規(guī)?；ＫB(yǎng)殖廢水處理技術研究進展

劉盼盼，邱立平

（濟南大學 土木建筑學院，濟南　250022）

規(guī)?；ＫB(yǎng)殖廢水處理技術研究進展

劉盼盼，邱立平

（濟南大學 土木建筑學院，濟南250022）

隨著我國規(guī)?；ＫB(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，海水養(yǎng)殖廢水排放量日益增加，目前已超過了陸源污水的排放，帶來了嚴重的海洋環(huán)境問題，規(guī)?；ＫB(yǎng)殖廢水處理與排放控制已成為當今的研究熱點。介紹了我國規(guī)模化海水養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了海水養(yǎng)殖廢水的水質水量特點，綜述了海水養(yǎng)殖廢水處理技術的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，展望了未來我國海水養(yǎng)殖廢水處理技術和政策的發(fā)展方向，以期為我國海洋環(huán)境保護和海水養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展提供參考。

海水養(yǎng)殖；廢水處理；海洋環(huán)境

海水養(yǎng)殖已成為全世界范圍內(nèi)重要的蛋白質來源。隨著養(yǎng)殖規(guī)模和養(yǎng)殖強度的增加，海水養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展日趨規(guī)?；凸I(yè)化，廢水排放量迅速增加，并具有水量大、強度高和治理難等特點［1］。大量的海水養(yǎng)殖廢水進入海洋水體后，會導致海水中營養(yǎng)鹽含量急劇升高，藻類等異常繁殖，赤潮頻發(fā)，并對水體中物種多樣性造成破壞，帶來嚴重的海洋環(huán)境污染問題［2］。

目前，我國許多沿海養(yǎng)殖水體都出現(xiàn)了不同程度的水質惡化，由規(guī)?；ＫB(yǎng)殖引發(fā)的環(huán)境問題逐漸凸現(xiàn)［3］。因此，加強海洋環(huán)境保護，系統(tǒng)研究規(guī)模化海水養(yǎng)殖廢水處理技術與對策已經(jīng)成為當務之急。本文綜述了我國海水養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展狀況、海水養(yǎng)殖廢水的特點以及國內(nèi)外海水養(yǎng)殖廢水處理研究現(xiàn)狀，并在此基礎上，展望了未來海水養(yǎng)殖廢水處理的技術發(fā)展對策，以期為我國海水養(yǎng)殖業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展提供參考。

1　我國海水養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

我國是海水水產(chǎn)養(yǎng)殖大國，作為我國傳統(tǒng)漁業(yè)資源的替代產(chǎn)業(yè)，海水養(yǎng)殖業(yè)自20世紀80年代得到了突飛猛進的發(fā)展，逐漸向規(guī)?；凸I(yè)化方向發(fā)展，2012年，全社會漁業(yè)經(jīng)濟總產(chǎn)值17 321.88億元，實現(xiàn)增加值7 915.22億元［4］。近幾年來，中國水產(chǎn)品總產(chǎn)量一直占世界總產(chǎn)量的30%以上，養(yǎng)殖總產(chǎn)量躍居世界首位，中國已經(jīng)成為世界上最大的水產(chǎn)品生產(chǎn)國和出口國［5］。海水養(yǎng)殖在保障我國糧食食品安全的同時，極大地滿足了人們的營養(yǎng)需求，改善了人們的膳食結構，提高了人們的生活水平［6］，海洋漁業(yè)資源的開發(fā)利用已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略。

