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封闭循环水养殖系统与流水式养殖系统水质的比较

摘 要
封闭循环水养殖系统因其节约土地、水和能源，环保、高产和产品安全可控等特点，成为当前和未来推动水产养殖可持续发展主要养殖模式之一。我国北方水产养殖业逐渐兴起的封闭循环水工厂化养殖已逐渐取代原有的流水集约化养殖，尤其是在高价值鲆鲽鱼类养殖生产中。本论文集中研究了在进水水质相同、养殖对象一致、养殖密度类似的情况下，封闭循环水养殖系统和流水式开放养殖系统的水质，主要是温度、氨氮、COD、pH、TSS等水质指标的差异及变化情况。同时，结合之前所做关于生物滤器挂膜成熟水质指标变化，主要是氨氮的变化情况，探讨了封闭循环水养殖系统的挂膜成熟过程。

关键词：封闭循环水养殖系统 流水式养殖系统 水质 比较

The Water Quality Comparsion between RAS (Recirculation Aquaculture Systems) and Flowing-systems

Abstract
RAS ( Recirculation Aquaculture Systems) becomes the main sustained form in aquaculture because of saving land, seawater, resource, reducing pollution, high-production, good quality of goods these days and in future. RAS has been instead of flow-though systems in north of China, especially in flatfish culture. This paper focus on the change and differences of water quality , especially TAN, TSS, temperature, salinity, pH, and so on, in RAS and flow-through systems. As well, the water quality of RAS is monitoring during bacteria growing up in the biofilter to judge the stability of systems.

Keywords:RAS Flowing-Systems Water-Quality

目 录

1.前言 1
2.材料与方法 4
2.1实验材料 4
2.1.1实验对象 4
2.1.2实验试剂 5
2.1.2.1氨氮测定所用试剂 5
2.1.2.2COD测定所用试剂 5
2.1.2.3pH测定所用试剂 6
2.1.3实验系统 6
2.1.3.1封闭循环水系统 6
2.1.3.2流水开放式养殖 9
2.1.4实验仪器 10
2.2实验方法 11
2.2.1养殖水温度的测定 11
2.2.2养殖水中氨氮含量的测定 11
2.2.3养殖水中COD含量的测定 14
2.2.4养殖水pH的测定 15
2.2.5养殖水TSS的测定 16
3.实验结果 17
3.1挂膜期间水质 17
3.1.1 试验条件下自然挂膜氨氮去除变化情况 17
31.2试验封闭循环水系统挂膜 18
3.2水质指标 19
3.2.1养殖水温度的测定 19
3.2.2养殖水中氨氮含量的测定 20
3.2.3养殖水中COD含量的测定 22
3.2.4养殖水pH的测定 23
3.2.4养殖水TSS的测定 24
4.实验结果比较 24
5.总结 25
参考文献 27
致谢! 29
1.前言
我国是海洋水产大国，2006年我国的海水养殖产品总量达1436万吨，约占世界海水养殖产品总量的60%以上，为我国13亿人口的食品安全做出了贡献。但我国不是海洋水产强国，这主要表现在海水养殖业普遍存在的设施陈旧、简陋、生产工艺不成熟、生产率低、生产稳定性差、养殖过程病害频发、养殖生产环境污染严重、养殖产品品质下降等方面。
发展新的养殖技术和养殖模式，使水产养殖过程更为“环境友好”已成为海水养殖业亟待解决的关键问题。工厂化养殖被普遍认为是解决环境污染、提高产品质量的有效途径。养殖企业也希望通过发展工厂化养殖，能够实现可持续发展，特别是能适应全球开放市场的需求和进一步降低生产成本。我国现有的海水工厂化养殖，基本是采用开放式流水生产，处于工厂化养殖初级阶段。其特点是用水量过大，对水质的前处理简单，产量难以提高，绝大多数养殖单位不设后处理，养殖废水直接排放入海，造成海区污染并危及企业自身的持久生存。为此，从保护环境和持续利用资源的全局出发，走封闭式循环水工厂化养殖之路，改变目前的生产现状，彻底改善养殖生产与环境保护之间不协调的关系，才是最佳的出路。
封闭循环水养殖（Recircling aquaculture system，RAS）通过综合集成现代生物学、建筑学、化学、电子学和工程学等领域的技术[3]机械过滤、生物过滤去除养殖水体中的残饵、粪便以及NH3-N、NO2-N等有害物质，再经消毒增氧、去除CO2、调温后输回养殖池实现养殖用水的循环利用，这样可大大节约水资源，使养殖水体持续保持高溶氧状态和稳定的水质环境，显著提高单位水体生产力。
在封闭循环水养殖系统中，需要控制总氨氮（TAN）、悬浮物、溶解性有机物以及二氧化碳（CO2）等代谢物的积累，循环水养殖所需要的水处理单元取决于水循环利用率、经济性和养殖对象的水质要求，典型的循环水养殖系统的处理单元（如图1所示）包含悬浮颗粒物去除（机械过滤）、气体控制（氧气供应, CO2 去除）和生物处理 （生物过滤的氨硝化反应和消毒）等。

