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关键词:水产养殖废水 废水处理技术 综合利用
引言
随着我国水产养殖业的迅猛发展,养殖废水任意排放造成的环境问题已成为国家和业界十分关注的问题。在高密度的水产养殖水体中,鱼虾排泄物和食饵的残渣在细菌的分解作用下会是随之迅速恶化,若不及时处理养殖过程中产生的废水,不但会影响养殖生物的数量和质量,随意排放还会造成严重的环境污染[。
因此,综合相关资料,对水产养殖废水处理技术的现状作一总结,并对今后发展动向作一展望。
1.物理法
物理法是根据用水和废水的物理特性,通过机械、物理的方法除去水中悬浮物质或有害气体,常用的方法有:沉淀、过滤、泡沫分离、逆渗透、吸附等。
2.化学法
2.1氧化处理
即用臭氧、高锰酸钾、次氯酸等氧化剂对废水中的有机物质加以氧化的方法。有效氯不仅能杀菌,也能与存在于水中的其它还原性物质如Fe2+、Mn2+、NO-2、S2-等发生氧化还原作用。而针对水体定物质的去除,利用添加不同的化学物质。从而达到净水效果也是一种常用的化学处理法。
2.2混凝
在水域中利用电子中和产生混凝效果,是水域中胶状例子凝集在一起,因重力作用下沉,达到固液分离的目的。常用的絮凝剂有铝盐、铁盐、石灰及有机絮凝剂等。10-20ml碱式氯化铝水溶液(固液比1∶50)可澄清1吨浑水,5分钟内水中泥沙含量减少90%以上,而且防止了鱼病的暴发,促进鱼类的生长。
2.3离子交换
其原理是设计填充强碱性阴离子交换树脂以及强酸性阳离子交换树脂,当水流经过时水中阳离子和阴离子分别被交换树脂上的阴阳离子吸附,从而降低水中离子浓度。此方法主要应用于科研和水族馆。
3.生物处理法
3.1生物过滤
生物过滤是指任何采用活体生物去除水中杂质的废水处理技术,主要包括植物过滤、微生物过滤、动物过滤等。
生物过滤器的主要影响因素:(1)氨氮浓度;(2)溶解氧浓度;生物过滤器工作中需要大量溶解氧。因此,溶解氧常常成为过滤器氨态氮去除率的一个限制因素(3)有机物含量;(4)pH 与碱度;(5)水温;(6)水体的对流混合作用
目前集约化水产养殖水处理中使用最广泛的是微生物过滤,即各种类型的生物膜滤器。但生物膜滤器存在生物膜熟化时间长,需要定期反冲洗,容易造成硝态氮积累等缺点,又植物滤器单独使用对养殖废水中有机物去除效率较低,因此通过大型海藻过滤、生物膜过滤和动物过滤复合处理养殖循环水技术,优势互补,达到水质净化和废物综合利用的目的。我国在该领域的研究还欠缺。
3.2好氧处理
目前好氧处理在污水处理厂中是最常用的一种处理方法。它是由活性污泥中的好氧菌在好氧条件下,分解污水中的有机物,在不影响养殖物生长的情况下,使水中的BOD和COD得到降低。
3.3特定生物处理
实践证明,光合细菌等微生物,水浮莲等高等水生植物,高羊茅、黑麦草等陆生植物,螺、贝类,以及适当放养量的鲢、鳙、鲫、罗非鱼等鱼类都有一定的净水作用。
光合细菌是一类以光为能源,以CO2或有机碳化物为碳源进行生长繁殖的特殊生理类群。光合细菌能够提高溶解氧浓度、降低氨氮、消除硫化氢和有机物,从而达到有效改善养殖水质的目的。光合细菌包括两大类群,即不产氧型和产氧型光合细菌。不产氧型光合细菌-紫色非硫细菌(红螺菌科) 在72 h内可去除高达90%的氨氮,对有机质COD的去除,净化水产养殖水域及增加溶解氧的作用也十分明显。
水培高等陆生植物修复富营养化水体是一种新型的,具有经济、社会、生态等多种效益的新技术,具有广阔的发展前景,但在工程的实际应用和生产上,还需要做深入细致的工作。例如工程的最优设计参数和水力学参数,黑麦草、高羊茅等在不同季节和生长期对养殖废水的适应性方面,都需要做进一步的深入研究。
4.消毒杀菌
目前,采用杀菌方法主要有两种:臭氧和紫外线。臭氧杀菌有以下优点:(1)增加溶氧、脱色、氧化可溶性污物。(2)不受水中氨氮含量及pH 值的影响。(3)高效、快速、消毒时间短。(4)不增加水体中的固形物,有利于循环用水。但还存在设备费用高,维护较困难,对人体和生物有害等不足。紫外消毒的优点:(1)无需化学药品。(2)杀菌作用快,效果好。(3)无臭味,无噪声,不影响水的口感。(4)容易操作,管理简单,运行和维修费用低。
显然两种方法各有优缺点,从费用和操作维护方便性考虑,有使用紫外线方法的趋势。进入21世纪后,随着对污水消毒的日益重视和运行经验的积累,尤其是在循环水产养殖废水处理中,紫外线消毒技术定将得到发展。
展望
随着世界性水资源短缺和环境污染的日趋严重,今后各国将采用封闭式循环水养殖方式。单一处理已经不能适应水产养殖废水处理的需要。因此,集合多种处理方法设计低耗高效的水产养殖水处理工艺,达到养殖废水的回复利用和对环境的无污染,是今后的水产养殖废水处理的发展方向。
参考文献:
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关键词:水产养殖、生产效率、影响因素
中图分类号:S969.1 文献标识码:A
一、方法的选择
