CN101475265B - 循环水工厂化水产养殖系统的水质净化方法及其复合菌剂 - Google Patents
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Abstract
循环水工厂化水产养殖系统的水质净化方法及其复合菌剂：将三类微生物复合菌群分别制成单元制剂：复合菌剂I由光合细菌30～50％；芽孢杆菌30～50％；乳酸菌20～30％组成；复合菌剂II由光合细菌20～30％；硝化细菌70～80％组成；复合菌剂III由假单胞菌20～40％；芽孢杆菌20～40％；产碱菌20～40％；副球菌20～40％组成；将复合菌剂I 30～40％；复合菌剂II 30～40％；复合菌剂III 30～40％的比例分工段使用于循环水工厂化养殖系统的水质净化处理过程。本发明的各有益功能菌群协调互补，实现污染物的高效降解和水体净化、提高溶氧量、稳定pH值，使出水达到水产品养殖的要求。
Description
技术领域
本发明属于微生物菌剂技术领域，具体涉及一种适合循环水工厂化水产养殖系统的水质净化方法，以及这种水质净化方法所使用的专用复合菌剂。
背景技术
中国是目前世界上最大的水产品养殖国，也是世界上唯一养殖产量超过捕捞产量的国家。我国水产品总产量约占全球总量的35％，其中水产品养殖产量占全球养殖产量的2/3。为了避免污染水域环境和确保水产养殖业的健康可持续发展，我国水产业将从数量型向质量效益型转变，而超高密度集约化的工厂化养殖是其中主要的发展方向。
以循环水工厂化养殖为代表的集约化高密度养殖业，集现代工程、机电、生物、环保、饲料科学等多学科为一体，通过营造出适合鱼类生长繁殖的良好水体与环境条件，配以科学的精养技术，达到缩短养殖周期、减少饲料消耗、节省劳力、降低成本和提高单位面积产量的目的。目前，日本、澳大利亚、德国、英国、美国等国家都采用不同形式的封闭水循环系统进行工厂化水产养殖。中国自90年代初开始工厂化养鱼和大水面循环水养殖的示范及推广，但在相关设施、设备、集约化养殖技术等方面，仍落后于发达国家，缺乏高水平的封闭式循环水养殖系统的关键技术及配套开发能力是其中的重要因素。
水体质量，是水产养殖的根本和基础，直接影响养殖质量、效益甚至生产的成败。高密度循环水养殖的核心技术是水处理技术，而生物净化即生物滤器(生物反应器)技术是所有(海水、淡水)封闭循环水处理系统成功运行的关键。生物滤器对于控制养殖水体中的COD、NH4 +、NO2 -、NO3 -等有毒有害物质方面具有重要作用，其有效性也为很多研究成果所证明。很多因素可以影响生物滤器的效率，如运行条件、工艺及其它一些因素，但决定性影响因素是存在于其中的微生物的数量及其效率。在工厂化循环水高密度养殖中，一般要求养殖水体有较高的循环次数，一些发达国家循环水车间一般日循环12次以上，另外一些国家的循环水车间循环次数4～8次不等，而用于水体净化的生物滤器的体积一般仅为养殖水体体积的1/10～1/30，在水力停留时间通常仅为30～60min的情况下，要实现COD、NH4 +、NO3 -等50％以上的去除效率，必须开发与循环水处理系统和生物滤器相配的高效净水菌剂。针对工厂化养殖的水质净化问题和需求，现有技术中也已经开发了一些菌剂。如专利文献《工厂化育苗养殖循环海水净水菌剂》(CN ZL03158644.9)中就公开了一种由热带假丝酵母、胶红酵母、芽孢杆菌、异养氨氧化菌等6株菌组成的育苗和养殖水源净化菌剂。目前市场上也有商品化的单一菌剂或复合菌剂。但是，这些菌剂，或功能比较单一，如专利文献《一种控制鱼虾塘亚硝酸盐的生态学方法》(CN ZL200410012759.4)中就只使用芽孢杆菌类菌剂；有的使用成本太高，如美国的硝化菌剂，要求经常性投加，不适合发展中国家生产实际；而且其中的绝大部分菌剂并非针对封闭循环水养殖系统研发，其菌种组成和功能缺乏针对性，不适合高密度封闭循环水养殖系统的需要；同时，目前开发的净化菌剂往往强调NH4 +的去除，而相对忽视了NO3 -的脱除，菌剂组成中反硝化菌株的量不足。此外，封闭循环水养殖系统运行过程中，pH往往下降呈酸性，需要在生物滤器处理后投加碱性物质如NaOH等调高pH值回复至中性，这增加了系统的运行成本。
