淺析水產(chǎn)養(yǎng)殖水處理技術(shù)

徐繼松

1.集美大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，福建廈門 361021

2.福建省高校水產(chǎn)科學(xué)技術(shù)與食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建廈門 361021

隨著社會(huì)的發(fā)展，水資源短缺威脅著不少地區(qū)和城市的生產(chǎn)和生活。傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)方式不僅與人類爭奪水資源，而且養(yǎng)殖廢水中所包含的來源于糞便和飼料的顆粒態(tài)固體廢物、溶解態(tài)代謝廢物、溶解態(tài)營養(yǎng)鹽、抗微生物制劑和藥物殘留等[1]大量排放后，會(huì)造成對自身水體和周邊環(huán)境的污染；因此改變水產(chǎn)養(yǎng)殖模式勢在必行。循環(huán)水養(yǎng)殖是實(shí)現(xiàn)高效、綠色和清潔水產(chǎn)品生產(chǎn)的重要途徑，是未來水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)發(fā)展的必然趨勢之一。而發(fā)展循環(huán)水養(yǎng)殖的關(guān)鍵與核心就是循環(huán)系統(tǒng)的水處理技術(shù)。與工業(yè)廢水和生活污水相比，水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)生的廢水具有高氨氮、低有機(jī)污染物兩個(gè)非常明顯的特點(diǎn)。在凈化循環(huán)回用的過程中，通常養(yǎng)殖廢水中的營養(yǎng)性成分、溶解有機(jī)物、懸浮固體和病原體是處理的重點(diǎn)[2]。在此從物理的、化學(xué)的、生物的角度對水產(chǎn)養(yǎng)殖污水處理技術(shù)的研究進(jìn)展作以簡單評述。

1 物理方法

物理方法可分為沉淀技術(shù)、過濾技術(shù)和浮選技術(shù)。

沉淀技術(shù)主要是通過自然沉降或者借助機(jī)械旋流沉降，來達(dá)到固液分離的目的，從而去除養(yǎng)殖污水中的大型顆粒。沉淀技術(shù)一般以沉淀池的自然沉降和沉淀槽等設(shè)施的機(jī)械旋流沉降的方式達(dá)到去除污水中大顆粒物，減輕養(yǎng)殖水處理工藝下各環(huán)節(jié)的負(fù)荷，提高處理工藝對養(yǎng)殖污水中污染物的高效去除效果。在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中，因循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中懸浮顆粒物的平均相對密度略大于水的相對密度，一般可采用自然沉淀來達(dá)到初步去除大顆粒物。Merino G E[1]等對養(yǎng)殖水中固體顆粒進(jìn)行研究，為有效沉降養(yǎng)殖水體中的污染有機(jī)物提供可靠的理論依據(jù)；運(yùn)用沉淀槽能夠去除養(yǎng)殖水體中69.2%的懸浮固體顆粒[3]；而使用水力旋流器可以去除87%以上粒徑大于77μm的懸浮固體顆粒物。張俊新等利用沉降柱對養(yǎng)殖污水中的固體顆粒達(dá)到40%以上的去處效果。因此使用沉淀技術(shù)可以有效地去除養(yǎng)殖污水中的大型顆粒，實(shí)現(xiàn)第一步的凈化作用[1]。