国内外关于农业生产效率的研究较多,过去大多采用生产函数法和索洛余值法进行测算。近年来,随着数据包络法的逐步发展与完善,数据包络法成为测度同类型决策单元相对效率最为常用的方法之一,被广泛运用于农业生产效率的综合评价中。本研究也利用数据包络法,分析水产养殖业的全要素生产效率。数据包络法(DEA)是采用线性规划的方法构建前沿生产可能性边界,优点是不需要设定具体生产函数,可以避免因为错误的生产函数而导致结果的错误,也不像随机前沿分析法需要误差分布假设,并能有效分解要素生产率中的技术效率。大部分使用数据包络法的论文均对其进行了较为详细的阐述,由于篇幅限制,这里不再论述。
二、指标设计与数据来源
1、指标设计
当前学者利用DEA方法研究农业全要素生产效率时,产出指标经常使用农林牧渔总产值和农民人均农业经营纯收入,投入指标以农业从业人员、农作物总播种面积、农业机械总动力和化肥施用量等指标为主。本文借鉴前人的研究成果,使用的农业投入指标和产出指标及其定义如下。
1. 1水产养殖业产出指标
水产养殖业产出以1990年价格的水产养殖业总产值进行计算,其中包括以1990年价格计算的海水养殖产品总产值和淡水养殖产品总产值,采用水产品价格指数进行折算。
1.2水产养殖业投入指标
水产养殖业投入主要包括养殖专业劳动力、养殖面积、养殖固定资产投入与养殖中间消耗等4个方面。①渔业劳动力包括捕捞专业劳动力、养殖专业劳动力、兼业劳动力和后勤服务人员,后两个指标为概括性指标。为了统一口径,本研究选用养殖专业劳动力作为养殖劳动力指标。②水产养殖面积为每年的海水养殖面积和淡水养殖面积之和。③水产养殖固定资产投资为每年的海水养殖固定资产投资和淡水养殖固定资产投资之和。
2、数据来源
在确定水产养殖业的投入与产出指标之后,着手进行数据的收集与整理。本研究设计指标数据中,海水养殖产品总产值、淡水养殖产品总产值、养殖专业劳动力、养殖面积、海水养殖固定资产投资与淡水养殖固定资产投资等6个指标的数据主要来自中国渔业统计年鉴(1990-2010),其中养殖固定资产投资指标的2008年和2009年数据为预测值,渔业中间消耗指标的数据来自《中国农村统计年鉴(1991 -2010)。水产品价格指数和农业生产资料价格指数来自《中国统计年鉴(1991-2010)。
3、水产养殖业生产效率计算结果分析
3. 1综合效率计算结果分析
选用DEAP21软件来进行模型的运算,得到的综合效率评价结果如表1所示:
表1
指标的数据主要来自中国渔业统计年鉴(1990-2010),其中养殖固定资产投资指标的2008年和2009年数据为预测值,渔业中间消耗指标的数据来自中国农村统计年鉴(1991-2010)。水产品价格指数和农业生产资料价格指数来自中国统计年鉴(1991-2010)。
3. 2投影分析
为了更好地找到水产养殖业非DEA有效的深层原因,调整投入产出结构,提升水产养殖业的生产效率和经济效益,本研究将对技术效率与规模效率均无效年份的模型测评结果投影所产生的数据进行分析。由于篇幅限制,未将技术效率与规模效率均无效年份的投影数据进行一一列举,因此,采用加总的进行分析,对水产养殖业投入与产出的调整方向进行分析,具体数据详见表2:
由表2可知,中国水产养殖业产出不存在剩余,而投入均存在不同程度的剩余,即保持现有水产养殖产出水平情况下,养殖专业劳动力、养殖面积、固定资产投入与中间消耗的投入可分别减少9.3800、7.7800、5.4600、7.2300,从而降低投入成本,提高水产养殖业的经济效益。
3. 3曼奎斯特生产效率指数分析
运用几何平均法,同样借助DEAP2.1软件,计算中国水产养殖业全要素生产效率指数及其构成要素的变化情况,见表3:
表3
1990-2009年间,水产养殖业的纯技术效率和规模效率均为1,由于篇幅限制在表3中未体现。由表3可知,1990-2009年间,水产养殖业全要素生产效率的平均增长率为3. 600,主要原因是技术进步缓慢,没能为水产养殖业发展提供有效的技术支撑,技术效率指数均为1,说明水产养殖业重视养殖技术的推广与应用,现有水产养殖技术得到有效的充分利用,应继续保持此良好现状;技术进步率指数存在频繁且较大幅度的变动,这可能与水产养殖技术创新投入增长差异有关。水产养殖业全要素生产效率指数的分解结果表明,中国水产养殖业仍处在粗放式发展阶段,水产养殖业的产值增长主要源于劳动力、养殖面积、固定资产和中间消耗等资料的大量投入。
三、水产养殖业生产效率的关键影响因素
通过以上计算可知,1990-2009年间,中国水产养殖业的全要数生产效率指数存在较大波动,本研究将进一步通过实证分析,探求各年份全要素生产效率指数波动的影响因素。
因为全要素生产效率指数的变动主要由技术进步率指数的变动引起的,我们主要从技术创新与推广的人力、物力、财力等资源的投入情况来寻找全要素生产效率指数变动的原因。因此,我们初步设计的潜在影响因素包括:年末科技研发人员数量、每年科技研发经费投入金额、年末技术推广人员数量、每年技术推广经费投入额、每年培训渔民人数。