发明内容
本发明的目的是要克服目前水质净化菌剂设计的不足，针对封闭循环水养殖系统中各设备特点及水处理流程，提供一种循环水工厂化水产养殖系统的水质净化方法，以及这种水质净化方法所使用的专用复合菌剂。该方法可以提高和保障水产养殖的水体质量，控制养殖水体中的COD、NH4 +、NO2 -、NO3 -等有毒有害物质，同时，不会过高的增加系统的运行成本。该专用复合菌剂是一种适配于高密度封闭循环水养殖系统生物滤器的，可有效降低水体污染物含量、提高溶氧量、稳定pH值的专用净化菌剂。
本发明的解决方案为，一种循环水工厂化水产养殖系统的水质净化方法，其特征在于，步骤如下：
先将三类不同的微生物复合菌群分别制成单元制剂：
a.复合菌剂I由光合细菌、芽孢杆菌和乳酸菌组成，复合菌剂I中所含的各种微生物培养液在菌剂中的重量配比为：
光合细菌 30～50％
芽孢杆菌 30～50％
乳酸菌 20～30％；
b.复合菌剂II由光合细菌和硝化细菌组成，复合菌剂II中所含的各种微生物培养液在菌剂中的重量配比为：
光合细菌 20～30％
硝化细菌 70～80％；
c.复合菌剂III由假单胞菌、芽孢杆菌、产碱菌和副球菌组成，复合菌剂III中所含的各种微生物培养液在菌剂中的重量配比为：
假单胞菌 20～40％
芽孢杆菌 20～40％
产碱菌 20～40％
副球菌 20～40％
d.然后将以上单元制剂以
复合菌剂I 30～40％
复合菌剂II 30～40％
复合菌剂III 30～40％
的比例使用于循环水工厂化养殖系统的水质净化处理过程。
其中复合菌剂I由光合细菌、芽孢杆菌和乳酸菌组成，产生蛋白酶、淀粉酶、脱氢酶、脂肪酶，分解饵料残渣及养殖动物排泻物中的蛋白质、脂肪、淀粉，降低COD、提高水体溶氧量，稳定水体酸度；
复合菌剂II由硝化细菌和光合细菌组成，可转化铵态氮为亚硝态氮、硝态氮，降低水体中的铵氮浓度，稳定水体酸度；
复合菌剂III由芽孢杆菌、假单胞菌、产碱菌和副球菌等组成，可转化亚硝态氮和硝态氮为气态氮，并降解可溶性有机物，降低水体中的亚硝态氮、硝态氮和COD浓度，并提高水体pH值。
上述制剂中所用的菌种，使用任一同类微生物运用于本发明，均可实现本发明的目的，推荐使用以下具体菌种：
所用的芽孢杆菌可以是地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌或腊状芽孢杆菌；
所用的光合细菌可以是沼泽红假单胞菌、球形红假单胞菌或荚膜红假单胞菌；
所用的乳酸菌可以是保加利亚乳杆菌、粪肠球菌或乳酸链球菌；
所用的硝化细菌可以是亚硝化单胞菌属、和硝化杆菌属或硝化螺菌属的细菌；
所用的假单胞菌可以是荧光假单胞菌；
所用的副球菌可以是脱氮副球菌；
所用的产碱菌可以是粪产碱菌。
上述各种微生物均可市购或从有关微生物保藏机构获得，各种微生物培养液的制取方法均采用对应的标准培养基和培养液依常规进行。
本发明可应用于循环水工厂化养殖系统的水质净化，其典型的使用方法为：
复合菌剂I以水产养殖中可接受的方式，如(1)直接撒施于养殖池，(2)或与饲料混合撒施于养殖池，(3)和/或撒施生态净化渠，(4)也可以附着或包埋于水体净化常规的固体载体(如常见的PVC填料、麦饭石、海藻酸钠等)中放置于养殖池和生态净化渠；
复合菌剂II可(1)直接撒施于曝气式生物滤池(器)以水体净化常规方式进行生物挂膜，(2)或以附着或包埋于水体净化常规的固体载体(如常见的PVC填料、麦饭石、海藻酸钠等)中放置于曝气式生物滤池(器)中；
复合菌剂III可(1)直接撒施于生物滤池(器)以水体净化常规方式进行生物挂膜，(2)或以附着或包埋于水体净化常规的固体载体(如常见的PVC填料、麦饭石、海藻酸钠等)中放置于生物滤池(器)中。
在上述各种使用方式中，菌剂各组分比例和添加量均可随系统的运行工况和设备特点的不同而作适当的调整。