封闭循环水工厂化养殖无论是用水量还是占地面积均要显著低于池塘养殖和开放式流水养殖模式，并可大大提高养殖密度；另外工厂化养殖把外来污染源和病原体的危害降低到最小程度，生产环境稳定，可生产出完全符合国际标准的优质无公害产品，并通过对养殖废水的资源化处理，减少养殖生产对环境的污染，实现环境友好。
封闭循环水的水处理技术发展过程为：上世纪六十年代多数采用单级净化装置（如：卵石滤床、活性污泥池、滴滤等）来处理全部污水，这类装置占地大、效率低。七十年代研制了净化效率较高的生物转盘、生物转筒，同时发展了二级以及三级式水净化技术，即增加前级处理装置，滤去粒状污物，减少生物滤池负荷；这类装置除普通沉淀池外，还有压力滤器、斜板、斜管滤器、固体离子过滤机等。八、九十年代以来，美、日等国进一步研究了臭氧净化处理技术、离子交换处理技术以及生物接触氧化技术，并相应研制了新的滤料，取得了较大的进展。近年来，国外工厂化养殖技术进步较快，在水体消毒净化、池底排污、增氧及控温方面，几乎采用了现代所有可以引用的实用技术并呈现出以下特点：1）高新化、普及化。许多发达国家发展工厂化养殖都引进了当今的前沿技术，最高单产达100 kg/m3，主要是采用先进的水处理技术与生物工程，并且工厂化养殖已普及到虾、贝、藻、软体动物的养殖，育苗企业普遍采用封闭循环水技术，工厂化养殖已成为一些国家和地区的国策和水产发展的重点。在欧洲，当前绝大多数养殖企业的苗种孵化和育成均采用循环水工艺，越来越多的海水和淡水封闭循环水养殖模式在各地得以成功实践。如在丹麦大约有超过10％的鲑鱼养殖企业正积极把流水养殖改造为循环水养殖，以达到减少用水量和利用过滤地下水减少病害的目的；在法国，所有的大菱鲆苗种孵化和商品鱼养殖均在封闭循环水养殖车间进行，鲑鱼的封闭循环水养殖也开始进行生产实践。海水封闭循环水养殖理论与技术也是欧盟建议的重要研究领域之一。丹麦、挪威、美国等10余个国家均相应立法，我国台湾也鼓励发展，以求节水与减少对环境的污染。2）大型化、超大型化。国外工厂化养殖都有向大型、特大型、超大型企业发展的趋势。美国可口可乐公司在夏威夷投资2500万美元，建立了对虾养殖工厂，负责全州对虾市场销量的一半；日本政府在长崎投资6800万美元，建造了3英亩的养鱼车间；俄罗斯计划建造72个大型工厂化养鱼工厂，总产量要达到100万吨。3）产业化、国际化。工厂化养殖在西方一些国家已产业化，从研究、设计、制造、安装、调试，以及产品的产前产后服务，如银行、保险、保安、信息等都形成网络，形成了一个新的知识产业。围绕工厂化养殖，形成了上、下游产业群体，有的正形成集团与跨国集团[1]。
本论文集中研究了在进水水质相同、养殖对象一致、养殖密度类似的情况下封闭循环水系统和流水式开放系统的水质，尤其是温度、氨氮、COD、pH、TSS等水质指标的差异及变化情况。同时，结合之前所做关于生物滤器挂膜成熟水质指标变化，尤其是氨氮的变化情况，探讨封闭循环水系统稳定过程中，尤其是在挂膜开始直至挂膜成熟过程，来判定系统的稳定程度。

2.材料与方法
2.1实验材料
2.1.1实验对象
大菱鲆（Scophthatmus maximus ）属于鲽形目鲆科，英文名Turbot，山东、广东等地又称为蝴蝶鱼或多宝鱼。身体扁平近似圆型，双眼位于左侧，有眼侧呈青褐色，具少量皮刺；无眼侧光滑白色，背鳍与臀无硬体且较长；头部及尾鳍均较小，身体中部肉厚，内脏团小、出肉率高，整个身体的可食用部分比同类鱼多。
大菱鲆属于北欧冷水鱼类，是一种名贵的比目鱼，该鱼对温度等海水指标要求较严，全国仅山东半岛少数地区适合养殖。 大菱鲆最高致死温度为28-30℃；最低致死温度为1-2℃；最高生长温度为21-27℃；最低生长温度为7-8℃；最适生长温度为14-17℃，其对盐度的耐受力最高为40‰；最低为12‰。大菱鲆在自然环境状态摄食习性为肉食性，幼鱼期摄食甲壳类；成鱼则捕食小鱼、虾等。在人工养殖条件下，经驯化主要投喂高能颗粒配合饲料。

