工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水處理技術(shù)研究進(jìn)展

任廣義

（四川省機(jī)場(chǎng)集團(tuán)有限公司，四川成都 610202）

隨著社會(huì)的進(jìn)步和人們生活水平的提高，傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方式已不能滿足人們對(duì)水產(chǎn)品的需求，并且這種方式打破了養(yǎng)殖與生態(tài)環(huán)境的平衡[1-2]。而工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式（Recirculating Aquaculture System，RAS）優(yōu)勢(shì)明顯，能夠減小占地面積、節(jié)約水資源、減少?gòu)U水的排放，具有廣闊的發(fā)展前景[3]。循環(huán)水養(yǎng)殖模式的核心是滿足養(yǎng)殖對(duì)水質(zhì)與水量的特殊要求，因此，水處理工藝是實(shí)現(xiàn)工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式的重要影響因素。而循環(huán)水處理系統(tǒng)作為工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖的核心，其發(fā)展決定著工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展水平[4]。

1 工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式概述

工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式是指在相對(duì)封閉的空間內(nèi)，利用過(guò)濾、曝氣、生物凈化等物理、化學(xué)、生物手段，迅速去除養(yǎng)殖對(duì)象的代謝產(chǎn)物和餌料殘?jiān)?，使水質(zhì)得以凈化，并在少量添加水的前提下（一般水的重復(fù)利用率在90%以上）利用流水進(jìn)行科學(xué)管理、高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖的一種技術(shù)[5-6]。該模式于20世紀(jì)60年代開(kāi)始實(shí)施，最具代表性的工藝有鰻魚(yú)生產(chǎn)工藝、組裝式多級(jí)凈水養(yǎng)魚(yú)系統(tǒng)，具有快速降解污染物、實(shí)時(shí)監(jiān)控養(yǎng)殖環(huán)境及運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)[6-7]。我國(guó)工廠化循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖始于1998年江蘇省海洋水產(chǎn)研究所建立的海水循環(huán)式養(yǎng)殖系統(tǒng)[8]。

2 工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式水處理技術(shù)

水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水體中的主要污染物有未被攝食的殘余餌料、養(yǎng)殖動(dòng)物的排泄物和分泌物及化學(xué)藥劑等，其主要表現(xiàn)形式為懸浮固體、化學(xué)需氧量、氨氮、亞硝酸鹽氮、細(xì)菌及病毒等[9-11]。因此，水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水處理的主要任務(wù)是去除懸浮固體和脫氮。懸浮固體以物理去除為主，包括沉淀、物理吸附、過(guò)濾等，也可采用混凝等物理化學(xué)方法，有時(shí)也可采用膜處理作為終端處理工藝。常用的生物脫氮技術(shù)有活性污泥法、生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤(pán)、生物轉(zhuǎn)筒、生物接觸氧化設(shè)備、固定化微生物方法和生物流化床等。

胡海燕通過(guò)比較各種脫氮工藝認(rèn)為，生物流化床工藝和生物濾池對(duì)氮磷的去除能力最強(qiáng)，且受溫度、沖擊性等條件的影響較小，適于處理排放量大、水溫偏低的養(yǎng)殖廢水[12]。孫浩翔等人的研究表明，膜曝氣生物反應(yīng)器在一定的工藝條件下具有較好的懸浮固體、氨氮及總氮的去除效果，平均去除率在93%、90%及60%以上[13]。朱歷等人的研究表明，曝氣生物濾池在最佳運(yùn)行參數(shù)下，對(duì)養(yǎng)殖廢水的化學(xué)需氧量、氨氮及總氮的去除率可達(dá)71.09%、96.29%、78.26%[14]。DAVIDSON等人的研究表明，臭氧與水的交換率對(duì)工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式水質(zhì)和虹鱒養(yǎng)殖有正向的影響[15]。SAUCEDO-TERáN等人的研究表明，移動(dòng)床生物過(guò)濾器的硝化性能可有效改善養(yǎng)殖廢水出水水質(zhì)[16]。隨著近幾年水處理技術(shù)的發(fā)展，工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式基本實(shí)現(xiàn)了廢水零排放。