本发明的有益效果是通过复合菌剂中各有益功能菌群的协调互补，与循环水工厂化养殖系统的生物滤器适配，实现污染物的的高效降解和水体净化、提高溶氧量、稳定pH值，使出水达到水产品养殖、包括育苗的要求，实现工厂化循环水的高密度养殖，具有广阔的应用前景。该方法可以提高和保障水产养殖的水体质量，控制养殖水体中的COD、NH4 +、NO2 -、NO3 -等有毒有害物质，同时，不会过高的增加系统的运行成本。该专用复合菌剂是一种适配于高密度封闭循环水养殖系统生物滤器的，可有效降低水体污染物含量的专用净化菌剂。
附图说明
图1为使用本发明的循环水处理流程图。
具体实施方式
实施例1，循环水工厂化水产养殖系统的水质净化方法及其复合菌剂。
循环水水质净化专用菌剂的制取
市购或从有关微生物保藏机构或其它途径获得所需的芽孢杆菌、乳酸菌、光合细菌、硝化细菌、假单胞菌、副球菌和产碱菌菌种，在对应的培养基上按常规进行斜面活化培养和液体扩培培养。
所使用的斜面活化培养基有硝化细菌固体培养基(培养亚硝化单胞菌属细菌)、硝酸细菌固体培养基(培养硝化杆菌属、硝化螺菌属细菌)、营养琼脂培养基(培养芽孢杆菌、假单胞菌、副球菌和产碱菌)、RCVBN固体培养基(培养光合细菌)、MRS固体培养基(培养乳酸菌)等；
所使用的液体扩培培养基有硝化细菌培养基(培养亚硝化单胞菌属细菌)、硝酸细菌培养基(培养硝化杆菌属、硝化螺菌属细菌)、肉汤培养基(培养芽孢杆菌、假单胞菌、副球菌和产碱菌)、RCVBN培养基(培养光合细菌)、MRS培养基(培养乳酸菌)等。
上述所需菌种的液体扩培培养完成后，即可直接以各种微生物培养液在菌剂中的重量配比为：
光合细菌 30～50％
芽孢杆菌 30～50％
乳酸菌 20～30％
的比例制成复合菌剂I；
以各种微生物培养液在菌剂中的重量配比为：
光合细菌 20～30％
硝化细菌 70～80％
的比例制成复合菌剂II；
以各种微生物培养液在菌剂中的重量配比为：
假单胞菌 20～40％
芽孢杆菌 20～40％
产碱菌 20～40％
副球菌 20～40％
的比例制成复合菌剂III。
实施例2，水质净化专用菌剂对模拟养殖废水的净化效果
以 复合菌剂I 30％
复合菌剂II 40％
复合菌剂III 30％
的比例获得水质净化专用复合菌剂。
将市售某公司生产的膨化饲料浸泡于水中2h，捞去残渣，稀释，分别配置成COD为550mg·L-1、氨氮浓度为110mg·L-1和COD为55mg·L-1、氨氮浓度为11mg·L-1的两种模拟养殖废水，以5％的接种量分别投加水质净化专用复合菌剂，在25℃摇床培养条件下进行模拟养殖废水的净化实验，培养20h后测定水体中的COD和氨氮浓度，结果(表1)，低浓度模拟养殖废水的COD和氨氮基本被完全脱除，高浓度模拟养殖废水的COD和氨氮的脱除率分别为56.5％和77.4％，废水中均没有检测到亚硝态氮和硝态氮。
表1水质净化专用复合菌剂对模拟养殖废水的净化效果
实施例3，水质净化专用菌剂在模拟系统中的净化效果
以 复合菌剂I 30％
复合菌剂II 30％
复合菌剂III 40％
的比例获得水质净化专用复合菌剂。
本实验在由生物过滤器和集水池组成的小循环模拟系统中进行，水体的总体积为2m3。生物过滤器填料为PVC小球，集水池放置人工水草。
采用净化复合菌剂直接挂膜，复合菌剂的用量为系统水体总体积的1％。将复合菌剂I加到集水池中，复合菌剂II和复合菌剂III加到生化反应器中，闷曝2周，使菌剂均匀充分的附着在载体填料的表面，期间控制溶氧在4.5mg·L-1。挂膜完成后，进行模拟养殖废水的COD和氨氮脱除实验，模拟养殖废水的配制同实施例2。结果如表2，系统在运行5天后，COD、氨氮、硝酸盐的去除率均超过50％，且运行效果基本稳定。
表2模拟系统的水质净化实验
实施例4，水质净化专用菌剂在模拟系统中对养殖废水的净化效果
以 复合菌剂I 40％
复合菌剂II 30％
复合菌剂III 30％
的比例获得水质净化专用复合菌剂。
本实验在由生物过滤器和集水池组成的小循环模拟系统中进行，水体的总体积为2m3。生物过滤器填料为PVC小球，集水池放置人工水草。