2.1.2实验试剂
2.1.2.1氨氮测定所用试剂
硫酸铵------ ；分析纯；
亚硝酸钠------NaNO2;分析纯‘
氢氧化钠-----NaoH；优级纯；
盐酸------；分析纯；
溴酸钾-----
溴化钾-----KBr；分析纯；
磺胺------NH2SO2C6H4NH2;分析纯；
盐酸萘乙二胺------C10H7NHCH2CH2NH2·HCl；分析纯；
三氯甲烷------CHCl3；分析纯；
纯净水------娃哈哈纯净水；杭州娃哈哈集团有限公司出品；
2.1.2.2COD测定所用试剂
氢氧化钠------ NaoH；优级纯；
硫酸------H2SO4；分析纯；
碘酸钾------KIO4；分析纯；
硫代硫酸钠------Na2S2O3；分析纯；
高锰酸钾------KMnO4；分析纯；
碘化钾------KI；分析纯；
纯净水------娃哈哈纯净水；杭州娃哈哈集团有限公司出品；
淀粉
2.1.2.3pH测定所用试剂
硼砂------25℃时pH=9.18
混合磷酸盐------25℃时pH=6.86
纯净水------娃哈哈纯净水；杭州娃哈哈集团有限公司出品；

2.1.3实验系统
2.1.3.1封闭循环水系统
封闭式循环水养殖系统 (以下简称循环水系统) 概念有两个主要部分，一是循环，一是封闭。循环水是指同一养殖水体经过养殖系统内部的处理过程后循环使用。封闭是指此养殖环境既不受外界水源和气候制约，又不对外界环境产生危害。由于循环的需要，养殖系统本身有充分的能力改变和控制养殖水环境，从而达到与外界封闭的效果。
循环水系统的最重要的功能是给生活在其中的动物提供一个健康环境。维持这个功能需要系统有不同的装置处理污染物，以保持水质干净，有充足的氧气 、适宜的温度范围和恰当的水化学参数。循环水系统里的污染物主要来自于饲料 ，水生动物(以鱼类为例 )只能消化和吸收所喂饲料的一部分，其余部分转化为排泄物和二氧化碳，排泄物中有三项指标对循环水系统的运行有直接影响。一是氨氮，可使鱼中毒。二是悬浮颗粒，既可直接影响鱼的健康，尤其是冷水鱼，又会增加生物过滤器的负担。三是有机物，其降解过程消耗氧气。因此一个循环水系统的基本装置包括生物过滤器、悬浮物分离去除装置和增氧装置。生物过滤器的主要功能是通过细菌的作用，将氨氮转化为一般不具毒性的硝态氮，在转化氨氮的同时也具有分解有机物的作用。其它辅助装置包括消毒，除去二氧化碳的装置和抽水设备如水泵[7]。
本实验封闭循环水系统设置在养殖场，抽取地下井海水，经过曝气砂滤进入实验系统，理化指标符合车间养殖品种的要求。在养殖过程中，循环水量每天20个循环，鱼苗为养殖场亲鱼培育的一月龄大菱鲆。

图2 封闭循环水养殖试验系统平面布置图

图3 封闭循环水养殖系统工艺流程图
地下自然海水经过杀菌消毒后首先进入循环水系统的养殖槽，然后养殖槽内含水生生物粪便、饲料残饵等的海水进入残饵粪便收集器，大型悬浮颗粒物在此处被分离出循环水系统，之后海水再经初级过滤器去除细小颗粒物后进入循环水系统的给水箱，再由潜水泵将海水送至蛋白质泡沫分离器，同时蛋白质泡沫分离器通入压缩空气进行蛋白分离，之后海水进入二氧化碳去除器去除其中的酸性物质，再流经紫外线杀菌器进行杀菌消毒，然后到调温箱进行适当的温度调节，再进入整个循环水系统中最核心的部分——生物滤箱，在生物滤箱中氨氮转化为一般不具毒性的硝态氮，在转化氨氮的同时分解海水中的有机物，最后经过流量计后进入养殖槽。此后海水在整个封闭系统中进行循环，同时系统定期向外排出部分污水，适时补充新水，系统新补水量应等于系统外排水、蒸发水与损失水之和，总计约占整个循环系统水量的10%。

