论文题目：菌藻-滤食动物处理水产养殖废水的生物链优化研究
摘要：推进水产养殖废水净化处理已成为我国水产养殖业发展的一大趋势。基于循环水养殖系统（RAS）提出的“高效菌藻共生单元-水生动物滤食单元-水耕蔬菜滤床单元”生物生态耦合处理工艺,通过对水产养殖废水的逐级净化、资源回用,可基本实现养殖废水的“零排放”。本研究重点考察了该工艺前两个单元菌藻-滤食动物生物链中氮磷形态的转化规律,提出优化的生物筛选与匹配,以期实现营养盐的高效转化及生物利用。研究结果如下:实验室中使用模拟水产养殖废水分别进行了纯藻温度筛选和菌藻共生系统研究。选用小球藻（Chlorella vulgaris）、卵囊藻（Oocystis sp.）、舟形藻（Navicula Pelliculosa）和隐藻（Cryptomonas obovata）4种微藻进行藻种筛选。结果表明,温度对微藻的生长影响显著,5～15℃低温时,隐藻能够维持较好的生长状态,低温季节选用隐藻作为水产养殖废水处理藻种;25～30℃高温时,小球藻和隐藻都有较高的生长速率和氮磷同化率,但考虑到隐藻生长周期较短、滤食动物同化率低等缺点,小球藻更适宜作为高温季节的水处理藻种。采用高通量测序技术对菌藻共生系统进行微生物相分析,结果表明不同微藻对细菌群落结构变化有显著影响,系统中氨化细菌、异养硝化-好氧反硝化细菌等可能是模拟水产养殖废水中氮磷转化的关键因素。实验室内分别研究了圆顶珠蚌（Unio douglasiae）、大型溞（Daphnia magna）、青虾（Macrobranchium nipponense）3种滤食性动物对小球藻、隐藻的滤食效果。结果表明,3种动物对2种微藻均有明显的滤食去除作用,以Chl-a计算,小球藻消除率为大型溞＞圆顶珠蚌＞青虾,隐藻消除率为圆顶珠蚌＞青虾＞大型溞。动物滤食对水体TN的去除率表现为圆顶珠蚌＞青虾＞大型溞;NH4+-N、DON、PN浓度因动物排泄产生和滤食去除同时作用而波动较大;NO3--N被微藻和动物直接或间接利用而迅速减少;NO2--N积累推测是由于DO浓度降低使硝化反应被限制在亚硝化阶段。圆顶珠蚌、大型溞、青虾对小球藻系统中TP的去除率分别为17.04%、24.30%、21.15%,青虾对隐藻系统中TP的去除率为25.55%,而圆顶珠蚌和大型溞对隐藻系统中的TP去除较弱,分别为4.93%和1.05%,其主要归因于圆顶珠蚌和大型溞排泄的PO43--P更多。相较于小球藻,3种动物对隐藻同化率更低。综合考虑滤食性动物对微藻的Chl-a消除率、氮磷同化率及水质净化效果,对小球藻、隐藻分别选用圆顶珠蚌和青虾进行滤食去除。在常州市武进区古村塘“菌藻沟-螺贝塘-蔬菜湿地”三级水产养殖废水净化工程内开展现场试验。2019年8～11月先后采用小球藻和隐藻构建菌藻沟,结合螺贝塘内的滤食贝类和浮床植物对实际水产养殖废水进行处理,试验分析了工程运行中两单元的净化效果及氮磷收支情况。菌藻沟和螺贝塘的氮磷输入途径主要为单元进水,输出途径除单元出水外,主要包括水体和土壤的反硝化作用、沉积作用、螺贝塘中动物和植物的同化作用等。菌藻沟内微藻生长导致Chl-a明显增加,螺贝塘内动物滤食对Chl-a的消除效果明显,对小球藻和隐藻的Chl-a消除率分别为64.11%和37.53%。菌藻沟水体中TDN、TDP明显减少而TN、TP无显著变化,表明菌藻沟主要完成了溶解态氮磷向颗粒态氮磷的转化。螺贝塘中颗粒态和溶解态的氮磷的去除效果均较为显著,且采用小球藻时水质净化效果更优。通过实验室和示范工程研究,表明菌藻-滤食动物生物链能够有效实现水产养殖废水中溶解态氮磷向颗粒态的转化和进一步去除;小球藻和隐藻分别为高温和低温季节适宜的应用藻种;小球藻、隐藻分别采用圆顶珠蚌和青虾进行滤食时水体净化效果更佳;实际工程中菌藻-滤食动物生物链有效利用水产养殖废水中的氮磷,实现了水和氮磷资源的循环利用。
关键词：水产养殖废水;菌藻共生;滤食动物;生物链;氮磷收支
学科专业：环境工程（专业学位）
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 国内外水产养殖废水处理现状
1.1.1 水产养殖废水特征
1.1.2 循环水养殖模式
1.1.3 生物生态耦合处理技术
1.2 菌藻共生系统处理废水研究进展
1.2.1 细菌在水产养殖水质净化中的应用
1.2.2 微藻在水产养殖水质净化中的应用
1.2.3 菌藻共生系统处理废水研究进展
1.3 生物除藻研究进展
1.3.1 枝角类滤食研究现状
1.3.2 螺类与贝类滤食研究现状
1.3.3 虾类滤食研究现状
1.3.4 鱼类滤食研究现状
1.4 课题研究目的及内容
1.4.1 课题的提出
1.4.2 研究目的及意义
1.4.3 课题研究内容
1.4.4 技术路线
第二章 实验材料及分析测试方法
2.1 试验用模拟水产养殖废水
2.2 供试材料
2.2.1 供试微藻
2.2.2 供试细菌
2.2.3 供试滤食性动物
2.3 测定项目及方法
2.3.1 水质指标测定
2.3.2 生物量测定及细菌群落多样性分析
第三章 菌藻共生系统中微藻筛选及氮磷转化特性研究
3.1 实验方法
3.1.1 不同环境温度下的藻种筛选
3.1.2 菌藻在共生系统中的作用研究
3.1.3 指标测定
3.2 结果与讨论
3.2.1 不同环境温度下的藻种筛选
3.2.2 菌藻在共生系统中的作用研究
3.3 本章小结
第四章 滤食性动物的筛选及氮磷转化特性研究
4.1 实验方法
4.1.1 实验设计
4.1.2 数据分析
4.2 结果与讨论
4.2.1 各试验组Chl-a变化及动物滤水率、滤食率比较
4.2.2 滤食单元中各形态氮的转化特性
4.2.3 滤食单元中各形态磷的转化特性
4.2.4 各试验组氮、磷收支分析
4.3 本章小结
第五章 水产养殖废水净化工程处理效果及氮磷转化分析
5.1 实验方法
5.1.1 示范工程简介
5.1.2 实验设计
5.1.3 数据分析
5.2 结果与讨论
5.2.1 Chl-a变化的实际测定与模型计算比较
5.2.2 菌藻沟、螺贝塘、蔬菜湿地内的氮磷转化分析
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究结论
6.2 研究展望
致谢
参考文献