采用净化复合菌剂直接挂膜，复合菌剂的用量为系统水体总体积的1％。将复合菌剂I加到集水池中，复合菌剂II和复合菌剂III加到生化反应器中，闷曝2周，使菌剂均匀充分的附着在载体填料的表面，期间控制溶氧在4.5mg·L-1。挂膜完成后，进行养殖废水的COD和氨氮脱除实验，养殖废水取自某水产养殖场。结果如表3，系统在运行5天后，COD、氨氮的去除率均超过50％，且运行效果基本稳定。
表3模拟系统的水质净化实验
实施例5，水质净化专用复合菌剂在工厂化循环水养殖澳洲宝石鱼的应用
在南京丰海洋特种水产有限公司的工厂化循环水车间内进行了澳洲宝石鱼的现场养殖试验，水处理系统由中科院南京跨克科技有限公司提供，工艺流程如图1所示。生化培养器及流化生化培养器中的滤料为斜发沸石、麦饭石和贝壳，按一定比例组成，滤器滤料间空隙率为40％，每个滤器的体积是3m3。系统水体日循环8次。养殖水源采用南京自来水公司板桥水厂自来水，将自来水先进行充分曝气48h，沉淀处理后加入到养殖池中。
采用净化复合菌剂直接挂膜，复合菌剂组成为复合菌剂I 30份，复合菌剂II 35份，复合菌剂III 35份，复合菌剂的总量以复合菌剂II用量确定，复合菌剂II的用量为按生化反应器体积的1％。按照计算所得的用量，将复合菌剂I加到养殖池和流着净化装置中，复合菌剂II和复合菌剂III加到生化反应器中，闷曝2周，使菌剂均匀充分的附着在载体填料的表面，期间控制溶氧在4.5mg·L-1。挂膜完成后，先控制水力停留时间为200min流量进水运行3d，然后逐步加大流量，至预运行2周达到设计流量即控制水力停留时间为36min并继续运行2周，期间控制溶氧5mg·L-1左右，并维持COD30mg·L-1左右，氨氮浓度3mg·L-1左右。同时以直接添加少量饲料利用水体自然菌群培育生物膜为对照处理。
宝石斑鱼种购自广东某养殖场，鱼种体格健壮，活动力强，规格为5cm，投放密度为100尾·m-3，每天按鱼体重4％投喂某饲料公司生产的膨化饲料，蛋白含量为35％，每天投喂4次，定点、定时投喂。养殖用水保持溶氧在5mg·L-1以上，pH值6.5～8.5范围内，水温保持在26～28℃。养殖期间，每月补充净化复合菌剂，用量及组成配比根据工况做适当微调。正式饲养鱼苗1月后，对照处理也添加复合菌剂培育生物膜。
系统运行结果如表2所示，表明添加本发明菌剂可以明显降低循环水体中的COD、氨氮、硝态氮浓度，并有助于稳定pH值，提高溶氧量。
表4菌剂处理循环养殖水体的效果(生物培养器末端出水)
Claims (2)
1.一种循环水工厂化水产养殖系统的水质净化方法，其特征在于，步骤如下：
先将三类不同的微生物复合菌群分别制成单元制剂：
a.复合菌剂I由光合细菌、芽孢杆菌和乳酸菌组成，复合菌剂I中所含的各种微生物培养液在菌剂中的重量配比为：
光合细菌 30～50％
芽孢杆菌 30～50％
乳酸菌 20～30％；
b.复合菌剂II由光合细菌和硝化细菌组成，复合菌剂II中所含的各种微生物培养液在菌剂中的重量配比为：
光合细菌 20～30％
硝化细菌 70～80％；
c.复合菌剂III由假单胞菌、芽孢杆菌、产碱菌和副球菌组成，复合菌剂III中所含的各种微生物培养液在菌剂中的重量配比为：
d.然后将以上单元制剂以
复合菌剂I 30～40％
复合菌剂II 30～40％
复合菌剂III 30～40％的比例、分工段使用于循环水工厂化养殖系统的水质净化处理过程。
2.根据权利要求1所述的循环水工厂化水产养殖系统的水质净化方法，其特征在于，
所述的复合菌剂I的使用方式是：
直接撒施于养殖池或与饲料混合撒施于养殖池和/或撒施生态净化渠；
或，附着或包埋于水体净化常规的固体载体中放置于养殖池和/或生态净化渠；
所述的复合菌剂II的使用方式是：
直接撒施于曝气式生物滤池；
或，以生物挂膜或以附着或包埋于水体净化的固体载体中放置于曝气式生物滤池中；
所述的复合菌剂III的使用方式是：
直接撒施于生物滤池；
或，以生物挂膜或以附着或包埋于水体净化的固体载体中，放置于生物滤池中。
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