潜在影响因素设计完成后,我们利用《中国渔业统计年鉴》进行数据收集。经过收据收集整理发现,未能找到每年科技研发投入的相关数据,因此,首先剔除了每年科技研发经费投入指标,而用每年科教活动固定资产投入金额来替代。由于有些因素在某些年份没有统计,在进行整理后,只有1997-2007年间所有因素统计数据齐全。因此,只取该年的数据进行影响因素的实证研究。
四、研究结论与政策建议
1、水产养殖业的生效率评价结果显示:1900-2009年间,中国养殖业的技术效率与规模效率平均值呈现下降状态,导致水产养殖业综合效率和曼奎斯特全要素生产效率出现下降;中国水产养殖业产出不存在剩余,而投入均存在不同程度的剩余。其次,水产养殖业生产效率的关键影响因素识别结果显示:水产养殖业的全要素生产效率指数与年末科技研发人员数量、每年技术推广经费投入额和每年培训渔民人数具有显著的正相关关系。
2、政策建议,加大科技创新投入,完善水产养殖科技创新体系,政府无法控制水产养殖主体的要素投入,而只能通过提高技术创新与推广,提升养殖主体的规模效率和要素生产效率。首先,政府应加大水产养殖科技研发人员的培养与培训投入,结合运用高校培养、科研机构培养、企业培养、产学研合作培养等方式,完善人才培养机制,为科技创新奠定人才基础;其次,加大财政科技投入,通过科技专项、自选科技项目、委托科技项目等形式,对高校、科研机构和企业进行水产养殖技术研发提供财政拨款资金,同时,通过税收减免、贷款扶持等优惠政策,鼓励养殖企业根据自身遇到的技术难题进行技术攻关,平衡水产养殖技术的基础研究和应用研究活动。
总之,研究水产养殖业的生产效率及其影响因素,了解水产养殖业的规模效率、技术效率和全要素生产效率及其关键影响因素,为渔民优化生产要素投入、政府制定水产养殖业发展政策提供一定的理论指导与实践依据,具有重要的理论意义与现实意义。
参考文献:
我国水域资源丰富,具有3000年的悠久的水产养殖历史,水产养殖面积高达780万公顷。2010年,我国水产品总产量达5373万吨,居世界第一位。近年来水产养殖业在我国迅猛发展,工业化大规模养殖日益壮大,一些工业废水和生活污水的排放使得养殖水体饱受外源性污染的困扰,与此同时,养殖池内本身的抗生素和饵料残留等内源性污染问题又为养殖生态的恶化推波助澜。
养殖池水一般由天然水(河流、湖泊)补给,外源性污染的排入破坏了天然水体的自净能力,降低了入塘水的水质状况,而集约化、密集化的水产养殖的过程中,由于水产动物排泄物质的不断累积和饵料残留在池底的残留,养殖池中有机物负荷日益增加,分解会导致水中溶解氧降低,氨氮增高,并释放出硫化氢等有害的物质。传统改善水质的方法通常采用排出大量旧水、灌入新水,结合泼施生石灰或漂白粉等方法,这些常规措施虽然一定程度能调整水质但存在许多缺点,影响鱼类等水生动物的生长。无副作用,净水效果较好的微生态制剂将成为21世纪水产健康养殖的关键技术。
1.1微生态制剂简介
微生态制剂作为水质净化剂,可以调节水体微生态平衡,具有改良水质、预防疾病、促进生长等作用。目前作为常见的微生态制剂主要有芽孢杆菌、光合细菌、。放线菌、硝化细菌、反硝化细菌、蛭弧菌等。主要剂型有液体型、固体型和半固体型。
2.微生态制剂作用机理
2.1 微生态制剂消除有害污染物,调整养殖池中生态平衡,改善水质
微生态制剂通过氧化、氨化、硝化、反硝化、解磷、硫化及固氮等作用使之降解,最终分解为二氧化碳、硝酸盐、硫酸盐等。有效的降低了水体中的BOD、COD,使水体中的氨氮,亚硝酸盐、氨的浓度,清除排泄物质,饵料残留,浮游物生物残体,从而改良水质,维持水体生态平衡。
2.2微生态制剂减少鱼类疾病发生
减少预防疾病,抑制有害微生物生长广谱抗生素大量使用的弊端已经凸显,而微生态制剂在水产养殖业应用取得了极好的效果。微生态制剂产生非特异性免疫分子,可以使B细胞增加抗体同时维持吞噬细胞的活力防止毒性物质的滋生。微生态制剂的投加使得有益微生物形成优势种群,进而抑制有害微生物的繁殖,达到良好的微生态平衡。这样使得养殖水产品鱼、虾得病几率大大缩减,并节约了养殖成本。
2.3微生态制剂促进鱼类生长
饵料添加剂微生态制剂能够产生各种有益营养物如维生素、氨基酸等。将微生态制剂混入饵料添加,能够提升鱼类消化酶活性,有利于分解饵料中蛋白质、脂肪等营养物质,有利于水产动物对于饵料的进食与吸收。同时微生态制剂本身某些也可以作为饵料添加。
3.国内外研究概况
3.1微生态制剂国外研究概况
在欧洲、日本等国家微生态制剂除应用于人医、畜牧兽医、微生态饮料、化妆品的生产等方面,在水产养殖及防病治病上也有广泛的应用。在60年代日本就开始将光合细菌运用于水产养殖上。Sasak研究了光合细菌降解牡蝠养殖区底泥中的有机物,修复牡蝠养殖环境的作用。美国学者研制的Alken Clearflo是以枯草杆菌、地衣杆菌、多粘杆菌、假单胞菌等制成的系列微生态制剂,用于废水处理,取得很好效果。日本小林正太将患有鲤鱼烂腮病,穿孔病,金鱼绵头病,鳗鱼水霉病,赤鳍病的病鱼用光合细菌以一定方法处理,15天后病鱼恢复健康。日本佐贺新闻用枯草芽孢杆菌对海底堆积物,鱼池和养鱼水库的污泥进行了分解净化,取得了良好的效果。美国Green lake测算数据表明光合细菌每年同化炭60t,同时脱毒硫化物达84t并能明显减少养殖病的发生。