图4 封闭循环水养殖系统实验模型图

本实验采用12套平行的独立循环水系统，且所有管道和设备全部采用PVC材料焊接而成，从养殖槽出来的海水通过直径为50的管道流入残饵粪便收集器，将残饵、粪便等大颗粒物从系统中去除，之后海水将通过直径为50的管道引入三座平行的初级过滤器，将细小颗粒物去除，之后海水进入蓄水箱，在蓄水箱中海水由一潜水泵通过直径为20的管道送入泡沫分离器除去部分悬浮状态的有机物，之后由一带有弯头直径为63的管道流入有害气体去除器排出二氧化碳、氨等有毒有害气体，之后通过紫外消毒器杀死部分细菌和病毒，再通过直径为63的管道进入温度调节器，将温度调节到适宜的温度，之后进入生物滤器去除水中的COD 、TAN，在由直径为25的管道通过可调流量计，最后进入养鱼缸。此后水在系统中自动循环。

2.1.3.2流水开放式养殖系统
流水开放式养殖系统是指传统的简单敞开式粗放养殖，地下海水或者近岸海水抽上来后，经过简单的砂滤处理，直接进入养殖池，养殖废水经过简单处理，或者不经处理直接排海，并不进行循环使用。与封闭式循环水系统相比，存在着用水浪费、不好控制、易造成病毒感染等弊端。但是，目前仍然是海水养殖业的主要形式。
实验地点选用位于烟台市经济技术开发区的东方海洋科技股份有限公司开发区分公司流水开放式养殖车间，该养殖场傍海建设地下井抽取海水，经曝气砂虑后用于养殖。水温为15度左右，最高可达到20度。盐度在30左右，pH=7.6-8.6。鱼体长到一斤左右需要一年时间。

2.1.4实验仪器
722型光栅分光光度计
pH计：PHSJ-4A上海雷磁
表层水温表
盐度计
溶氧仪
玻璃钳式过滤器
干燥器
电子天平
容量瓶；烧杯；比色管；玻璃棒；锥型瓶；称量纸、药匙、镊子、醋酸纤维脂滤膜

2.2实验方法
2.2.1养殖水温度的测定
海水温度的测定：根据中华人民共和国国家标准（GB 17378.4-1998）海洋监测规范-第四部分-海水分析------表层水温表法[2].
（1）方法原理
用表层水温表测量时应先将金属管上端的提环用绳子拴住，在离池壁0.5m以外的地方放入0~1m水层中，待与外部的水达到热平衡之后，即感温三分钟左右，迅速提出水面读数，然后将筒内的水倒掉，把表重新放入水中，再测量一次。当气温高于水温时，把两次读数偏低的一次读数，按检定规程修订后的值，即为表层水温的实测值；反之，把两次读数偏高的一次读数，按检定规程修订后的值为表层水温的实测值。
（2）方法的使用范围
表层水温表用于测量海洋、湖泊、河流、水库等的表层水温度，它由测量范围为-5~+40℃，分度0.2℃的玻璃水银温度表和铜质外壳组成。
（3）. 注意事项
①测温时要避开系统排水的影响；
②读数时视线与表层水温表的毛细管顶端处在同一水平面上，还要避免阳光的世界照射；
③冬季采水不应带有冰块或雪球；
④表层温度表必须按照检定规程定期进行检定；
2.2.2养殖水中氨氮含量的测定
海水氨氮的测定：根据中华人民共和国国家标准（GB 17378.4-1998）海洋监测规范-第四部分-海水分析------次溴酸盐氧化法
（1）方法原理
在碱性介质中次溴酸盐将氨氮氧化成亚硝酸盐，然后以重氮—偶氮分光光度法测定亚硝酸盐氮的含量，扣除原有亚硝酸盐的浓度，得氨氮的浓度。
（2）方法的使用范围
本法适用于大洋和近岸海水及河口水中氨—氮的测定。
水样经0.45µm滤膜过滤后储于聚乙烯瓶中，分析工作不能延迟三小时以上，若样品采集后不能立即分析，则应快速冷却至-20℃保存，样品溶化后立即分析。
本法不用于污染较重、含有机物较多的养殖水体。
（3）步骤
A绘制氨--氮工作曲线
①取六个200ml量瓶，分别加入0，0.20，0.40，0.80，1.20，1.60，2.0，2.40，3.20ml氨标准使用液，加水至标线，混匀。标准系列各点浓度分别为0，0.02，0.04，0.08，1.20，1.60，2.00，2.40，3.20mg/L。
②各量取50.0ml上述溶液，分别置于100ml具塞锥形瓶中。
③各加入5ml次溴酸钠溶液，混匀，放置30分钟。
④各加入5ml磺胺溶液，混匀，放置5分钟。
⑤各加入1ml盐酸萘乙二胺溶液，混匀，放置15分钟。
⑥选543nm波长，5cm比色池，以无氨蒸馏水作参比，测定吸光值A,其中0浓度为A0。
⑦以吸光值Ai-A0为纵坐标，相应的浓度（mg/L）为横坐标，绘制工作曲线。
B绘制亚硝酸盐氮工作曲线
①取6个50ml具塞比色管，分别加入0，0.10，0.20，0.30，0.40，0.50ml亚硝酸盐标准使用液，加水至标线，混匀。标准系列各点浓度分别为0，0.01，0.02，0.03，0.04，0.05mg/L。

