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池塘日积月累的有机物,有哪些降解的方法?

出处:施工评说 作者:施卫民 水产养殖网 2017-01-30 16:01:00

池塘在养殖过程中、投料、施肥,避免不了蛋白质、碳水化合物、脂肪等等有机物的持续污染,这些日积月累的有机物,除了清淤之外怎么样才能够降低这些有机物污染程度?不清淤就只能够降解和转化了。

降解:是指大分子的有机物被分解为简单的小分子物质的过程。在该过程中,有机物分子碳链断裂或碳原子数目减少,同时产生大量的能量。有机物被彻底分解为CO2与H2O时,称为终极降解。水产养殖中大分子有机污染物物主要是:蛋白质、脂肪、碳水化合物等,这一点大家是比较了解了。
转化:是指大分子的有机物从一种分子状态转变为另一种分子状态的过程。转化过程大分子的有机物分子碳链的断裂或碳原子数目的减少不一定发生,主要是有机物的分子改变。这方面在水产养殖和环保上有意义的就是:含氮有机物的惰性化。

在水产养殖的实际生产过程中,养殖池塘中有机物的降解方式主要是有:光降解、化学降解、生物降解三个途径。下面就这三个降解方式结合水产养殖的实际应用唠唠嗑。

一、光降解

光降解通俗一点说:就是水产养殖生产中的晒塘。

晒塘就能够降解有机物、就能够改底?其实道理谁都懂!谁都知道应该重视晒塘!只是有时候人啊人!就是瞧不起不需要花钱就能够完成的工作,以为便宜没好货!这一回你真的走眼了:为啥?不需要解释,有本事你把家里的维生素C、或者奶粉长期放太阳下保存试试看?

光降解是指晒塘过程中,底泥里那些对具有紫外线吸收峰的有机物在太阳之下分解的过程。晒塘是养殖最常见的、在经济上最为合理的一种降解方法。
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晒塘,通过取之不尽、免费的太阳能,让淤泥中的有机物质充分降解、充分氧化或者充分转化,是一种最经济、最有效的降解有机物、改底的方法。同时通过晒塘可以杀死寄生虫卵和消毒,也可以让原来非常致密的淤泥产生一定充满气体的微孔,让微生物有寄生处,为以后的生物降解带来环境基础,一举多得,何乐不为?所以尽可能的充分晒塘是提高养殖过程中水体溶解氧的一个重要手段。

光降解的机理主要是:底泥残留物质的分子吸收光能变成激发态从而引发各种不同的化学反应。

有一些残留的抗菌素,通过晒塘可以直接的分解,比如阿维菌素通过晒塘就可以产生直接光解反应降解去残留。

有一些物质的分子不一定能够被光直接分解,只能够间接光解,间接光解就是指当环境中存在的某些物质吸收光能呈激发状态后再和其他物质一起参与的反应。在前面的文中我们提到:歇塘回家过春节前,先撒一次石灰再回家的依据就在这里!钙能够和激发状态后的有机物反应,加快有机物的转化。

晒塘引起底泥的反应主要是由于太阳辐射,会引起底泥的有机物产生烷氧自由基(RO·)或羟自由基(OH·)等等活泼自由基,从而引起的一系列氧化、还原反应、分子重排等等。紫外光可以诱发底泥许多物质的分子顺反异构化作用,异构化作用完全取决于光线的波长,当波长增加时,异构化作用将明显下降。

二、化学降解

化学降解:是指有机物在一定的温度、氧气、pH、协同其他的离子等发生的降解为小分子化合物或者转化为惰性化合物的过程。这种方法最为适用于富营养化的老塘或者外水域富营养化的养殖区域。这种富营养化的池塘,由于耗氧量太大(也就是后面说到的BOD5有关联),导致生物降解会走向厌氧降解产生对鱼虾有负面影响的产物,所以必须通过化学降解部分有机物后从保证有氧生物降解的顺利进行。在自然条件下,如果没有人为的干涉,化学降解是一个缓慢的过程,晒塘过程中撒石灰就是一个干扰化学降解速度的人为手段。

以目前大部分养殖区域,尤其是老养殖区域,其外水源富营养化、底部富营养化程度,其养殖密度尤其在养殖的中后期,养殖水体的有机物污染已经超出了微生物对水体净化能力的强化作用的处理措施了。这种水体条件单单靠微生物是不可能达到预期水质水体的,在这种极端富营养化的条件下投加微生物,有可能会大幅度提高水体的耗氧量,反而加快了水质的恶化速度。最明显的现象是:养殖户在使用一些活菌之前都会担心:会不会缺氧?缺氧就是水质恶化的第一个指标。同时太多投加微生物还会带来微生物次级代谢物积累、裸藻占优水体等等后果。所以:在老养殖区域,化学降解是一个重要的手段之一,是保证养殖水体能够顺利进行有氧降解。