3.2微生态制剂国内研究概况
我国微生态制剂在水产养殖业中的应用研究始于20世纪80年代初期,经过20多年的研究已经可以直接或者间接的作用于水产养殖对象。李跃华、葛佳春等用2种微生态制剂作用于青虾养殖池,利用制剂中的硝化细菌、枯草芽孢杆菌、假单胞杆菌降解水体中有害物质,施用后青虾生长速度明显加快。任保振等,王广军等在温室养鳖池投喂含有蜡质芽孢杆菌的有益微生物结果降低了水体中的COD、氨氮、亚硝酸氮的含量,池水和底沙中的异样微生物数量明显增加。刘忠等实验表明将光合细菌投加入鲍鱼鱼苗中,成活率比对照组提升了13.5%,平均体长提升了2.4%。翟士君等应用放线菌对温室养鳖池净化水质的效果进行了实验结果表明水质透明度明显增强,并增加了幼鳖的摄食量和抗病力。宫兴文等将放线菌和光合细菌联合起来使用,也取得了明显的净化水质的效果。薛恒平等研制了由芽孢杆菌,光合细菌,蛭弧菌等组成的复合菌种,在虾池每周施放一次结果水质良好,试验组对虾病毒病暴发的时间延迟了10d,产量增加了40%。
4展望
微生态在水产养殖中具有良好的水质调节作用,降低水中对鱼虾有害的氨氮等物质。且富含B族维生素和辅酶Q等生理活性物质,能明显促进鱼类等水生生物的生长,也能防治鱼虾病害的发生。由于目前大量使用化学药品和抗生素来防治鱼虾病害的发生,化学药品易残留在环境中,带来二次污染,抗生素容易使病原产生抗药性,长期使用后效果不佳,与其相比,微生态制剂具有较多的优点,在水产养殖中将具有较大的开发应用价值。
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中卫市地处宁夏回族自治区西北部,黄河中上游。黄河流经中卫市182.4公里。自流灌造就了引黄灌区111万亩优质高产农田,形成了富集的水域、滩涂和湿地,是西北重要的水产养殖集散地,中卫市正在向“塞上生态旅游城市”的目标迈进。中卫市是自治区渔业生产重点地区,素有“丝绸之路、鱼米之乡”的美誉,水产养殖业起步于上世纪80年代。为解决人们“菜篮子”,建设了高标准商品鱼基地,养殖产量从80年代的500余吨,发展到2011年的1.2万吨,渔业产值突破亿元大关,渔民人均收入6800元。渔业是农民增产增收的重要途经。全市水产养殖面积4.5万亩,其中池塘1.4万亩、大水面养殖1.5万亩,稻田养蟹面积1.6万亩,养殖品种有鲤鱼、草鱼、白鲢、花鲢、鲫鱼、甲鱼、锦鲤、泥鳅、珍珠、匙吻鱼、大鲵等。
二、当前渔业生产对水环境的影响
在我市渔业持续发展过程中,也逐渐产生了生产发展与环境保护的尖锐矛盾。水产养殖业需要良好的水环境,但近十年来水环境质量没有明显好转,局部地区恶化,不少池塘、湖泊富营养化加剧,蓝藻大量繁殖,渔业重点区的渔业水质标准超标。我市水环境污染,主要是工业排污及农业生产,水产业作为我市农业生产的一个特色产业也对水环境造成较大污染,尤其是近几年大面积发展水产养殖,过分追求高产量、高效益,渔用饲料、药品、肥料等生产资料的大量投入,在养殖过程中大量排放富含无机、有机物质和生物、药物残留的废水,流入到敞开水域中,对周围水环境造成影响,引起水域水质的恶化,不仅影响工业、农业生产和居民生活,也对水产养殖业本身造成危害,阻碍水产业稳定可持续发展。1.中卫市水产养殖业主要污染物质①对水环境污染影响的投入品。主要是饲料、肥料和药品。②养殖水域富营养养殖用水的排放。主要是养殖过程中为改善池塘水质的定期排放,每亩产生废水量1300吨。③水产养殖排放水体中含有的主要污染物。无机物:主要是氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、磷酸盐、硫化物等。有机物:动植物尸体、排泄物、残饵、悬浮有机碎屑、腐殖质等。生物:动植物活体、浮游动植物、致病性病毒、细菌、真菌及寄生虫。药品残留:各类药品残留及代谢物留存在生物体内及废水中。水产养殖排放的废水污染物含量指标大大高于天然水域水,水色呈黑色、或灰白色、或深蓝色、或深绿色,有别于天然水域水色,透明度低于30cm,溶解氧低于2mg/L,化学耗氧量(COD)10-50mg/L,非离子氨氮高于0.1mg/L,亚硝酸氮高于0.2mg/L,水中有机物及生物量均高于天然水域水。2.水环境污染造成的危害近几年来,排入自然界的废料愈来愈多,而节能减排工作没有取得实质性进展,对环境的污染日益加剧。我市水产养殖业还基本保持“资源投入—产品—污染排放”传统生产过程,从长远看水域水质日益恶化,影响了人们生活质量的提高,影响工农业生产可持续发展。①水域污染影响工农业生产用水。水域水质被水产养殖污染后,往往富营养化,蓝藻繁殖过度,对水源造成危害,对当地的工农业生产用水有一定影响。②水质污染引起天然水域水生生物资源的变化及衰退。③水域渔用药品及化学品污染影响人的身体健康及动植物的健康。④水域污染影响环境景观及人们居住质量。
三、生态环保型渔业的发展