②各加入1.0ml磺胺溶液，混匀，放置5分钟。
③各加入1.0ml盐酸萘乙二胺溶液，混匀，放置15分钟。
④选543nm波长，5cm比色池，以无氨蒸馏水作参比，测定吸光值A,其中0浓度为A0。
⑤以吸光值Ai-A0为纵坐标，相应的浓度（mg/L）为横坐标，绘制工作曲线。

C水样测定
a水样中氨氮的测定
①量取50.0ml已过滤的水样，分别置于100ml具塞锥形瓶中。
②参照A中③-⑥的步骤测定水样吸光度Aw。
③量取5ml刚配置的次溴酸钠溶液于100ml具塞锥形瓶中，立即加入5ml磺胺溶液，混匀，放置5分钟，然后加入1ml盐酸萘乙二胺溶液，15分钟后测定分析空白的吸光值Ab。
b水样中亚硝酸盐氮的测定
①量取50.0ml已过滤的水样，分别置于50ml具塞比色管中。
②参照B中②-④的步骤测定水样的吸光值Aw。
③量取50.0ml二次去离子水于具塞比色管中，参照B中②-④的步骤测定分析空白吸光值Ab。
（5）计算
记录测得的水样中总氮和亚硝酸盐氮的浓度（mg/L），由Aw-Ab查工作曲线计算水样中氨氮的浓度，如式（1）：
ρNH3-N-=N总-ρNO2-N ………………………………（1）
式中：ρNH3-N-————水样中氨氮的浓度（mg/L）;
N总——————由工作曲线查得的氨氮（包括亚硝酸盐氮）的总浓度（mg/L）;
ρNO2-N———亚硝酸盐氮的浓度（mg/L）;
（6）精密度和准确度
①精密度：相对标准偏差为1%；
②准确度：相对误差为0.4%。
（7）、注意事项
①测定中要严防空气中的氨对水样、试剂和器皿的污染；
②当水样高于10℃时水样氧化30分钟即可，若低于10℃时，氧化时间应适当延长；
③在条件许可下最好用无氨海水绘制工作曲线；
④加入盐酸萘乙二胺试剂后必须在2小时内比色，并避免阳光直接照射；
⑤该法氧化率较高，快速，简便，灵敏，但部分氨基酸也会被氧化。
2.2.3养殖水中COD含量的测定
海水COD的测定：根据中华人民共和国国家标准（GB 17378.4-1998）海洋监测规范-第四部分-海水分析------碱性高锰酸钾法。

（1）方法原理
在碱性加热条件下，用已知量并且是过量的高锰酸钾，氧化海水中的需氧物质。然后在硫酸酸性条件下，用碘化钾还原过量的高锰酸钾和二氧化锰，所生成的游离碘用硫代硫酸钠标准溶液滴定。

（2）方法的使用范围
本法适用于大洋和近岸海水及河口水化学需氧量的测定。
（4）步骤
①取100ml水样于250ml锥形瓶中（测平行双样，水样中有机物浓度较高时可少取水样，加蒸馏水稀释至100ml）。加1ml氢氧化钠溶液，混匀；加5.00ml高锰酸钾溶液，混匀；
②于电热板上加热至沸，准确煮沸十分钟（从冒出第一个气泡时开始计时），然后迅速冷却到室温；
③用定量加液器加入5ml硫酸溶液，加入0.50g碘化钾，混匀，暗处反应5分钟。在不断振摇下或电磁搅拌下，用已标定的硫代硫酸钠标准溶液滴定至溶液变为浅黄色，加1ml淀粉溶液，继续滴定至蓝色刚刚退去为止，记下滴定数V1。两平行双样滴定数相差不超过0.10ml。
④取100ml蒸馏水代替水样，按照步骤①—③测定分析空白滴定值V2。
（5）计算
记录滴定管读数V1和V2，按照式（2）计算化学需氧量（COD）:
……………………（2）
式中：c——硫代硫酸钠浓度，mol/L；
V1——分析空白值滴定消耗硫代硫酸钠标准溶液的体积，ml；
V2——滴定样品时消耗硫代硫酸钠标准溶液的体积，ml；
V——水样体积，ml；
COD——水样的化学需氧量，mg/L-O2.