然而，海水養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)?；凸I(yè)化發(fā)展，必然會帶來大量的廢水排放及處理問題，加重養(yǎng)殖水體和鄰近海域的污染負荷，威脅海洋環(huán)境質量和海洋漁業(yè)資源開發(fā)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。由于歷史欠賬和近年來的快速發(fā)展，目前我國海水養(yǎng)殖廢水處理［7］幾近空白，相關技術研究滯后，管理對策缺失，導致海水養(yǎng)殖海域乃至整個近海海域水體水質惡化，赤潮、病害等污染事件頻繁發(fā)生，養(yǎng)殖用水資源匱乏，漁業(yè)產(chǎn)量和品質下降，造成了巨大的經(jīng)濟損失。據(jù)《2010年中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》統(tǒng)計［8］，2009年我國因海洋污染等漁業(yè)災情造成的水產(chǎn)品總量損失為116.10萬t，經(jīng)濟損失152.27億元。

因此，研究海水養(yǎng)殖廢水處理與排放控制技術，發(fā)展“環(huán)境友好”的新型養(yǎng)殖技術與模式已成為規(guī)?；ＫB(yǎng)殖業(yè)亟待解決的關鍵問題。

2　海水養(yǎng)殖廢水的水質水量特征

海水養(yǎng)殖廢水中的污染物主要有剩余餌料和生物代謝產(chǎn)物、化學藥品及治療劑組成。其中最主要的部分是養(yǎng)殖過程中投加的過量餌料，當餌料不能夠被水體中養(yǎng)殖生物完全利用，剩余部分則溶于水中或以底泥形式沉于池底，通過不斷積累最終導致海洋水體被污染。

海水養(yǎng)殖廢水具有以下特點：①海水養(yǎng)殖廢水排放量大，但污染物種類相對較少。②與工業(yè)廢水和生活污水相比，海水養(yǎng)殖廢水污染物濃度低，但溶解氧濃度高，質量濃度一般在5.0 mg/L以上；碳氮比較低，一般為3～10，遠遠低于微生物最優(yōu)碳氮比。由于養(yǎng)殖廢水碳氮比低且溶解氧濃度高，李秀辰等［9］在海水循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)中，利用養(yǎng)殖固體廢棄物作碳源，通過廢水水解和反硝化單元，有效地實現(xiàn)了脫氧和有機碳源補充，廢水的凈化效果顯著。③與常見的陸源污水相比，海水養(yǎng)殖廢水中的污染物組成、海水鹽度效應和離子強度效應均會增加處理技術的難度與復雜性［10］。④海水養(yǎng)殖廢水的處理要求高，考慮到部分處理后的廢水可能用于養(yǎng)殖回用，因此，要嚴格控制污染物指標和溶解氧濃度等［11］。

3　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

3.1國外研究現(xiàn)狀

近年來，一些外國學者認識到海水養(yǎng)殖廢水處理的必要性，率先開始了針對海水養(yǎng)殖廢水處理技術的研究［12］。目前國際上主要運用循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)（Recircu1ating Aquacu1ture Systems，RAS）對海水養(yǎng)殖廢水進行處理［13］。RAS綜合運用沉淀、過濾、生物處理技術、殺菌消毒以及增氧控溫等一系列手段，將養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的廢水進行高效處理，去除廢水中的污染物，使處理后水質達到可循環(huán)利用的水平。RAS既避免了養(yǎng)殖廢水外排造成的污染，同時對養(yǎng)殖水質有了較強的控制，是未來海水養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的必然方向，我國目前亟待廣泛開展應用。

除了RAS外，P.Babatsou1i等［14］在研究單級處理含鹽廢水中開發(fā)了一種新型固定化填充床生物反應器，這種光反應器可以有效處理海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水。研究結果顯示，海水養(yǎng)殖廢水通過反應器4～5 h的處理，有機碳、氮、磷的去除均高達95%。Merino等［15］對養(yǎng)殖廢水中顆粒物的沉降進行了理論研究，為有效去除養(yǎng)殖水體中的懸浮顆粒物提供了可靠的理論依據(jù)。劉長發(fā)等［16］對比研究了2種沉降方式的去除效率，發(fā)現(xiàn)自然沉降沉淀槽對養(yǎng)殖廢水中的顆粒物去除率為69%，而機械旋流沉淀可以去除海水養(yǎng)殖廢水中87%以上的懸浮固體顆粒物。