近十年来,我市渔业生产发展基本依靠加大资源的投入来达到增加产量和效益的目的,并且对环境的污染程度日益加剧,走的是一条“物质投入—生产产品—污染排放”的粗放型路线。发展现代渔业就是要按科学发展观的要求,改革目前的生产模式,转变经济渔业增长方式,优化结构和布局,节约资源的使用,减少渔业面源污染,保护水域环境,使渔业生产与环境和谐统一,倡导“资源节约—高效利用—再生循环”的生态环保型渔业发展路线。
混养长脚的效益高 水产养殖户王良丰去年把他承包的池塘进行改造,分别主养甲鱼、乌龟、河蟹、青虾等与鱼类混养。另一个以养鱼为主,667平方米混养甲鱼30只左右,利用池内小杂鱼,再补充一些饲料,年底可产甲鱼15~25千克,667平方米效益8000元很容易就达到。
多养怕冷的品种见效快 水产养殖场的张海娟具有多年水产养殖经验,她在养殖中偏爱上了怕冷的热带鱼、虾。像■鱼、罗非鱼、淡水白鲳以及罗氏沼虾、南美白对虾等成了她的主养产品,这些品种不但肉质较好,有的颜色还较艳丽,适合垂钓,同时,养殖条件也不高,她既搞单养,又搞混养,由于周期短、见效快、产品精,年收入都达到10万元。
套养吃鱼的赚外快 20作业区的张以堂,在同一个池塘中套养了鳜鱼、乌鳢(黑鱼)、加州鲈鱼、鲇鱼等肉食性鱼类,利用这些鱼类,既可以清除池塘里经济价值低的小型野杂鱼,又可为放养鱼减少争食、争氧对象,提高养殖鱼类产量。他一般667平方米水面套养肉食性鱼类20~30尾,投放时规格要小于主养鱼类,以保证主养鱼的安全,仅肉食性鱼类一项可多收入1500~2000元。
精养绝后的获利丰 有“鱼博士”之称的水产养殖户何文青,通过网上搜索,引进不能繁殖后代的湘云鲫、湘云鲤等三倍体鱼类,这些鱼类具有生长快,肉嫩味鲜等优点,在5℃仍可摄食生长,延长了生长期,产量高,效益好。
【关键词】环境生物技术;生物修复技术;水产养殖废水
1 生物修复技术的基本概念及其原理
生物修复又称生物改良,是指利用生物的生命代谢活动,来减少污染环境中的有毒有害物的浓度或使其无害化,从而使污染了的环境能够部分或完全地恢复到原初状态的过程。
生物修复根据所利用的生物,可以分为植物修复、动物修复、生态修复、微生物修复四类。根据被修复的污染环境,可以分为土壤生物修复、水体生物修复和大气生物修复。而由于生物修复的实施方法不同,又分为原位生物修复和异位生物修复。
1.1 生物修复的基本原理
生物修复技术是通过生物的降解和转化,将有机污染物转化为无害的小分子化合物和二氧化碳与水。利用生物对环境污染物的吸收、代谢及降解等功能,对环境中污染物的降解起催化作用,加速去除环境中的污染物。
1.2 生物修复技术的特点
生物修复技术具有投资费用低,对环境影响小,使用效果好,使用区域范围广,使用面积大等特点,而且能同时处理受污染的土壤和地下水。在土壤修复中还可以去除环境中的重金属和放射性核素。但其也存在局限性,生物不能降解进入环境中的所有污染物,并且受外部环境的影响较大。
2 生物修复技术在水产养殖废水中的应用
氨氮是水产养殖的最主要危害,但传统的加注新水、曝气、漂白粉或臭氧氧化、使用斜发沸石进行离子交换等方法脱氮效果并不理想[2]。而活性污泥法、生物膜法和稳定塘法等生物处理法存在或伴有污泥产生、反应启动慢、出水水质不稳定等问题。随着生物技术的发展,生物修复技术在水体氨氮污染的处理上被广泛应用。微生物修复技术在水产养殖中主要应用于养殖环境的原位修复中,主要处理底泥的有机污染和水体的富营养化问题。
2.1 生物在水产养殖环境生物修复中的作用机制
水产养殖生态环境中的有益微生物(净水微生物)在池塘连续养殖情况下,能清除因池塘长时间养殖水域底部积累的大量残余饲料、排泄物、动植物残体以及有害气体(氨、 硫化氢等),使之最终分解为CO2、碳酸盐、硫酸盐等物质,起到净化水质的作用。并且能为环境中的单细胞藻类为主的浮游植物提供营养物质,促进藻类等浮游植物的繁殖。这些藻类为主的浮游植物的光合作用,又为池塘内底栖动物、水产养殖动物的呼吸和有机物的分解提供氧气,从而形成一个良性的生态循环,有利于水产养殖动物的迅速生长。同时有益微生物的大量繁殖,在池内形成优势种,可抑制病原微生物的繁殖,减少养殖动物的疾病发生。
2.2 生物对养殖环境的生物修复
2.2.1 微生物对养殖水体氨氮污染的修复
在一般污水处理系统中,硝化细菌的含量很低。因此,研究开发硝化细菌的快速富集培养技术,提高硝化细菌的产率,对氨氮污染水体处理具有重要作用。
现实中,硝化过程主要由自养菌完成,但异养菌也可以参与硝化;氨氧化在有氧条件下可以进行,在厌氧条件下也可以发生。胡宝兰、郑平在Anammox (厌氧氨氧化Anaerobic Ammonia Oxidafion)反应器中分离了6株好氧氨氧化菌,它们不仅具有好氧氨氧化菌的典型特征,而且将其置于厌氧条件下培养也有厌氧氨氧化能力。Robertson和Van Neil分离的Psendomonasspp1、Alcaligenes faecalis和Thiosphaerapantotropha菌株,既表现为好氧反硝化,同时也具有异养硝化能力,因此,Robertson提出了好氧反硝化和异养硝化的工作模型,直接把氨转化为最终的气态产物。光合细菌在养殖水体氨氮污染生物修复中的应用非常广泛[5]。此外,应用属于放线菌的诺卡氏菌属、浮游植物的大型绿藻、席藻、螺旋藻和小球藻以及大型水生植物的伊乐藻、轮叶黑藻去除养殖水体氨氮的研究也有不少报道。