（6）、注意事项
①水样加热完毕，应冷却到室温，再加硫酸和碘化钾，否则游离碘易挥发而造成误差；
②化学需氧量的测定是在一定化学反应条件下的试验结果，是一个相对值，所以测定时应严格控制条件，如试剂的用量、加入试剂的顺序、加热时间及加热温度的高低、加热前溶液的总体积等都必须保持一致；
③用于制备碘酸钾标准溶液的纯水和玻璃器皿需经煮沸处理，否则碘酸钾溶液易分解。
2.2.4养殖水pH的测定
海水pH的测定：根据中华人民共和国国家标准（GB 17378.4-1998）海洋监测规范-第四部分-海水分析------pH计法。
（2方法的使用范围
本法适用于大洋和近岸海水pH值的测定。
水样采集后应在6小时内测定。如果加入一滴氯化汞溶液，盖好瓶盖，允许保存2天。
（3干扰及消除
水的色度、浑浊度、胶体微粒、游离氯、氧化剂、还原剂以及较高的盐度干扰都较小，当pH大于9.5时，大量的钠离子会引起很大误差，使读书偏低。
（4）步骤
仪器连接好电源后，打开电源开关，仪器即显示“PHSJ－5型实验室pH计”、“欢迎使用  雷磁产品”等字样，数秒后，仪器自动进入测量状态。测量结束后，插上短路插头，关闭电源，仪器关机。
仪器必须开机预热0.5h后方可进行测量。为了保证仪器的高精度测量，建议用户在开机预热0.5h后进行mV零点校正。
（5）、注意事项
①pH计开关按钮、复合电极、温度补偿电极、接线柱等必须保持整洁、干燥；
②使用前应用新配制的标准缓冲液进行标定，长期不用会影响仪器的灵敏度；
③使用完毕将复合电极的小玻璃球用蒸馏水冲洗干净并套上橡皮套妥善保存。
2.2.5养殖水TSS的测定

海水TSS的测定：根据中华人民共和国国家标准（GB 17378.4-1998）海洋监测规范-第四部分-海水分析------重量法。
（1）方法原理
一定体积的水样通过0.45μm的滤膜，称量留在滤膜上的悬浮物的质量，计算海水中悬浮物的浓度。
（2）方法的使用范围
本方法适用于大洋、港湾及河口水体中悬浮物的测定。
（3）步骤
①过滤前将滤膜在电热恒温干燥箱内（40℃-50℃）恒温脱水6-8小时，取出放入硅胶干燥器，6-8小时后称重，记下W2.；
②安装过滤设备，用不锈钢镊子将滤膜放入过滤器内，量取一定体积的水样倒入过滤器，并用蒸馏水冲洗3遍；
③取出滤膜，按序将滤膜放入滤膜盒，放在电热恒温干燥箱内（40℃-50℃）恒温脱水6-8小时，取出放入硅胶干燥器，6-8小时后称重，记下W1.
④每组水样要设置1-3个空白滤膜，计算醋酸纤维脂膜因溶解而损失的质量△W.；
⑤将过滤器拆开收好，过滤结束。
（4）、注意事项
①水样要现场过滤、烘干、按顺序保存好，如果不能立即过滤，水样放在阴凉处，但24小时内必须过滤完毕；
②各种器具必须保持干净，过滤前将所有器具用清水冲洗干净；
③过滤时为防止倒灌，损坏真空泵，应应及时排出废水；
④滤膜放入编好号的滤膜盒内，按站位顺序排好；
⑤用不锈钢镊子夹取滤膜，以免污染。
（5）、计算
过滤称量后的出的数据按（3）式计算：

………………………………（3）

式中：ρ——悬浮物质浓度，mg/L
W1————悬浮物加水样滤膜质量，mg
W2————水样滤膜质量，mg
△W——空白滤膜校正值，mg
V——水样体积，L
3.实验结果
3.1挂膜期间水质
3.1.1 试验条件下化学营养盐挂膜氨氮去除率的变化情况：
表3-1：

上表表明在不同的填料下（竹环、麦饭石、浮球、塑料球），随着时间的推移，微生物生长逐渐成熟，装有不同种填料的生物滤器去除氨氮率逐渐稳定，趋于稳定值。由于此试验采用化学营养盐挂膜，从上表中也可看出其弊端，挂膜时间过长，需要60天左右才能达到平衡；并且，此化学营养盐挂膜产生的生物膜微生物较为单一，可能会在实际养殖中出现问题，容易发生崩溃，受到病原微生物感染，在有机物含量较高的情况下，可能会出现不稳定的情况，氨氮去除率也会发生变化。
3.1.2试验封闭循环水系统挂膜
经过之前研究比较和讨论，本实验封闭循环水系统不采用耗时较长，菌落较单一的化学营养盐挂膜法；同时，担心采用养殖废水挂膜，会引入病原微生物等，故采用直接引入养殖对象，逐渐增大养殖密度的挂膜方法。挂膜过程中循环水系统中氨氮的变化情况如下表所示：