過濾技術(shù)主要依靠過濾設(shè)備來對養(yǎng)殖污水中顆粒物進(jìn)行固液分離，以達(dá)到除污凈化的作用。一般常見的機(jī)械過濾設(shè)備有弧形篩、固定篩、旋轉(zhuǎn)篩、振動(dòng)篩、砂濾器和近年興起的膜濾技術(shù)等，過濾設(shè)備一般會(huì)配備有反沖洗設(shè)備，能做到很好的反沖洗，不僅僅能夠提高設(shè)備的固液分離速率，更能夠延長設(shè)備的使用壽命，降低投入成本，目前已經(jīng)成為一種被廣泛應(yīng)用的技術(shù)?；⌒魏Y是目前在國內(nèi)外養(yǎng)殖系統(tǒng)中逐步推廣的另一種微篩過濾器，優(yōu)點(diǎn)是無動(dòng)力消耗，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)成本低，但自動(dòng)化程度低，需每天人工清洗。固定篩和旋轉(zhuǎn)篩在養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中使用較少，砂濾器一般較為常見，它主要采用填充一定粒徑的介質(zhì)（砂子或其它微粒物質(zhì)）形成孔隙截留水中的固體顆粒物。目前研究較為多的是濾膜技術(shù)，它主要采用不同孔徑的膜濾除顆粒物，是依膜孔徑截留不同粒徑顆粒物的過程。養(yǎng)殖污水處理技術(shù)中主要使用微濾和超濾技術(shù)，微濾膜（孔徑0.1μm～10μm）用于微米級顆粒的分離和濃縮，而超濾膜則主要用于相對分子質(zhì)量為1， 000～500， 000物質(zhì)的分離。Viadero Jr等的研究表明， 采用孔徑0.05μm的膜，可去除水質(zhì)中大于94%的總懸浮固體物和76%的有機(jī)物（BOD）；黃寶能等用多次超濾的方法對工廠化養(yǎng)殖海水進(jìn)行處理重利用，處理后海水水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到《漁業(yè)養(yǎng)殖用水》（GB11607-89）標(biāo)準(zhǔn)。膜處理技術(shù)技術(shù)的污染及其洗滌問題成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)，解決膜的污染和清洗技術(shù)能夠很大的延長膜的使用壽命，降低成本，為膜技術(shù)的推廣應(yīng)用提供前提條件。

浮選技術(shù)主要原理是通過氣液界面吸附濃縮污濁物，通過氣浮方式予以凈化。國外有研究表明，泡沫分離法適合分離粒徑在10μm～30μm 之間的具有表面活性的微顆粒，為水處理系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)提供依據(jù)；有研究表明泡沫分離器對揮發(fā)性顆粒去除效果較好，可高達(dá)93.2%[3]；羅國芝等使用泡沫分離器裝置對TAN、NO2-N 的去除率分別為42.45%和24.71%；近年加壓溶氣氣浮技術(shù)逐漸興起，有研究表明液位高度1.0m、液體流量200L/h～400L/h、溶氣壓力0.4MPa的條件下，濁度去除和溶解氧增加效果最好。

2 化學(xué)方法

目前養(yǎng)殖水處理技術(shù)的化學(xué)方法主要包括化學(xué)絮凝技術(shù)、臭氧氧化技術(shù)、紫外照射消毒技術(shù)等。

化學(xué)絮凝技術(shù)，其原理是依靠投放化學(xué)藥物與水體中污染物反應(yīng)，并生成沉淀析出，進(jìn)而被吸附、浮選分離出水體或者水體中污染物被氧化成無害物質(zhì)，而達(dá)到凈化水體的目的。

臭氧氧化處理技術(shù)，由于臭氧所具有的極強(qiáng)的氧化能力，其被廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的消毒和改善水質(zhì)中。有研究表明，臭氧對養(yǎng)鮑廢水中的總氨，亞硝酸氮，化學(xué)耗氧很有好的去除效果，去除率分別為13.6%，35.4%，31.1%，并能抑制細(xì)菌生長，促進(jìn)藻類生長，提高葉綠素含量；雖然臭氧的水處理效果很好，但臭氧殘留對水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物毒害很大，需要設(shè)置專門的去除殘留裝置，一般使用活性炭進(jìn)行去除殘留臭氧。臭氧可以降低膜污染，導(dǎo)致微生物細(xì)胞液溶出，并為反硝化提供碳源，還可以殺滅絲狀菌，防治污泥膨脹，低臭氧投放量可促進(jìn)污染水體中顆粒的加大程度，促進(jìn)絮凝。因此使用臭氧處理技術(shù)需要考慮實(shí)際情況做出合理的運(yùn)用。