1、化学降解的方式主要是:水解、氧化和光解等等,有机物的水解产物一般会更易为生物降解。
水解速率与pH值有关
有机物在水环境中遇到的氧化剂主要有:
1O2(单重态氧)、RO2·、RO ·和· OH。
在水产养殖的实际操作中,加速池塘有机物的化学降解,容易做到的措施、比较实用措施、经济上可行的措施是:把增氧剂有足、用活。
把增氧剂有足、用活,有一些养殖户感到:增氧剂用多了会感到水浓了,水浓了是底泥有氧降解速度加快、底部改良了的表现,难道还想底泥的有机物堆积?至于藻多了好解决,转化一下水体的含氮物质就可以了。
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2、养殖生产过程中,人为干扰池塘有机物降解比较实用措施是:把有机物转化为惰性化合物
有机氮、磷惰性化是利用对污染物具有钝化作用的合成或自然物质,使底泥中污染物惰性化(理化性质不活泼、水溶性差),使之相对稳定于底泥中,大大减少底泥中污染物向水体的释放量,达到有效截、减池塘内源污染的作用,使水体的净化负担下降。
同时:有机氮、磷惰性化是被认为是“经济有效的”且“生态的”底泥污染治理技术之一,适合于P、N等污染底泥,也就是说已经富营养化的底泥的治理。
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三、生物降解 

所谓的生物降解就是指池塘的有机物通过水生动物、植物和微生物的代谢分解为各种小分子化合物的过程。水产养殖中,微生物对有机物的代谢方式主要为生物降解方式之一。可是,对于生物降解可不要一看到生物两个字就仅仅想到活菌两个字,不一定的,鱼虾混养、鱼菜共生也是一个非常好的生物降解方式方法。
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在没有人为干扰的条件下,微生物是水产养殖中有机物生物降解主力军。
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关于生物降解咱们就以最为复杂的含氮有机物的降解为例子

1、所谓的含氮有机物:是指除C、H、O外,还含有N、S、P等元素的有机化合物。水产养殖中,主要含氮有机物包括蛋白质、氨基酸、胺类及硝基化合物等,当然人为投药还包括尿素、腈类等等。含氮有机物的降解比碳水化合物、脂肪等有机物的降解都复杂和难度也相对比较大,而且含氮有机物的降解产物会与其他有机物降解产物发生相互作用,产生二次污染性几率也相对大。

2、含氮有机物的降解产物
1)硝化和硫化:含氮或者含氮同时含硫有机物的降解产物NH3和H2S都是水产养殖必须控制的污染指标,水体的NH3和H2S都会引起鱼虾不良的后果。这些代谢产物如果在溶解氧比较好的条件下,由微生物的作用继续发生硝化和硫化过程。
(1)硝化:
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(2)硫化:由硫化细菌作用,将H2S氧化为S2和硫酸盐
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当养殖水质出现硝化过程,可以视为:有机物正在进行自净过程。
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2)反硝化:
如果水体的溶解氧比较低,硝化过程就没办法进行下去了,使硝酸盐又还原为NH3,这个过程也称为反硝化过程。

即嫌气细菌把NO3-和NO2-作为呼吸作用的受氢体,使它们发生还原反应,逐步又转化为还原态,形式是N2O和N2等等气体。
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当养殖水质出现反硝化过程,可以视为养殖水体开始恶化的判断标志。

3、无氧生物降解

一般有机物的耗氧降解后期的代谢产物都是低级有机酸类物质,如果在水体的溶解氧很低,这些代谢产物(有机酸)未能完全氧化而停留在酸、醇、酮等化合物状态,这时候养殖水体的pH就会下降,出现底部发酸、虾脚发红等等表现。
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如果水体、底泥的pH值得太低,加上溶解氧低,
底泥深部的有机物就可能发生无氧生物降解代谢,无氧生物降解最终产物是甲烷气体(CH4),这个反应在严重富营养化的底泥的1~2公分以下,加上如果水温比较高的时候就会发生。所以:别指望活菌制剂会在你的底泥中进行深部分解,底泥的深部会发生的就只能够是:无氧生物降解!
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甲烷发酵的条件:
A、绝对厌氧条件。
B、最适的pH值为6.4~7.2。
C、最佳温度为32~70℃之间。
D、有足够的碳污染(还拼命泼洒糖不?)。
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四、池塘生物降解进程模以对养殖实际操作的启示

