海水養(yǎng)殖尾水集成處理技術

劉小沙　李飛　高欣東　楊建欣

摘要：探討現(xiàn)有三種海水尾水處理技術及優(yōu)缺點，綜合分析海水養(yǎng)殖尾水的污染物及生態(tài)效應，將現(xiàn)有三種技術進行有機融合，針對性地設計出了一種高效生態(tài)的海水養(yǎng)殖尾水集成處理技術。尾水經(jīng)處理后，水質(zhì)凈化效果明顯，能夠達標排放，其中TSS的去除率約為55%～60%，COD的去除率約為50%～60%，NH+4-N的去除率約為75%～90%，TP的去除率約為75%～80%。

關鍵詞：尾水處理;海水養(yǎng)殖;生態(tài)修復;集成處理

高密度的海水人工養(yǎng)殖飼料利用率低，大部分營養(yǎng)物質(zhì)流入水體，BOUWMAN等[1]研究表明，貝類、魚類、蝦類養(yǎng)殖過程中N的吸收分別占固體顆粒飼料33%、36%和15%，對P的吸收分別占固體顆粒飼料的22%、33%和10%。海水養(yǎng)殖尾水中大量的剩余飼料、養(yǎng)殖生物排泄物、肥料等將引起水體有機物、N和P等營養(yǎng)物質(zhì)含量過高，肆意排放將加劇近岸海域環(huán)境污染。2020年發(fā)布的《第二次全國污染源普查公報》[2]顯示，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)單位水產(chǎn)品養(yǎng)殖產(chǎn)量的排污強度分別為：化學需氧量13.6 kg/t、氨氮0.45 kg/t、總氮2.02 kg/t、總磷0.33 kg/t?！吨袊鴿O業(yè)環(huán)境生態(tài)狀況公報（2018）》[3]顯示，海水重點增養(yǎng)殖區(qū)的主要超標因子為無機氮和活性磷酸鹽。

高密度海水養(yǎng)殖尾水輸出的營養(yǎng)物質(zhì)將為附近海域赤潮的發(fā)生提供物質(zhì)基礎，威脅近岸海域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此海水養(yǎng)殖尾水的排放引起的環(huán)境問題日益受到重視，海水養(yǎng)殖尾水的處理技術也開始成為養(yǎng)殖者及研究者關注的重點。

1海水養(yǎng)殖尾水處理技術

目前海水尾水處理技術總體可分為三大類：物理處理技術、化學處理技術和生物處理技術。

1.1海水養(yǎng)殖尾水物理處理技術

物理處理技術主要采用沉淀、過濾、泡沫分離除去養(yǎng)殖尾水中可見的懸浮物和顆粒性物質(zhì)[4]。

沉淀分離：主要利用重力的原理使固體顆粒與水分離。沉淀形式包括設置沉淀池或設置迂回排水渠，使尾水中殘餌、排泄物等大顆粒物質(zhì)沉于水底。同時可在沉淀池加入混凝劑等化學藥劑加快沉淀速率，加強沉淀的效果。沉淀分離設施比較簡單，維護費用低。

過濾分離：利用界面截留的方式有效去除尾水中的顆粒性物質(zhì)，達到凈化水體的目的。過濾可截留6～120 mm 顆粒物質(zhì)，常用設備有機械過濾器、壓力過濾器和砂濾器（池）。機械過濾器可根據(jù)要截留顆粒的大小制定不同孔徑的篩網(wǎng)，其中微濾機使用比較普遍。砂濾器（池）以石英砂為介質(zhì)，可有效除去尾水中的TSS（總懸浮物），但對N和P的去除效果不佳。

泡沫分離：通過向水體通入氣體形成氣泡對活性物質(zhì)進行吸附和濃縮，將有機物和懸浮物帶至水面，起到分離凈化作用。泡沫分離一方面可去除養(yǎng)殖水體的懸浮物質(zhì)、有機物質(zhì)，降低有毒物質(zhì)的積累，另一方面可為水體帶入氧氣，提高養(yǎng)殖水體必需的溶解氧。此技術在養(yǎng)殖尾水循環(huán)利用處理中應用十分廣泛。

物理處理技術可快速去除尾水中的懸浮物，但對可溶性有機物、無機物及總氮、總磷的去除效果不理想[5]。

1.2海水養(yǎng)殖尾水化學處理技術

化學處理技術是利用化學的原理破壞、吸附和沉淀尾水中的微生物和污染物，從而達到去污殺菌的作用。養(yǎng)殖尾水中常用的化學處理技術為氧化還原和混凝。

氧化還原：向水中投入氧化劑，利用其強氧化性徹底分解有機物，有效降低水中有害因子?，F(xiàn)階段應用較多的是臭氧氧化法，臭氧具有極強的氧化性，可以有效分解尾水中的污染物質(zhì)，去除尾水中的氨、亞硝酸鹽等有害物質(zhì)，消殺水中的病毒、微生物等。臭氧在殺菌去污的同時，生成大量氧氣可為養(yǎng)殖水體提供充足的溶解氧，但過量的臭氧會對養(yǎng)殖生物產(chǎn)生毒害作用。因此在實際生產(chǎn)中為了防治臭氧的毒害作用，常采用活性炭吸附或配制鼓風機等方式消除多余的臭氧[6]。