另外，利用大型藻類和浮游藻類凈化海水養(yǎng)殖廢水的研究和應用也比較多。在大型海藻和養(yǎng)殖對象共養(yǎng)的水體中，通過控制海藻的生物量可以降低營養(yǎng)物的濃度。美國夏威夷大學Wang設計了一個由硅藻、蝦和牡蠣構成的循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)，硅藻不但可以吸收蝦養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的污染物，還可以作為牡蠣的餌料。此外，由于海洋硅藻具有獨特的抗菌能力，該方法還可以有效地防止養(yǎng)殖對象細菌性疾病的發(fā)生，也有助于減少病毒性疾病［17］。E1-Kassas等［18］的研究表明，螺旋藻不僅可以為貝類、蝦提供食物，還可以顯著降低養(yǎng)殖系統(tǒng)中氨氮和硝酸鹽氮的含量。

一些耐鹽植物和水生蕨類植物也可以用于處理養(yǎng)殖廢水。將植物種植在集約化或封閉式的養(yǎng)殖系統(tǒng)中，對營養(yǎng)鹽進行吸收過濾，可達到凈化水質的目的，作物本身的經(jīng)濟價值還可以增加養(yǎng)殖者的收入。Su等［19］在試驗中建立了微觀的濕地處理體系，采用幾種耐鹽植物作為生物過濾器去除海水養(yǎng)殖廢水中的營養(yǎng)鹽，系統(tǒng)對總磷和氨氮的去除率分別為30%和50%，該方法成本比較低，非常適合在發(fā)展中國家和不發(fā)達地區(qū)應用推廣。Buhmann等［20］的研究表明，在春夏季節(jié)，種植水生蕨類植物，能夠去除養(yǎng)殖廢水中的大部分營養(yǎng)鹽，特別是對氮的去除最有效。

3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)對海水養(yǎng)殖廢水治理的研究尚處于起步階段，主要圍繞著一些具體的治理工程開展了一些應用研究。由于海水鹽度效應增加了養(yǎng)殖廢水處理難度，因此單純針對海水養(yǎng)殖廢水處理的專有技術很少，目前主要采用常規(guī)的物理、化學和生化工藝處理養(yǎng)殖廢水，目的在于降低養(yǎng)殖廢水中的COD、懸浮物和氨氮濃度，然后部分循環(huán)利用。

徐洋等［21］以竹環(huán)作為填料，利用生物過濾反應器處理海水魚類工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖廢水，取得了良好的處理效果。其中，點帶石斑魚生物濾器的氨氮去除率為27%～39%，半滑舌鰨生物濾器的氨氮去除率為20%～30%，對亞硝酸鹽氮也有一定的去除效果。

人工濕地可以有效去除廢水中的懸浮物、氮、磷酸鹽以及其它微量元素，對海水養(yǎng)殖廢水兼具顯著的環(huán)境效益、生態(tài)效益和經(jīng)濟效益，而且適用性較廣［22］。人工濕地主要通過系統(tǒng)內(nèi)基質和植物根系的攔截吸附和系統(tǒng)內(nèi)微生物代謝等機制［23］達到去除污染物的目的。李懷正等［24］利用邊坡人工濕地/水生植物塘集成技術處理含鹽養(yǎng)殖廢水，每年COD、總氮和總磷的減排強度分別達到896、35.2 和10.9 kg/hm2，初步解決了園區(qū)養(yǎng)殖排水的污染問題。高鋒等［25］對秋茄人工濕地凈化循環(huán)海水養(yǎng)殖廢水，取得了較好的處理效果，對COD和氨氮的去除率分別為66.4%～73.8%和64.3%～72.4%，明顯優(yōu)于無植物人工濕地。