挂膜过程中氨氮含量变化所经历的过程是先降低后升高再降低最后稳定在一个较低的水平并趋于平衡，分析原因可能是由于挂膜初期硝化细菌与反硝化细菌生长不平衡，待生物膜稳定后硝化细菌与反硝化细菌的生长达到动态平衡，循环水中的氨氮自然就稳定了。由于实验时间较短，系统水质监测只能到此为止，直接引入养殖对象的挂膜方法需要承担一定的风险，承受突加负载的能力较弱，但与前一种相比生物膜菌落种类丰富，也更能节省时间和能耗。
3.2水质指标
3.2.1养殖水温度的测定
海水温度的测定：根据中华人民共和国国家标准（GB 17378.4-1998）海洋监测规范-第四部分-海水分析------表层水温表法。
通过连续一个月的实验，积累了进水、流水和循环水系统的水温变化数据：

比较以上数据得出：进水的温度变化在15.7℃-16.7℃之间，平均温度为16.17℃；流水系统的温度变化在15.8℃-168℃之间，平均温度为16.22℃；流水系统的水温接近于进水，符合理论结果。循环水系统的温度变化在19.4℃-20.9℃之间，平均温度为20.27℃，高出进水4.10℃，这是因为循环水流经系统的调温箱后经过温度提升的过程，大菱鲆是冷水性鱼类，养殖适宜水温要求在10℃～20℃之间，14℃～17℃水温为快速生长阶段，因此本系统的调温箱只需在秋冬冷季开启，夏天温度较高时则可以关闭。
3.2.2养殖水中氨氮含量的测定
海水中氨氮含量的测定：根据中华人民共和国国家标准（GB 17378.4-1998）海洋监测规范-第四部分-海水分析------次溴酸钠氧化法。
氨氮是水产育苗及养殖中需要密切关注的水质指标[8],海水养殖水体中氨氮的测定是海水养殖生产管理和科研工作的重要基础。次溴酸盐氧化法是海洋监测规范中氨氮测定的标准分析方法[2]，适用于大洋及近岸海水，在测定污染较重、含有机物较多的养殖水体时误差较大。按照海洋监测规范（GB 17378.4—1998），次溴酸盐氧化法中绘制工作曲线标准系列的氨氮质量浓度是0~0.080 mg/L。现在将其浓度范围继续扩大至0.64 mg/L，并根据多次试验结果设定了浓度梯度，按照标准测定方法操作[2]，标准系列点浓度及其吸光度，见表3-6，且散点图见图5：
表3-6 延长工作曲线的试验结果

氨氮质量浓度（mg/L）
0
0.02
0.04
0.08
0.12
0.16
0.2
0.24
0.32
0.4
0.48
0.64
吸光度
0
0.047
0.111
0.21
0.315
0.405
0.522
0.638
0.84
0.892
0.884
1.166

图5 氨氮质量浓度和吸光度的散点图
Fig. 1 Scatter plot of concentration and absorbance
从试验结果可以看出，当质量浓度小于0.32 mg/L，吸光度小于0.840时，氨氮浓度和吸光度呈很好的线性关系：y = 0.380 3x + 0.000 6，R2 = 0.999 5；当浓度继续增大时，吸光度的增加变缓。分析其原因，当氨氮浓度较低时，次溴酸盐氧化剂的量足以保证NH3-N的完全氧化，而氨氮浓度继续增大时，由于氧化剂的不足导致NH3-N不能完全被氧化，从而影响测定的准确度[6]。
结合相关学者对次溴酸盐氧化法测定养殖水体氨氮的影响因素及原因的分析,对实验方法做了适当修改。经过五次预实验，水中氨氮的浓度都在0.3mg/L以内，故将氨氮的工作曲线延长到浓度0.32mg/L，得出延长的氨氮工作曲线：

通过连续一个月的实验，积累了进水、流水和循环水系统的氨氮含量变化数据：

由表中数据可知：从整体水平看，流水系统的氨氮含量稍稍高于进水，两者相差甚微，在0.015mg/L上下浮动：循环水系统的氨氮含量则较高，达到了0.033mg/L。
3.2.3养殖水中COD含量的测定
通过连续一个月的实验，积累了进水、流水和循环水系统的COD含量变化数据：

由表中数据可知：流水系统的COD含量在0.6mg/L左右浮动，稍高于进水，循环水系统的COD含量在2.3mg/L 左右，这说明本系统在去除COD方面已具备一定能力。
3.2.4养殖水pH的测定