混凝：向水體投加混凝劑破壞尾水中難沉降的小顆粒和膠體物質(zhì)的穩(wěn)定性，使其碰撞聚集形成粗大顆粒而沉淀，從而達到凈化尾水的效果。目前常用的混凝劑為無機的鋁鹽、鐵鹽和有機混凝劑，混凝劑的添加可有效去除水中的高分子有機物、重金屬等污染物質(zhì)，可降低尾水的濁度和色度。

海水尾水的化學處理技術有明顯的水質(zhì)凈化作用，但要嚴格控制化學添加劑的用量，使用不當將會造成二次污染。

1.3海水養(yǎng)殖尾水生物處理技術

生物處理技術主要是向水中投加具有清潔能力的生物，利用生物的吸收、分解作用達到凈化尾水的效果，目前主要包括水生植物、水生動物和微生物處理法。

水生植物法：海水尾水處理選取的植物要能夠高效吸收尾水中的有機物、營養(yǎng)物、重金屬等污染物，并能適應海水高鹽度的生長環(huán)境。利用海馬齒構建生態(tài)浮床，可有效降低尾水中污染物和底泥的有機物含量[7];利用北美海蓬子構建生態(tài)浮床可降低海水養(yǎng)殖尾水中的N和COD（化學需氧量） [8]。另外蘆葦、龍須菜、堿蓬、堿菀等水生植物對海水養(yǎng)殖尾水的污染物均具有一定的去除能力。

水生動物法：利用濾食性魚類和貝類過濾吸收尾水中的浮游動植物和有機顆粒從而達到增加水體透明度，凈化水質(zhì)的目的。有研究表明，在流水狀態(tài)下泥蚶能夠有效降低海水尾水的SS（懸浮物）、氨態(tài)氮和亞硝酸鹽氮;縊蟶能有效降低尾水氨態(tài)氮、亞硝酸鹽氮，文蛤能降低弧菌的含量[9]。另外向養(yǎng)殖尾水中投養(yǎng)大型魚類可有效控制水體藻類生長，降低有害藻類的生物量。

微生物法：通過微生物吸收利用尾水中的氨氮、亞硝酸鹽和有機物達到降低水體污染物的目的。其中應用最廣泛的為微生物制劑法，可調(diào)節(jié)水體微生物的群落結(jié)構，吸收分解水體有機物質(zhì)，抑制有害菌群的生長。常見的微生物制劑包括光合細菌、硝化細菌、芽孢桿菌及藻類等。另外微生物技術還有生物膜法如曝氣生物濾池、膜生物反應器等均已在海水尾水處理中應用，并取得了一定的效果[10]。

海水生物處理技術是一種生態(tài)、安全的海水養(yǎng)殖尾水處理技術，但處理周期長、見效慢，單一的生物處理技術無法滿足大規(guī)模養(yǎng)殖尾水處理的需求。

2海水養(yǎng)殖尾水集成處理技術

傳統(tǒng)的物理、化學、生物處理技術均具有自身的優(yōu)缺點，但單一的處理技術無法滿足養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)的要求，因此為了更有效地降低和降解海水養(yǎng)殖尾水中的污染物，達到排放或循環(huán)使用的標準，筆者對物理、化學、生物處理技術進行了有機融合，取長補短，研發(fā)出一套具有高效性、生態(tài)性、可操作性的海水尾水集成處理技術，該套技術主要應用于工廠化海水養(yǎng)殖和規(guī)模化海水池塘養(yǎng)殖模式。

2.1工藝流程

尾水處理流程如圖1：海水養(yǎng)殖尾水收集后經(jīng)排水管道或生態(tài)渠道進入沉淀池，經(jīng)過初步沉淀處理去除懸浮物后進入曝氣池，在曝氣池進行增氧和生物掛膜處理后進入過濾壩，經(jīng)過過濾作用進一步除去懸浮物，尾水再進入生物凈化池，在池中經(jīng)過多層生物吸收分解作用達到凈化的目的。處理后的尾水可達標排放或循環(huán)再利用。

2.2處理設施要求及作用

2.2.1排水管道或生態(tài)渠將尾水收集后，可根據(jù)池塘具體情況選擇排水管道或生態(tài)渠。排水管道或生態(tài)渠需設置一定的坡度，使水流順暢。若采用生態(tài)渠可局部種植蘆葦、龍須菜等水生植物或底播牡蠣、文蛤等，實現(xiàn)排水過程降低污染物負荷，減輕后續(xù)處理壓力，但生態(tài)渠中的水生動植物要以保證不影響水流的通暢為前提。在排水管道或生態(tài)渠末端設置簡易人工格柵，攔截較大的顆粒物質(zhì)和懸浮物，格柵上的污物需定期進行清理。

