第一章纳米生态基在水产养殖中的应用研究
1 文献综述
随着海水养殖技术水平的提高和市场需求的扩大，近几年了我国的海水工厂化养殖得到了迅速的发展。然而在养殖过程中，一方面由于投放的饵料不能被养殖物完全利用，过剩的饵料在水中分解，再加上养殖物自身的代谢，致使氮磷在水体中不断积累；另一方面为了预防疾病和水体消毒，经常使用多种化学药剂，使药物残留不断积累，从而造成了水质恶化。水体污染制约着水产养殖业的发展。因此养殖污水处理成为了工厂化养殖的关键。为了最大限度减少工厂化养殖污水的危害，国内多许多学者针对工厂化养殖污水的特点，对物理、化学和生物处理技术分别进行了研究，取得了许多成果。
1.1 工厂化海水养殖废水中的污染物质
营养物污染包括两方面，一方面是养殖物饵料中所含的氮磷和有机物中营养物质成为水体富营养化的污染源，在育苗及养殖物（鱼、虾、贝和蟹）饵料中含有N、P等营养元素，经研究分析投放的饵料仅有20%能够被养殖物吸收利用，残余的饵料在水体中被微生物分解，释放出N、P等元素，使其含量升高，对近海海域造成污染；另一方面则是由养殖物新陈代谢产物所造成的污染 ,在养殖过程中，由微生物于自身的新陈代谢，使水体中的氨氮等大量积累，水体中BOD含量及氨氮指标高。工厂化育苗及养殖中，由于长期的外源输入和水生生物残渣的沉积，养殖池底泥中的营养物质，被生物膜中的微生物分解，产生大量的有害气体。在工厂化养殖过程中，为了保证养殖物的健康生长，常使用多种化学药物来预防疾病和进行水体消毒，从而使水体中的化学药品的含量过多。此外，大量频繁地使用化学药品，抑制水体中微生物的生长，破坏了水体中的生态系统，从而使水体恶化。
在高密度集约化养殖条件下，由于追求高产出、高效益，放养密度过大，投喂饵料增加，导致水体高度富营养化，水体中病原菌大量滋生，养殖物的体质弱，抗病能力差；另一方面，由于频繁的使用化学药剂，致使水体中的病原菌产生抗药性，影响养殖物的健康生长。
2纳米生态基对水产养殖污水处理效果的实验研究
目前纳米生态基主要应用于景观水体维护、湖泊和河道生态修复与维护等方面，对于海水工厂化养殖废水处理的研究还比较少。本实验研究了纳米生态基自然挂膜方式下，不同温度、溶解氧和水力停留时间交互作用下对模拟养殖污水的处理效果，确定了纳米生态基挂膜所需的时间及最佳运行条件，以期为纳米生态基在养殖污水处理中的应用提供技术指导。
2.1材料与方法
实验装置如图 2-1 所示。本实验采用 32 个玻璃缸并联运行的方式，每个玻璃缸内盛放所配海水 15L，出水口和进水口之间垂直缸底悬挂 5 条宽 2.5cm，长15cm 的纳米生态基于同一截面，表面积为 187.5cm2，挂设密度为 0.013m2/m3，生物附着面积为 250m2/m2。光照采用室内自然光。水温采用电热棒控制，温度变幅±1℃以内。
2.2结果与讨论
2.2.1纳米生态基挂膜情况
纳米生态基挂膜的启动情况如图 2-1 所示，从图中可以看出，氨氮浓度在实验启动的前 22 天一直有下降的趋势，前 7 天下降缓慢，从实验的第 10 天开始到第 16 天下降速度非常快。实验的第 19 天，氨氮浓度降到 0.06mg/L 以下，最终趋于稳定。从图中看出实验前 7 天亚硝氮有一定程度的积累，实验第 7 天到第13 天，亚硝氮的浓度缓慢下降，第 13 天到 19 天，亚硝氮的浓度快速下降。第22 天后，亚硝氮的浓度降到 0.2mg/L 左右，最终趋于稳定。实验从开始到第 7天，无机磷的浓度缓慢下降，实验第 7 天到第 16 天，无机磷的浓度快速下降，第 16 天后无机磷浓度趋于稳定。亚硝氮的浓度稳定，则标志着挂膜成功。
2 纳米生态基对水产污水处理效果..........................................29-42
2.1 材料与方法.......................................... 29-32
2.1.1 实验装置.......................................... 29
2.1.2 实验设计.......................................... 29-32
2.1.3 水质指标的检测方法.......................................... 32
2.2 结果与讨论.......................................... 32-40
2.2.1 纳米生态基挂膜情况 ..........................................32-33
2.3 结论 ..........................................40-42
3 纳米生态基在对虾养殖中的应用..........................................42-55
3.1 材料与方法 ..........................................42-44
3.1.1 实验设计.......................................... 43
3.1.2 采样方法 ..........................................43-44
3.1.3 实验方法.......................................... 44
3.2 结果.......................................... 44-53
3.2.1 氨氮的变化.......................................... 44-45
3.2.2 亚硝氮的变化.......................................... 45-46
3.2.3 无机磷的变化 ..........................................46-47
3.2.4 COD 的变化 ..........................................47-48
3.2.5 DO 变化.......................................... 48-49
3.2.6 对虾生长及饵料系数的影响.......................................... 49-53
3.3 讨论.......................................... 53-54
3.3.1 纳米生态基对水体的净化作用.......................................... 53
3.3.2 纳米生态基对DO 的稳定作用.......................................... 53
3.3.3 纳米生态基对对虾生长的影响 ..........................................53-54
3.4 结论 ..........................................54-55
4 结语.......................................... 55-56
结论
本文从对模拟养殖污水的处理效果和在凡纳滨对虾生产中的应用两方面研究了纳米生态基在水产养殖中的应用效果。获得的主要结果如下：
1.纳米生态基挂膜所需的时间较短。在模拟养殖污水中，纳米生态基挂膜所需时间约为 22 天；在凡纳滨对虾养殖生产中，纳米生态基挂膜所需时间约为 18天。
2.对不同温度、DO 和 HRT 下纳米生态基对氨氮、亚硝氮和无机磷的处理效果进行分析得出：HRT 和温度是影响氨氮和无机磷的去除率的主要因素；HRT和溶解氧是影响亚硝氮的去除率的主要因素。
3.纳米生态基对水质的净化作用明显。室内实验和生产实验表明纳米生态基能够降低水体中的氨氮、亚硝氮和无机磷的含量，使其维持在较低的水平。通过纳米生态基在凡纳滨对虾养殖生产中的应用研究，纳米生态基还能够降低水体中COD 的含量。
4.纳米生态基能够降低养殖物的饵料系数，提高养殖物的产量。纳米生态基可以为养殖物提供天然食物，生态基上附着的大量饵料生物如轮虫等是养殖物食物的一个很好补充。生态基的垂直结构可以为养殖物提供栖息场所；纳米生态基还可以减少病原性细菌和弧菌，提高养殖物的存活率和产量。
5.纳米生态基在凡纳滨对虾生产中的最佳挂设密度为 0.043m2/m3。纳米生态基对水产养殖污水处理的最佳运行条件为温度 30℃，DO 6.4mg/L，HRT 0.33h。但是在实际生产中，对于温度的要求，要考虑到养殖物综合各方面的因素来确定最佳温度。 作为 21 世纪前沿科学的纳米技术，对环境保护已产生深远的影响，并有广阔的应用前景。
可以预见，随着纳米技术研究的不断深入和实用化进程的加快，在污水处理中会取得令人振奋的成果。