2.2.2 水生植物对养殖水体氨氮污染的修复
水生植物修复是生物方法和生态方法中的通用技术。水生植物按生态类型,可分为沉水植物、飘浮植物、浮叶植物、挺水植物。利用特定技术,还可以将浮游藻类、陆生植物应用于养殖水体修复中。目前国内外学者对植物修复富营养化水体进行了诸多研究,并取得了一定的成就,筛选出了一些优势种。植物系统对养殖水体的净化作用,主要是通过植物的吸收作用,根区微生物的降解作用,植物的吸附、过滤和沉淀作用,植物抑制藻类生长的作用以及作为生态系统的生产者来调节其他生物种类和数量的作用来完成的。其具有以下优势:净化所需的能源由光合作用提供;许多植物具有美学价值,能改善景观生态环境;植物可被收割和利用,创造新的价值;能固定土壤或底泥中的水分,防止污染源进一步扩散;为降解微生物提供了良好的栖息场所,有利于微生物的生存。水生植物庞大的根系为细菌提供多样性的生境,植物可输送氧气至根区,有利于微生物的好氧呼吸。目前,国内外应用较多的水生植物修复技术主要有人工湿地处理技术、生态浮床技术等。
2.2.3 水生动物修复技术
国内外许多学者和研究人员作了大量的研究工作,探讨水生动物对水体中有机污染物和无机污染物的吸收和利用。研究认为,在水体富营养化的防治过程中,除了考虑对藻类等浮游植物进行防治,对浮游动物的防治也不能忽视。防治浮游动物繁盛最有效的方法是放养鳙鱼,而鲢鱼的放养通常是为了消除浮游植物。鲢鳙的放养量以及如何搭配亦值得研究。鲢鳙混养时,鲢鱼大量摄取浮游植物,从而抑制了以浮游植物为食的浮游动物的生长和繁殖;如果鳙鱼的数量放养过多,鳙鱼就得不到足够的食物,生物量受到抑制,放养太少,不能充分利用饵料而影响其产量。合理搭配鲢鳙的放养数量,可充分利用天然饵料,从而减少浮游植物和浮游动物的数量,这样既可治理水体的富营养化,又可提高经济效益,是一项非常值得研究的生物修复技术。武汉东湖的围隔试验证明了链鱼和鳙鱼能有效控制蓝藻水华,并指出当放养的鲢鱼和鳙鱼的有效生物量达到46~50 g/m2时,可有效地抑制水华的发生。
3 生物修复技术的应用前景
生物技术在环境保护中已获得广泛的应用,并取得了显著成效。随着经济的腾飞、人口的膨胀、资源的短缺、环境状况的恶化以及人类环保意识的增强,生物技术的环境保护功能显得越来越重要,其明显的经济效益、环境效益和社会效益引起科技界和企业界的极大关注,呈现良好的发展趋势。
参考文献:
[1]杨秀敏等.生物修复技术的应用及发展[J].2007(16).
[2]李谷等.硝化细菌富集方法的研究[J]. 淡水渔业,2000(9).
关键词:管理系统;物联网;无线传感器
引言
我国是一个水产养殖大国,水产养殖产量对于增加养殖户收入十分重要。利用现代“物联网”技术,保持水的质量和养殖效率,体现科技在水产养殖中的作用,则成为未来的发展的必然。“物联网”也被称为“无线传感器网络”,它指的是海量的信息通过各种传感设备,如射频识别(RFID)设备、红外传感器、全球定位系统、激光扫描仪,或其它连接方法。农业和渔业的基于智能环境监测系统需要对水产养殖产量、效率、生态、安全、智能化等方面有较高的要求。本文设计建立了一套集在线收集、智能网络、无线传输、智能处理、预警信息传播的功能系统,意义重大。
1物联网体系架构
物联网(DCM)的基本结构分为三层:感知层、网络层和应用层。感知层是基础,这一层是由有能力感知事物和收集信息识别对象等设备成分构成,在这一层上负责实现全面的感知功能。网络层集成各种通信网络和互联网使这层负责数据的感知分类、聚合、加工,并能可靠地传输。各种网络应用层的技术和产业的专业知识相结合,提供各种各样的不同的用户的应用,如智能交通、环境保护、安全回家、工业监控、个人卫生、军事侦察等。
2物联网水产养殖管理系统的设计流程
在系统运行时,硬件设备首先进行自查,检查是否存在硬件故障,如有,则通过GPRS用户发送短消息。如果发现水中超出标准值的相应数据,则通过GPRS用户发出警告,提醒用户是否需要调整传输控制信息节点质量。用户可以通过手机,电脑,在浏览器的平板电脑或PDA进行登记,实时查看相关信息,并确认是否发送控制信息。如果浏览器发送请求到服务器,则通过GPRS网络服务器发送指示Zig-Bee网络的水质参数以作为调整依据,如果未能发送控制信号或者服务器繁忙,则退出浏览器或者重新登录浏览器访问服务器。
3WEB开发的相关技术