2.2.2沉淀池沉淀池池深一般不低于2.5 m，池底和四周進行防滲處理。為增加水體在沉淀池的停留時間，加強沉淀效果，在沉淀池內(nèi)利用擋水壩設置2～3個區(qū)域來增長沉淀池水流的路徑。沉淀池可根據(jù)沉淀情況和水質(zhì)加入適量的絮凝劑來加強處理效果，沉淀池底部采用吸污泵定期清淤。另外若尾水中含有大量的蝦類蛻殼，可配備固液分離設備對固體物質(zhì)進行分離去除。

2.2.3曝氣池曝氣池池深一般設置為1.5～2 m，池底及四周均做防滲處理，池邊安裝曝氣增氧設備。曝氣池使用分為兩部分：前一半池底鋪設曝氣管道及曝氣盤;另一半池上層和底層分別固定一條尼龍繩，在繩子中間每隔20 cm懸掛一束毛刷進行掛膜。曝氣池中為好氧環(huán)境有利于有氧微生物的生長，在此池中可添加微生物制劑，增加有益菌群，加快水體有機物分解。

2.2.4過濾壩過濾壩寬度設置不低于1.5 m，過濾壩四周為空心磚結(jié)構，壩中填充固定濾料層，濾材可選用鵝卵石、火山石、陶粒等。上層、中層和下層濾材的粒徑依次為3～5 cm、5～8 cm、8～10 cm，上層和中層填料高度為60 cm左右。為了防止濾料層阻塞影響過濾效果，濾材需根據(jù)使用情況定期進行清洗和更換。

2.2.5生物凈化池生物凈化池是本系統(tǒng)的主要處理環(huán)節(jié)，池深一般設置2.5 m。池底養(yǎng)殖牡蠣、文蛤等貝類，池中吊養(yǎng)牡蠣，池上建立生態(tài)浮床。選擇有一定承重的生態(tài)浮板種植海馬齒、龍須菜等，在池周圍種植蘆葦?shù)却笮屯λ参?。另外根?jù)養(yǎng)殖周期定期施用芽孢桿菌、硝化細菌或EM菌等微生物制劑，加強水體污染物的分解。生物凈化池通過水生動物的濾食作用，水生植物的吸收作用，微生物的降解作用有效降低尾水中氨氮、有機物等含量，從而達到凈化水體的效果。經(jīng)生物凈化池處理后尾水可循環(huán)利用或達標排放。

2.3處理效果

該系統(tǒng)對養(yǎng)殖尾水中的TSS、COD、NH+4-N（氨氮）、TP（總磷）均有較好的去除效率，水質(zhì)凈化效果明顯，能夠達標排放。其中TSS的去除率約為55%～60%，COD的去除率約為50%～60%，NH+4-N的去除率約為75%～90%，TP的去除率約為75%～80%，另各個指標的去除效果均與源養(yǎng)殖尾水中污染物的濃度相關。

此系統(tǒng)處理設施包括了生態(tài)渠道（排水管道）、沉淀池、曝氣池、過濾壩和生物凈化池，其處理設施占地面積約為養(yǎng)殖水域的6%～10%左右，可結(jié)合具體的養(yǎng)殖模式和當?shù)氐貏葸M行適當調(diào)整。另外此系統(tǒng)需配備水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)或水質(zhì)監(jiān)測實驗室，定期監(jiān)測各個設施中主要水質(zhì)指標，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時對系統(tǒng)進行調(diào)整，保證整個處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性和處理效果。

3結(jié)語

適當?shù)奈菜幚砑夹g可大幅度地降低海水養(yǎng)殖尾水中的污染物質(zhì)，削減尾水排放對周邊海域生態(tài)環(huán)境的破環(huán)。在海水養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展的今天，養(yǎng)殖尾水的處理已經(jīng)成為影響我國海水養(yǎng)殖行業(yè)健康發(fā)展的關鍵因素，因此我們要高度重視海水養(yǎng)殖尾水處理技術的研究和推廣。我國各地可借鑒現(xiàn)有尾水處理技術開發(fā)適合當?shù)睾ＫB(yǎng)殖的尾水處理模式，并利用典型案例示范引領，大力推廣尾水處理技術和生態(tài)養(yǎng)殖的理念，實現(xiàn)海水養(yǎng)殖的綠色發(fā)展。

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（收稿日期：2022-04-10;修回日期：2022-05-20）

基金項目：河北省職業(yè)教育科學研究“十四五”規(guī)劃2021年度一般項目：“新時代”背景下高職實訓指導教師教學水平提升途徑的研究（JZY21113）;唐山海運職業(yè)學院2020年度院級課題：“雙師”背景下教師專業(yè)能力提升模式研究—以本校水產(chǎn)養(yǎng)殖專業(yè)為例（QN2020005）。

作者簡介：劉小沙（1986.12-），女，工程師，研究方向：海洋生態(tài)環(huán)境與水產(chǎn)養(yǎng)殖。E-mail： liuxiaosha19@126.com。DOI：10.3969/j.issn.1004-6755.2022.06.005