循环水养耕共生系统的水质净化效果研究

发布时间：2020-05-29 19:26

【摘要】：养耕共生系统是将循环水养殖和水耕栽培技术相结合的一种高效、低污染、可持续的新型食品生产方式,具有广阔的应用前景。在养耕共生系统中,循环养殖水中污染物的净化和水质控制对于鱼类和蔬菜产品的生产至关重要,然而关于养耕共生系统水质净化能力方面的研究报道较为缺乏,制约了养耕共生系统的进一步发展。本研究在上海交通大学农业与生物学院实验大棚搭建了循环水养耕共生系统,系统循环运行总计180余天,期间持续监测了系统水质状况,定期测定了系统鱼菜产量,并通过静态实验分别考察了养殖单元由于投加饵料产生的污染负荷,水耕栽培单元和固定化微生物单元对于循环养殖水中几种污染物的去除效果,结果表明:(1)系统循环运行期间,平均水温和pH基本保持在鱼菜生长的最适温度范围内,平均溶解氧浓度保持较高水平,含氮污染物主要以NO_3~--N的形式存在,TAN和NO_2~--N平均浓度低于1 mg/L;(2)养殖鱼类和水培植物生物量增长显著,但养殖效率有待提高,平板种植架填充介质水培方式在产量方面高于管廊种植架营养液膜水培方式。(3)养殖饵料是循环养殖水中TAN,NO_2~--N,NO_3~--N,DTP和TOC的主要来源,养殖单元的污染属于多次同负荷污染,水芹菜种植期单次污染负荷为:TAN 900 mg,NO_2~--N 470 mg,NO_3~--N 180 mg,TN1160 mg,DTP 3800 mg,TOC 3940 mg,空心菜种植期为:TAN 980mg,NO_2~--N 610 mg,NO_3~--N 410 mg,TN 2580 mg,DTP 2610 mg,TOC 4650 mg;(4)两种水耕栽培单元对于NO_3~--N的去除速率高于TAN和NO_2~--N,对于TN的24 h去除率和去除速率高于DTP,平板种植架对于各项指标的去除速率高于管廊种植架;包埋菌单元对于TAN和NO_2~--N的24 h去除率和去除速率高于填料单元,去除速率在循环运行期内保持稳定,填料单元对于TOC的24 h去除率和去除速率高于包埋菌单元,空心菜种植期去除率和去除速率高于水芹菜种植期。(5)养耕共生系统对于循环养殖水中TAN和NO_2~--N的去除由水耕栽培单元和固定化微生物单元共同完成,其中固定化微生物单元微生物硝化作用为主,水耕栽培单元水培植物吸收作为为辅,去除效果稳定,因而循环养殖水中TAN和NO_2~--N浓度保持在较低水平;NO_3~--N,TN和DTP的去除由水耕栽培单元完成,主要通过水培植物对氮磷营养盐的吸收,但吸收能力受到收割植物的影响,造成循环养殖水中NO_3~--N,TN和DTP有一定的积累;TOC的去除由固定化微生物单元完成,主要通过弹性填料生物膜对于TOC的降解,循环运行期生物膜有一定的增长,因而TOC浓度在水芹菜种植期内持续升高,在空心菜种植期内基本保持稳定。
【图文】：

路线图,研究技术,路线图

研究技术路线图

系统流程图,系统流程图

2.1 养耕共生系统装置设计应研究需要，本课题组于 2016 年 8 月在上海交通大学农业与生物学院的实验大棚内搭建了循环水养耕共生系统，大棚顶配备遮阳板，棚内配备风扇，一方面能够保持内部空气流畅，同时也能够起到降温的作用，温室大棚内夏季室温度约30-35 ℃，冬季温度约 10-15 ℃。大棚内有 24 小时水电供应，能够保证系统中潜水泵，内循环泵，空压气，，加热棒，紫外消毒灯等电器设备的全天候运转。系统流程图和实拍图如图 2-1 所示，系统内水循环方式为：养殖单元出水首先进入调节池 1，之后经潜水泵 1 提升进入水耕栽培单元用于植物灌溉，水耕栽培单元出水进入调节池 2，之后经潜水泵 2 提升进入固定化微生物单元，最后经微生物反应净化的出水回用于养殖单元。系统正常运转时的总水量约 4000 L，循环水流量约为 50 L/h，系统总占地面积约 20 m2，各单元之间通过 PVC-U 给水管连接，调节池尺寸为 65×65×60cm，总蓄水量约 500L，主要起到观察水位变化和调节水量的作用，系统运行期内仅补充由于植物蒸腾和蒸发作用造成的水量损耗不进行换水操作。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X714

【参考文献】