3.1C/S模式体系架构3.1.1传统C/S分为客户机模式和服务器模式,如图2所示由于客户端管理难度的非均匀负载,加之如果对系统升级,需要对所有的客户一一进行。这不仅使得应用软件使用不变,还使得软件维护成本越来越高。这导致了两个问题:系统可扩展性降低和难以安装,这样的应用程序的两层结构极大地制约了Internet/Intranet的环境下的实际发展。因此,人们提出了三层结构的客户端服务器系统。3.1.2三层C/S模式三层思想的结构是基于三个相对独立的应用程序的逻辑功能的应用程序,它被分成了不同程度的抽象的三个部分,分别在客户端层,商业逻辑层,数据服务层,如图3所示:三层模式的关键点是要分离的业务逻辑被提取时,构成中间层,从而形成一个分布式应用系统真实。在三层模型中,大大降低了用户端的压力,这种结构被称为“瘦客户端”模式。如下图4所示:集中应用系统的服务器和所有的应用程序可以通过在客户端执行的Web浏览器的开发。基于B/S结构它具有许多优点,例如:①具有薄的客户端的特性;②可以跨平台运行;③表示层到Web页面中,当从服务器发送到客户端,定义并在服务端完成数据库管业务逻辑层物理客户机的请求。B/S系统的三层结构具有许多优于传统的C/S架构的优势,在Internet中使用基于Web技术,结合传统的控制理论,拓展传统功能的监控应用,更加顺应时展潮流,是代表技术发展的大势所趋。
4系统的设计与实现
4.1MyEclipse简介MyEclipse企业平台((MyEclipse企业工作台,称为My-Eclipse)是EclipseIDE,使用它的扩展,我们可以提高工作效率和应用程序服务器集成。它是一个功能丰富的J2EE集成的开发环境,包括完整的代码、调试、测试和的HTML、支持、Struts、JSF、CSS、Javascript、SQL、休眠等脚本及功能。4.2数据库设计4.2.1概念模型设计(E-R图)E-R模型的基本概念:要构建E-R图的概念实体关系模型,这使得它们从数据库模型图不同。一个E-R图由不同的实体类型、关系、特征和类型组成。(1)实体:现实世界中的事物;(2)属性:事物的特性;(3)联系:在真实世界中的对象之间的关系。本系统的E-R图如图5所示:4.2.2数据库表及关系建立根据这些步骤将创建一个数据库,以便建立列表结构。(1)用户基本资料表;(2)池塘信息表:(3)水质报警引用表。4.2.3详细数据库结构设计(1)用户基本资料表:用户基本信息表存储在需要用户登录,或基本的信息来记录用户的登录名、密码,用户基本信息表如表1所示:(2)池塘信息表:池塘的信息表存储在农户养殖水生物种,以及池塘水深和面积信息,有利于管理。池塘信息表如表2所示:3)水质参数报警参考表:水质参数表引用报警,存储在水质标准及其不同的水生物种的参数,如果超过标准范围自动报警用户进行比较的水质参数。水质报警引用表如表3所示:4.3系统模块详细设计本系统主要分为三个系统功能模块:用户登录模块、模拟显示模块、后台管理模块。用户登录模块主要实现登陆的注册和农民变化的基本信息。可实现用户登录、用户注册、资料修改等相关功能;模拟显示模块主要负责将各项信息、参数及报警提示等,以模拟LED的方式进行显示;后台管理模块主要负责对用户信息、池塘传感信息及各项参数进行管理和修改,最终完成对整体养殖监测系统进行管理和控制。
5结语
[关键词] 酶联免疫吸附法 水产养殖 实际应用办法 生物科技
[中图分类号] S942 [文献标识码] A [文章编号] 1003-1650 (2016)04-0290-01
作为现代化的检测技术,酶联免疫吸附法即将酶复合物与抗原(或抗体)有效结合,通过显色变化测定病原菌。由于抗原(抗体)在结合到固相载体表面后仍具免疫活性,抗体(抗原)与酶的结合物仍能保持二者的活性,结合物与相应抗原(抗体)反应后所结合的酶仍能催化底物生成有色物质其含量根据结合物颜色深浅易于测定,故而使得ELISA具有选择性优良、高灵敏、数据客观可靠、结果准确、实用性强的优点。
1 酶联免疫吸附法
1.1 酶联免疫吸附法的测定原理
酶联免疫吸附法基本原理:根据抗原或抗体具有特异,通常选取可溶性抗原或抗体结合到固相载体上,一般采用固苯乙烯作为固相载体,此过程保持抗原抗体具有免疫活性。在固相载体上使抗原或抗体与另外一种酶结合,成功结合的产物即具有酶的活性又具有抗原抗体的免疫性。测定时,将待测物于已经用酶标记好的抗原抗体反应,时间不需要很长,然后将固相载体上的结合物洗涤,主要是将待测物于酶抗原抗体结合的产物分离出来。然后加入酶催化,被酶催化生成有色产物,故而可根据颜色变化情况进行分析,由于酶的催化效率很高,因此酶联免疫吸附法能够达到很高的准确率。
1.2 酶联免疫吸附法的方法及其操作
尽管至今酶联免疫吸附法的检测方法的分类仍没有一个准确权威的定论,但是无论采用怎样的形式进行检测,均需要在试剂的帮助下完成,具体为酶反应的底物、免疫吸附剂、被酶标记过的抗体或抗原,其中免疫吸附剂主要是将抗原或抗体与固相载体结合的产物。在确定检测试剂后,依据检测样本性状差异,选择不同的检测方式进行,目前该种检测技术现存方式较多,其中以下几点最为常见:其一,双抗体夹心法。结合特异性抗体与固相载体,形成固相抗体:洗涤未结合抗体及杂质,用BSA进行封闭。洗涤除去多余的BSA,加受检标本,与固相抗体接触反应,形成固相抗原复合物,而后洗涤除多余杂质。最后加酶标抗体,使固相免疫复合物上的抗原与酶标抗体结合并彻底洗涤未结合的酶标抗体并根据颜色深浅进行定量测量;其二,双位点一步法。该种检测方法针对抗原检测,依据抗原分子的决定簇不同,分别对其单克隆抗体进行标记,形成霉变抗体与固相抗体,将两种抗体同步检测,通过将其并作一步完成检测操作;其三,间接法测抗体。该种检测方式,主要借助抗原的特异性,通过固相抗原的形成,去除检测物质中的杂物,以及没有完成结合的抗原。(4)其余的检测方法还有竞争法、捕获法测IgM抗体。
