J].齐鲁渔业,2004(4):43-43.[5]曲克明,杜守思.海水鱼类节约型工厂化养殖构建工程技术[J].中国水产,2010(6):47-48.[6]HondaH,UshijimaD,IshiharaH,etal.Aregionalvariationofacetylcholine-inducedrelaxationindifferentsegmentsofrataorta[J].Physiology&Behavior,1997,63(1):55.[7]SullivanP,ClarkWL,KaiserPK.BilateralendogenousendophthalmitiscausedbyHACEKmicroorganism[J].AmericanJournalofOphthalmology,2002,133(1):144-145.[8]LeonardN,BlanchetonJP,GuiraudJP.Populationsofheterotrophicbacteriainanexperimentalrecirculatingaquaculturesystem[J].AquaculturalEngineering,2000,22(1–2):109-120.[9]李连春,梁日东,张广海,等.中国淡水工厂化循环水养殖的发展现状与趋势[J].科学养鱼,2011,2011(7):4-5.[10]丁永良.丹麦、西德工业化养鱼与饲料机械考察[J].渔业现代化,1986(6):7-10.[11]刘杰贞.浅谈我国陆上水产养殖工程化装备现状及发展[J].农村经济与科技,2017(22):10-12.[12]申玉春.对虾高位池生态环境特征及其生物调控技术的研究[D].华中农业大学,2003.[13]P.Rönnbäck,TroellM,N.Kautsky,etal.DistributionPatternofShrimpsandFishAmongAvicenniaandRhizophoraMicrohabitatsinthePagbilaoMangroves,Philippines[J].EstuarineCoastal&ShelfScience,1999,48(2):223-234.[14]彭云辉,陈玲娣,陈浩如.珠江河口水域磷酸盐与溶解氧的相互关系[J].海洋通报,1991(6):25-29.62 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凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究致谢时光飞逝，转眼间两年紧张而又充实的研究生生活即将画上句号。在这两年的学习期间，我得到了很多老师、同学和朋友的关怀和帮忙。在论文即将完成之际，我要向所有期间给予我支持、帮忙和鼓励的人表示我最诚挚的谢意。首先，我要深深的感谢我的导师刘建勇教授。在毕业课题实验的选题、方案的设计、实验的开展及在论文的写作过程中，感谢刘建勇老师的帮助和指导，使我在研究和写作过程中明确自己的目标。在这两年的研究生生涯中，刘老师以身作则，为我指点迷津，引导我往正确的方向前进。他对学术与工作的热诚、一丝不苟的工作作风、诲人不倦的教学精神，都是我学习的榜样。谨此，向刘建勇教授致以最崇高的敬意和最真挚的感谢！其次特别感谢栗志民老师、刘志刚老师的帮助和指导。谢谢你们在学习和生活上给予的帮助和关爱。接着是非常感谢刘加慧师姐、谢妙师兄以及实验室师兄师姐们、高友同学、方义同学、师弟、师妹等在实验上、生活上给予的关心与帮助。谢谢你们给予我一个美好的研究生生涯。谢谢你们一路的相伴！感谢湛江市国联水产开发股份有限公司和湛江市海威水产有限公司的大力支持。最后要特别感谢我的父母和家人，感谢你们一路以来对我的栽培、支持和鼓励！再一次向所有关心和帮助过我的老师和朋友们表示诚挚的谢意！衷心祝愿我们的明天更加美好！70 广东海洋大学农业硕士学位论文作者简介黄东珊，女，籍贯广东茂名市，2012年考入岭南师范学院就读生物技术专业，2014年获得理学学士学位；2016年考入广东海洋大学，攻读渔业专业硕士学位。读研期间参加的主要参加的课题及学术会议：1.参加“十二五”国家支撑计划——《池塘养殖水质设施化净化和修复关键技术研究》课题研究（A15463）2.参加《南美白对虾工业化循环水养殖示范》课题研究（A17006）3.参加2016年南海现代发展论坛4.参加第四届环北部湾高校研究生海洋论坛5.参加2017年第六届世界海洋大会6.参加2017年中国水产学会学术年会71 凡纳滨对虾养殖用水处理技术及不同养殖模式效益的研究导师简介刘建勇，男，博士，教授，博士生导师，广东省高校第五批“千、百、十”工程校级重点培养对象。广东海洋大学水产学院养殖系教师，承担《贝类学》、《虾蟹生物学》、《海产经济动物增养殖学》、《水产养殖学》等课程的教学。主要从事海水贝类及虾蟹类的教学与研究工作，研究方向涉及海水养殖理论与技术、水产动物育种、水生生物分类等领域。主持多个省级、市级科技厅和渔业部项目。主持完成的“九孔鲍新品系选育技术研究与应用”获2014年湛江市科技进步三等奖，参与完成的“华南地区对虾产业高效技术”获2006年广东省科学技术奖一等奖和2005年度湛江市科学技术奖特等奖，“墨西哥湾扇贝养殖技术研究及推广”分获湛江市科技进步一等奖和广东省科技进步三等奖；“东风螺规模化人工育苗及养成技术”分获湛江市科技进步二等奖和广东省科技进步三等奖，“凡纳滨对虾无特定病原养殖系统的研究与示范”获湛江市科学技术三等奖，“水产种苗繁育水质处理技术及消毒济应用技术”获2国家海洋局海洋创新成果二等奖。在BiochemicalSystematicsandEcology、JournaloftheWorldAquacultureSociety、海洋与湖沼、中国水产科学等国内外刊物发表相关论文近六十篇，其中已被SCI收录8篇，授权专利16项。72'