紫外照射消毒技術(shù)，紫外消毒（UV）廣泛用于水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中，可破壞殘留的臭氧和殺死病菌，且具有低成本和不產(chǎn)生任何毒性殘留的優(yōu)點(diǎn)。Hunter等的研究表明，60mW·s/cm2～75mW· s/cm2的UV劑量可完全破壞高達(dá)0.5mg/L的殘留臭氧。采用UV消毒時(shí)，因微生物的類型不同，所需的UV劑量幅值變化也較大（2mW ·s/cm2～230mW·s/cm2）。紫外照射消毒技術(shù)主要用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的病害防治，配置紫外照射消毒設(shè)備主要是以殺滅水體中病原體為主，以此達(dá)到凈化水體的目的。

3 生物方法

生物方法主要是利用生物過濾技術(shù)去除或轉(zhuǎn)化養(yǎng)殖廢水中溶解的無機(jī)物或有機(jī)物。目前采用較多的是植物過濾和生物膜技術(shù)等。

植物過濾主要是利用植物光合作用吸收無機(jī)氮、磷后轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，達(dá)到去除水中營養(yǎng)性污染物的目的。目前，水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理中采用較多的植物過濾技術(shù)有藻類過濾技術(shù)、水培植物技術(shù)和人工濕地凈化技術(shù)。

藻類過濾技術(shù)是一種較好的植物過濾技術(shù)。但該技術(shù)在淡水養(yǎng)殖廢水處理中應(yīng)用較少，在海水養(yǎng)殖中多采用大型藻類，主要有石莼、紅藻、紅皮藻等來處理污水。近年來，由于微藻利用及收獲技術(shù)的研究得到了關(guān)注，微藻過濾養(yǎng)殖廢水技術(shù)也隨之得到很大發(fā)展。

養(yǎng)殖廢水中含有的有機(jī)或無機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)恰恰是水培植物生長所必需的，因而可以利用種植水培植物的方法去除營養(yǎng)物。水培植物技術(shù)是將循環(huán)水水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)與水培蔬菜、花卉或草藥生產(chǎn)系統(tǒng)相連，組成復(fù)合生物系統(tǒng)。該技術(shù)不僅可以去除水中的溶解性營養(yǎng)污染物，而且還可以去除和固定化養(yǎng)殖污泥。

人工濕地是由人工基質(zhì)和生長在其上的水生植物、微生物組成的一個(gè)獨(dú)特的土壤—植物—微生物生態(tài)系統(tǒng)，濕地凈化技術(shù)充分利用物理、化學(xué)、生物等三重處理方式進(jìn)行處理，具有處理效果好，方便維護(hù)，成本低，抗負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但是其占地面積一般較大，相對影響其應(yīng)用價(jià)值，并且水生植物具有季節(jié)性，因此濕地技術(shù)的應(yīng)用必須解決水生植物季節(jié)更替帶來的影響，及時(shí)的調(diào)整水生植物種類，做好季節(jié)的銜接，才能保證濕地凈化技術(shù)的能夠突出經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益兩大優(yōu)勢，利于濕地技術(shù)的推廣應(yīng)用。相關(guān)濕地水生植物的研究較多，一般來說常用的水生植物有香蒲、茭白、蘆葦、水蘊(yùn)草、黑藻、金魚藻、睡蓮、萍蓬草、菱角、鳳眼蓮、浮萍、滿江紅等。成水平等以種植香蒲（Typhaangustifolia）或燈心草（Juncus effusus）的作為人工濕地材料處理污水，結(jié)果表明，污水污染物的去除率高達(dá)94%；Adcock[32]等研究發(fā)現(xiàn)，水麥冬（Triglochin procerum） 對N、P的去除效果是蘆葦?shù)戎参锏?倍；吳振斌[33]等利用蘆葦（Phragmites autstralis）等植物組合的垂直流人工濕地系統(tǒng)對磷的最高去除率為60%；水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水進(jìn)入江蘺栽培區(qū)，江蘺吸收利用水中NH4+-N、NO2-N、PO43+等營養(yǎng)元素降低了水體中的N、P含量。關(guān)于濕地基質(zhì)研究相對較少，傳統(tǒng)的濕地基質(zhì)一般采用土壤，砂，礫石等。對于不同土壤作為基質(zhì)構(gòu)成的人工濕地，其對污染物的去除存在一定得差異性，H. Brix等分析比較了丹麥13個(gè)地區(qū)的沙的除磷能力發(fā)現(xiàn)，不同沙基質(zhì)濕地的除磷效果差異顯著；Drizo以頁巖為基質(zhì)對磷的去除率最高可達(dá)到100%的去除；相關(guān)沸石，石灰石，鋁礬土，膨潤土，爐灰等基質(zhì)的研究也較多，并對基質(zhì)的粒徑，pH，吸附性等理化性對處理效果的影響做了相關(guān)研究。雖然人工濕地處理養(yǎng)殖廢水有快速啟動(dòng)的特性，且僅受水力負(fù)荷率的影響。但試驗(yàn)結(jié)果也表明，在用濕地進(jìn)行污水處理時(shí)需要占用較大的土地面積，才能滿足廢水處理要求。