1.3 酶联免疫吸附法的特点
与过去经典的生物化学检测方法相比较,酶联免疫吸附法由于其检测限可达ng甚至pg,故而具有灵敏度高的特点;而且,它还具有特异性很强的抗原抗体免疫反应,这就使得那些结构类似物、有色或荧光物质对检测的干扰会变得很小,大大提高了结果的准确性;最后,本着绿色实验思想,这种灵敏度高,可以利用低浓度的标准品和少量的有机溶剂就能得到精准实验结果的方法,无疑能够大大减小试剂对环境和实验人员的污染和危害。
2 水产养殖中的的酶联养殖吸附法应用
2.1 致病病原菌的检测
近年来,致病微生物严重影响着水产品养殖行业的发展,下面我们就来说一下水产品中致病微生物。水产品的致病微生物无非分为两种,一种是自身携带细菌:溶血性弧菌和甲肝等都是水产品中致病微生物导致的。一种是人为污染导致细菌滋生:通过人体或动物肠道消化产生的粪便排放到水中导致细菌污染。伴随生物技术的不断完善,水产品致病微生物的检测面临新的发展机遇,生物检测技术日益准确、快捷、操作简单,现对当前应用较为广泛的PCR技术加以分析。
PCR技术:该技术三大核心要素是DNA、四种脱氧核糖核苷酸和引物,在DNA聚合酶的作用下,快速复制翻译目标DNA,此方法可以在试管中操作,因此操作方便,由于反应速度非常快,短时间内就能复制数十万想要的目的基因或DN段,无需进行DNA克隆就能达到目的。此项技能已经应用于生物各个领域,比如DNA检测,基因分离,DNA分析,同样也应用于水产品中致病微生物的检查
2.2 水产品安全检测
我国采用的ELISA氯霉素试剂盒线形范围在50ng/kg~1350ng/kg,定量检测下限为100ng/kg,而水产品组胺的FDC和EEC最大允许量为100mg/kg~200mg/kg。ELISA法测定组胺始于1983年,之后方法不断完善,如Neogen组胺试剂盒,运用该试剂盒检出速度非常快,35min快速检测,且限达2.5mg/kg,检测结果不受样品盐分干扰,且直接用水相进行样品的前处理,避免有机试剂的污染。
结语
可见ELIS的应用范围十分广阔,而其在水产养殖中应用的效果尤为突出,它不仅是革新了传统的方法,也修正了原有检测方法耗时长、成本高、环境负担大的问题。ELISA操作简捷、快速,低污染、高效率,在水产养殖中大有可施为的地方。
参考文献
[1]方平,李英文.酶联免疫吸附法在水产养殖中的应用[J].水利渔业,2004,第1期:12-14.
四十多年来,珠江水产研究所长期致力于水产疫苗研发与应用工作,在我国水产疫苗研究领域处于“领头羊”地位,尤其在草鱼出血病疫苗研究方面具有传统主导优势。草鱼出血病疫苗历经珠江所三代科研人员的潜心研究,自上世纪60年代率先研制出我国第一个水产疫苗――草鱼出血病组织浆灭活疫苗(“土法”疫苗)后,经过多年努力,上世纪90年代研制出我国第一个具有免疫原性强、免疫效果好、免疫保护期长等优点的高效弱毒疫苗――草鱼出血病冻干细胞弱毒疫苗。该疫苗通过天然活性物质对病毒减毒处理制备而成,具有使用剂量小、易保存、使用方便、养殖当年鱼免疫一次即可达到保护效果的优点。在中试应用方面,草鱼出血病冻干细胞弱毒疫苗已在广东、广西、福建、海南、湖北、湖南、四川、浙江、江苏等多个省份地区进行了区域性试验,免疫保护率达到90%以上。
在农业部的大力支持和指导下,珠江水产研究所在水产疫苗产业化方面做了大量扎实的工作。目前已掌握了草鱼病毒病、主要淡水鱼类暴发性传染病以及海水鱼弧菌病等多项疫苗的研制技术,并加快了珠江所水产疫苗生产基地的建设工作。2007年12月,建成了我国首个符合兽用生物制品GMP要求的水产疫苗生产中试基地。该基地建设面积约3600平方米,具备病毒活疫苗、病毒灭活疫苗、细菌灭活疫苗、亚单位疫苗4条生产线;并成立了珠江所水产疫苗工程技术中心,与该所的“广东省水产动物免疫技术重点实验室”形成了全国研发共享平台。
水产疫苗GMP生产中试基地的建成、草鱼出血病活疫苗的获批,对推动解决我国水产疫苗从实验室研究向产业化过渡的瓶颈问题,促进水产疫苗科技成果的转化,保障水产养殖的安全可持续发展具有重要的意义。
在水科院首席科学家吴淑勤研究员的带领下,珠江研究所2009年底启动了水产疫病防控技术研究体系建设,现已成为我国水产动物疫病防控研究领域的一支重要力量。该队伍现有30多人,其中院病害学科首席科学家1人、研究员5人、研究生导师5人、硕士、博士研究生10多人。此外,珠江所还牵头组织了由院发起的全国相关高校、研究机构、企业以及学会、技术推广单位等参与的渔药产业技术创新战略联盟,并组建了珠江所绿色渔药集团,为今后水产疫苗发展打下了基础。