3 幾種典型的水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水處理組合工藝

3.1 生物濾池-紫外消毒工藝

生物濾池-紫外消毒工藝的核心單元是生物濾池與紫外消毒池[17-18]。微濾機(jī)用以去除餌料殘?jiān)退a(chǎn)動(dòng)物排泄物等固體污染物，蛋白質(zhì)分離器能夠利用氣泡去除水中疏水性微小懸浮物質(zhì)。當(dāng)水流通過(guò)生物濾池時(shí)，附著在濾料上的微生物能夠降解水中有機(jī)物，從而降低化學(xué)需氧量。生物濾池中的微生物既有硝化細(xì)菌，也有反硝化細(xì)菌，因而在生物濾池中能夠同時(shí)進(jìn)行硝化和反硝化，實(shí)現(xiàn)生物脫氮。再經(jīng)過(guò)紫外消毒池時(shí)，進(jìn)一步殺死水體中的致病細(xì)菌等微生物，使出水水質(zhì)達(dá)到養(yǎng)殖要求。該工藝流程圖如圖1所示。

圖1 生物濾池-紫外消毒養(yǎng)殖廢水處理工藝圖

3.2 電化學(xué)-生物膜工藝

電解-生物膜工藝的核心單元是電解池與生物膜池，通過(guò)電解供氧供氫，在生物膜池中充分發(fā)揮表面載體（微生物和原生動(dòng)物、后生動(dòng)物）的作用，使污水中的有機(jī)物和氧氣逐層擴(kuò)散其中，而后被微生物降解利用[19]。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)，無(wú)污泥膨脹等問(wèn)題。該工藝流程圖如圖2所示。

圖2 電化學(xué)-生物膜法養(yǎng)殖廢水處理工藝圖

近年來(lái)，由于生物膜技術(shù)的發(fā)展，其在水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水原位或異位修復(fù)中應(yīng)用也逐漸增多。龐朝暉等采用電化學(xué)及生物膜法處理高氨氮型養(yǎng)殖廢水取得較好的處理效果，氨氮去除率在93.5%以上[20]。BRATVOLD等采用生物膜法原位修復(fù)技術(shù)對(duì)凡納濱蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)中的廢水進(jìn)行處理，顯著提高了水體中氨氮、硝態(tài)氮的含量[21]。

3.3 O3-BAC工藝

O3-BAC工藝流程的核心是臭氧與生物活性炭聯(lián)用[22-23]。一級(jí)沉淀池作為預(yù)處理單元降低后續(xù)單元的負(fù)荷，用以去除大顆粒的餌料殘?jiān)八w中動(dòng)物排泄物。臭氧反應(yīng)塔主要將大分子的有機(jī)物氧化成小分子的有機(jī)物，有利于生物活性炭濾池中活性炭更好地進(jìn)行吸附，便于微生物降解。沙濾池用以祛除臭氧氧化部分有機(jī)物的氧化產(chǎn)物、餌料殘?jiān)葢腋」腆w物質(zhì)，還能夠使臭氧反應(yīng)塔中的臭氧充分分解，起到延遲緩沖作用，防止臭氧進(jìn)入生物活性炭濾池殺死有益細(xì)菌。生物活性炭濾池是該工藝生物脫氮的主要單元，附著在活性炭上的生物膜中，既有硝化細(xì)菌，也有反硝化細(xì)菌，在進(jìn)水端以硝化細(xì)菌為主，在出水端以反硝化細(xì)菌為主。硝化細(xì)菌將餌料殘?jiān)?、排泄物中的氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。反硝化細(xì)菌將硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?。生物活性炭濾池還能夠降低化學(xué)需氧量，其中的活性炭也能夠吸附、截留臭氧氧化產(chǎn)物等小分子有機(jī)物。該工藝流程圖如圖3所示。

圖3 O3-BAC養(yǎng)殖廢水處理工藝圖

4 總結(jié)與展望

為保證水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的正常生長(zhǎng)，水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水處理的主要去除對(duì)象是餌料殘?jiān)腋」腆w和氮。水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水中化學(xué)需氧量、氮、磷的含量與生活污水相比濃度較低，因而系統(tǒng)中的微生物在運(yùn)行過(guò)程中抗沖擊能力相對(duì)較弱。但水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水水質(zhì)也較為穩(wěn)定，因而處理系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水的控制指標(biāo)除懸浮固體、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮之外，pH值、溶解氧也是重要的控制指標(biāo)，需要對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水的水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整。已研發(fā)出針對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖水pH值的自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)，但國(guó)內(nèi)對(duì)于其他水質(zhì)指標(biāo)的自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)尚未見(jiàn)報(bào)道。隨著水處理技術(shù)的發(fā)展和大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水處理技術(shù)將會(huì)不斷得到完善，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的動(dòng)態(tài)平衡。