在海水養(yǎng)殖廢水處理工藝研究方面，王哲［26］采用SBR和SBBR工藝處理海水養(yǎng)殖廢水的研究。結果表明，對氨氮、亞硝態(tài)氮的去除均達到90%以上。盧芳芳等［27］采用缺氧動態(tài)膜生物反應器處理海水養(yǎng)殖廢水，由于鹽度的影響，海水反硝化過程的反應速率低于淡水條件。劉國昌等［28］采用過濾、超濾、紫外殺菌和膜法充氧工藝，建立1套0.5 m3/h膜集成試驗裝置，用于處理海水工廠化養(yǎng)殖廢水，結果表明，除總磷外，經(jīng)膜法處理后海水的各項水質指標均滿足GB 3097—1997《海水水質標準》養(yǎng)殖用水要求。

4　結語

隨著人口的持續(xù)增加和人民生活水平的不斷提高，國家高度重視食品安全、國民健康和生態(tài)文明建設，對海水養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的要求也越來越高，海水養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展必將由單一型的規(guī)?；颦h(huán)境友好、可持續(xù)的綜合生態(tài)化轉變。然而，目前我國面臨的海水養(yǎng)殖廢水處理及排放控制現(xiàn)狀卻十分嚴峻，特別是相關處理技術嚴重滯后，已經(jīng)成為制約海洋資源開發(fā)的瓶頸。

未來我國海水養(yǎng)殖廢水處理技術和政策的發(fā)展方向包含以下幾個方面：首先，將海水養(yǎng)殖保險納入政策性保險中。在推進政策性農(nóng)業(yè)保險的同時也應給予海水養(yǎng)殖保險一定的保險保費財政補貼，增強養(yǎng)殖戶的抗風險能力。其次，應借鑒國外的相關經(jīng)驗，結合國內(nèi)海水養(yǎng)殖廢水處理的實際情況，集成代謝工程、發(fā)酵工程、生物技術和微生物工程技術，組合優(yōu)化處理工藝，研究開發(fā)高度凈化的、適合中國國情的海水養(yǎng)殖廢水處理技術體系和工藝系統(tǒng)，促進海水養(yǎng)殖廢水的循環(huán)利用，建立高效的循環(huán)式高密度養(yǎng)殖系統(tǒng)，在減少或避免養(yǎng)殖廢水排放、保護海洋環(huán)境的同時，降低生產(chǎn)成本，推動海水養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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Research progress of large-scale marine aquaculture wastewater treatment technology

LIU Pan-pan，QIU Li-ping
（School of Civil Engineering and Architecture，University o Jinan，Jinan 250022，China）

With the rapid deve1opment of China’s 1arge-sca1e marine aquacu1ture industry，the emission 1oad of its wastewater is increasing，and has exceeded the amount of 1and-origin wastewater discharge，which can cause serious ocean environmenta1 prob1em；therefore，treatment and emission contro1 of 1arge-sca1e marine aquacu1ture wastewater has become a research hotspot in recent years.The deve1opment status of domestic marine aquacu1ture industry was introduced with the qua1ity and quantity of its wastewater ana1yzed at the same time，the research status of the marine aquacu1ture wastewater treatment techno1ogies in China and abroad were e1aborated，the deve1opment direction of the said kind of wastewater treatment techno1ogies and po1icies were prospected，which might provide reference for marine environmenta1 protection and marine aquacu1ture industry deve1opment.

marine aquacu1ture；wastewater treatment；marine environment

X714.031

A

1009-2455（2016）02-0001-04

國家自然科學基金（51278225）；山東省科技發(fā)展計劃（2013GSF11704）；濟南市科學技術發(fā)展計劃項目（高校院所自主創(chuàng)新計劃201302079）

劉盼盼（1989-），女，山東菏澤人，碩士研究生，主要從事廢水處理理論與技術方面的研究，（電子信箱）1iupanpan_1012@163.com；通訊作者：邱立平（1968-），男，山東高密人，博士生導師，博士，主要從事廢水處理理論與技術方面的研究（電子信箱）1ipingqiu@163.com。

2015-12-23（修回稿）