在投苗初期等等养殖的初期,好的池塘一般养殖水体溶解氧都比较丰富,池塘水体和底泥的有机物在好氧微生物的作用下氧化分解,产生的小分子物质源源不断的供应给水体,为藻的繁殖提供营养,而藻在消耗微生物的代谢产物过程中也避免了微生物代谢产物的堆积。形成了藻和微生物相互依存的和谐状态,保证了水质良好与稳定。

池塘底泥、水体中的微生物分解有机物的过程消耗水中的溶解氧的量,就叫生化需氧量(BOD),BOD常用单位为毫克/升。这个生化需氧量就是池塘耗氧量的主体,所以池塘耗氧量间接的代表着池塘有机物的丰度(有机物的多和少)。也就是说:一个耗氧量大的池塘,表示这个机物污染比较大。所以提高水体溶解氧,降低池塘有机物污染是非常重要的。

从BOD和耗氧量也可以间接观察到:微生物分解有机物的速度和需要的时间。有一个朋友说:活菌分解有机物只需要1~3天,这一点可就有一点神了啦。咱们先不说前几天我们讨论过的水温、Ph、溶解氧、硬度等等影响微生物代谢的因素,从理论上讲,有机物的生物氧化需要非常非常漫长的时间,就是不说理论说实际应用, BOD20已经就有代表性了,BOD20的意思是20天水体生物降解的需氧量。在实际经验发现,经5天培养后测得的BOD约占总BOD的70%,能够在一定程度上代表水中有机物的耗氧量。从这个角度看:当水体的溶解氧、水温等等因素满足了微生物的活动需要条件下,5天时间理论上有机物也就只有70%完成了生化代谢,哪里有3天就降解完毕那么神奇,何况池塘条件远比不上理论上的条件了。

在养殖的中后期或者底泥、外水域比较富营养化的条件下,养殖水体的溶解氧就很难保证这么多的有机物分解的需要了,这时候如果不采取措施降低水体或者底泥的有机物含量,那么就很可能进入到厌氧或者底泥开始无氧代谢了。

这里也说说BOD是怎么做出来的,好加深理解一下砖家神话。

五、从五日生化需氧量(BOD5)的测定看生物降解

BOD5的操作:
采池塘水水样,调整水样的pH在6.5-7.5范围、稀释,做成平行水样两份,对水样充分曝气,让水样的水中溶解氧近饱和(9.17mg/L)。一份水样马上测溶解氧量,另一份水样置于(20+1)℃的环境下培养5天后测溶解氧量,两份水样的溶解氧的差就是BOD5值。有需要的时候,后一个水样可以添加一定营养盐和进行微生物接种。

注意点:为了保证BOD5培养期间处于好氧状态,对于含较多有机物的水样,需要对水样进行适当稀释减少水样里的有机物含量保证剩余溶解氧在1mg/L以上后才能够培养测定。稀释的程度是:大致要保证培养过程中所消耗的溶解氧大于2mg/L,而剩余溶解氧在1 mg/L以上。
有机物消耗的溶解氧大于2mg/L是什么概念呢?看看下面这个表:
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氧的密度是:1.46g/L,理论上:1毫克溶解氧大概是可以满足差不多7.4毫克蛋白质的生物降解需要,这里还没有考虑脂肪和碳水化合物在内。《中华人民共和国国家标准---渔业水质标准》对BOD5值的要求是小于3mg/L,也就是水体有机物单单是蛋白质的话,每立方水不能够含有超过22克的蛋白质污染物,也就是差不多每亩x1米中不能够超过含1.5公斤蛋白质。想一想:如果自然条件下,池塘只能够容纳有多少的有机物(包括比蛋白质更加耗氧的脂肪)?降解这些有机物3天可以否?降解这些有机物耗氧量是几?这些都可以计算出来,没办法吹牛的。这些也说明了:为什么铺膜池、新的或者底部干净的池塘会比老池好管理水质的原因。原因就是:不是我不明白,是池塘投料快!是池塘积淤多!

总结

综合上述,在养殖过程中的管理中注意点

1、富营养化池塘不要指望底泥可以深部降解,实实在在的清淤、晒塘、惰性化底泥有机物才是真!

2、已经富营养化的池塘或者养殖密度高的池塘,通过化学方法把水体、底部有机物惰性化是保证生物降解顺利进行的主要手段,否则微生物会成为水质恶化的帮凶。

3、池塘耗氧量的主体是有机污染物,在把增氧剂有足、用活的前体下,转化底泥有机物为惰性物质是降低池塘耗氧量的主要手段。
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文/广州市胜维饲料有限公司高级工程师 施卫民

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