生物膜技術(shù)具有占地少，抗負(fù)荷大，處理效果好，簡單易操作等優(yōu)點(diǎn)，其主要以各種生物濾池和濾器形式存在，其除污機(jī)理是依靠濾池或者濾器填料上形成的生物膜，對污水中的污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)化、利用、去除。常見的生物濾器有淹沒式濾器、懸浮式濾器、滴濾器、轉(zhuǎn)筒式生物濾器、生物轉(zhuǎn)盤、生物固化床、生物流化床、珠狀濾器、柱狀濾器、罐狀濾器等，很多生物濾器已經(jīng)被生產(chǎn)成商品銷售，用于一些小型的養(yǎng)殖污水處理工作。而生物濾池主要以BAF形式存在，且處理效果較好，占地少，抗負(fù)荷高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)，其主要分為BIOCARBONE、BIOFOR、BIOSTYR三大類。BAF工藝是依靠生物膜來處理污水中的污染物，而生物膜是由微生物在載體上附著粘連而成，因此促進(jìn)生物膜附著生長的填料成為國內(nèi)外研究的重點(diǎn)、熱點(diǎn)。常用的填料有，碎石、陶粒、砂粒、沸石、活性炭、聚丙烯絲狀材料、塑料顆粒、塑料蜂窩、方便面式塑料板等。碎石，砂粒的比表面積較小，并不利于微生物附著形成生物膜，所以目前對此類填料的研究較少；陶粒在國內(nèi)研究較多，陶粒的研究逐漸發(fā)展到輕質(zhì)陶粒，納米陶粒，整體的成膜性能和污水處理效果在相關(guān)研究中均較好；沸石、活性炭、貝殼等填料的研究也較多，其中貝殼有調(diào)節(jié)pH和很好的除磷效果，并且能為硝化反應(yīng)提供堿源，因此近年貝殼也被用于生物濾池填料。曾正中等也對粉煤灰和沸石填料進(jìn)行了比較研究，結(jié)果顯示，兩者掛膜速度基本相同，前者的COD去除率高于后者，但TAN去除率低于后者；何潔等研究了沙子、活性炭、沸石三種生物填料對水質(zhì)的凈化效果，結(jié)果表明，沸石效果最好。一些有機(jī)材料填料也在國內(nèi)外被廣泛的研究應(yīng)用，有研究表明壓縮率為70%的多孔彈性濾料在水停留為15min條件下，可去除94.2%的水中BDOC；國外，Rebecca Moore等研究了尺寸范圍分別為1.5mm～3.5mm和2.5mm～4.5mm的填料對曝氣生物濾池處理效果的影響，小顆粒處理效果好于大顆粒，但抗水力負(fù)荷能力差于大顆粒，這為曝氣生物濾池填料尺寸要求上提供了一定的依據(jù)；Allant等人研究結(jié)果表明：上浮式填料比沉沒式填料對有機(jī)物和固體顆粒的去除率更高，耐負(fù)荷能力也更強(qiáng)。目前研究傾向于研究開發(fā)輕質(zhì)、廉價(jià)、親水性能好的濾池填料方向發(fā)展。

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