通过连续一个月的实验，积累了进水、流水和循环水系统的pH的变化数据：

由表中数据可知：在pH上流水稍高于进水，两者水平相当，均在84上下；循环水pH较高，在8.6左右浮动，分析其原因，可能是生物滤器在运行初期，填料的生化特性不稳定，这方面的数据还有待于长期的试验和探索。
3.2.4养殖水TSS的测定
通过连续一个月的实验，积累了进水、流水和循环水系统的TSS的变化数据：

由表中数据可知：进水中TSS含量极低，几乎低于检出限；流水系统平均TSS含量16mg/L左右；循环水系统TSS含量最高，达到36mg/L，高出流水系统20mg/L,可见，本系统在TSS的去除方面能力比较有限。
4.实验结果比较
本系统运行正常后，与进水、流水及渔业水质标准标准比较，各项水质指标列入下表：
水质指标
进水
流水
循环水
渔业水质标准
温度（℃）
16.17
16.22
20.27
12-22
氨氮（mg/L）
0.014
0.016
0.033
≦0.3
COD（mg/L）
0.33
0.61
2.28
≦3
pH
8.4
8.4
8.6
7.6-8.6
TSS（mg/L）
≈0
16.75
36.78
≦50
比较上表中数据，分析本系统对养殖循环水处理的能力：
1.温度调节功能良好，可在秋冬自然水温较低时开启，以满足大菱鲆在14-17℃时的最快生长温度需要；夏天自然水温度较高时则关闭调温箱以节约能耗；
2.由于养殖水中氨氮含量较高，超出了海洋监测规范中标准曲线的浓度范围，经过多次预试验，本实验在线性条件良好的浓度范围内做出了延长的氨氮工作曲线。从运行稳定后循环水系统的氨氮含量来看，生物滤器具备了一定的除氨氮能力，说明本系统在滤料选择上比较成功，另外可以通过改变滤料高度或开发新的滤料来进一步提高封闭循环水系统生物滤器的除氨氮能力。
3.养殖槽内大量的鱼类排泄物和剩余饵料的主要成分是有机物，因此会形成大量COD，就目前的实验数据，养殖槽中COD含量已满足渔业水质标准的要求，但仍然在一个较高的水平，可能的原因是运行时间较短，生物膜及滤料的生化性质不稳定，在今后循环水系统生物滤器中滤料的选择上应着重考虑COD的去处能力。
4.进水pH=84，循环水系统中pH=8.6，在调节pH方面本系统没有显著效果，一方面是因为进水pH较高，另一方面可能是因为填料本身或者生物膜中菌落的性质导致pH不稳定。
5.循环水系统中TSS=36.78mg/L,已满足渔业水质标准的要求，却远远高于流水系统中TSS的含量，分析可能的原因：一是由于滤料在加工过程中表面结构不稳定造成碎屑脱落；二是初过滤器中填料高度不够影响了初级过滤的效果；三是生物滤器中滤料的尺寸设计不合理降低了对TSS的去除率。

5.总结
本实验比较了封闭循环水养殖系统与流水式开放养殖系统的水质变化，分析了循环水系统在水处理方面存在的问题，希望通过比较找出循环水系统调整和优化的途径，也为有志于在循环水养殖方面作出贡献的学者提供一点参考。实验结果表明本循环水系统在运行过程中已经满足了渔业水质标准的要求，但仍存在一定的问题，比如对COD以及TSS的去除仍需加强，这对生物滤器的设计以及填料的选择提出了更高的要求。
我国的渔业工厂化养殖起步较晚，有关工程设计的理论和方法与国际水平还有一定差距，快速去除水溶性有害物质和高效增氧是养殖生产的核心问题，也是摆在渔业及环保科研工作者面前的重大课题。发展工厂化养殖是可持续渔业发展必然要求，是产业化有效途径。虽然在某些水质指标上与传统的流水开放式养殖系统相比还存在差距，但封闭循环水养殖系统更加高效、高产、安全、环保、节约土地和资源，工厂化养鱼正在全球形成蓬勃发展的产业，引起世界范围的重视。这是一个跨行业、跨世纪的产业，也是响应党的号召，坚持科学发展的产业，应该加快发展这一高科技渔业的步伐[9]。

参考文献
[1] [3]刘鹰. 工厂化养殖——水产养殖业发展的动力与潜力 《内陆水产》2001，（4）：42-43.
[4][5][6] [7] 陈树林.闭式循环水养殖水质处理技术简况 渔业现代化，2005，（4）：25-27.
[8] 郭远明,金彩杏,钟志,等.氨氮的简易测定方法[J].渔业现代化,2005(4);35,41.
[9] 刘 鹰，杨红生，张福绥.封闭循环水