海水養(yǎng)殖尾水處理技術與展望

◎ 文/黃振東

隨著我國海水養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴大、產(chǎn)業(yè)不斷持續(xù)發(fā)展，海水養(yǎng)殖尾水排放量也在顯著增加，給近海海域水域生態(tài)保護工作帶來一定壓力。海水養(yǎng)殖尾水處理技術的研究，成為國內(nèi)海洋保護和綠色養(yǎng)殖的重點研究內(nèi)容之一。本文對進入21世紀以來的海水養(yǎng)殖尾水處理技術研究進展進行簡要綜述，從物理處理、化學處理和生物處理等三方面出發(fā)，簡要介紹了國內(nèi)常用海水養(yǎng)殖尾水處理技術現(xiàn)狀，并對其未來的發(fā)展提出合理推測，供相關研究者參考借鑒。

海水養(yǎng)殖尾水處理一直以來都是海水養(yǎng)殖業(yè)實現(xiàn)綠色高質(zhì)量發(fā)展的最大制約因素之一，對海洋污染防治和海水養(yǎng)殖經(jīng)濟效益提升都具有重要影響。改革開放以來，我國沿海地區(qū)海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)得到極大發(fā)展，與此同時，一些地區(qū)海水養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的尾水也導致了較為嚴重的海洋污染，一些近海海域一度出現(xiàn)海水富營養(yǎng)化和水體污染等狀況。進入新時期，對海水養(yǎng)殖尾水進行高效處理成為海水養(yǎng)殖行業(yè)的重要職責之一。出于綠色經(jīng)濟和海洋保護的理念，海水養(yǎng)殖尾水處理技術的研究也得到了進一步發(fā)展，當前國內(nèi)已具備較為成熟的海水養(yǎng)殖尾水處理技術，但同時也存在著一些不足，在實際應用中需要針對性選用與優(yōu)化。

一、海水養(yǎng)殖尾水處理技術概述

海水養(yǎng)殖尾水產(chǎn)生的主要來源為養(yǎng)殖投入飼料、防治病害所施加的藥物，養(yǎng)殖生物生長過程中產(chǎn)生的排泄物和其他廢物等，這些物質(zhì)中含有豐富的氮磷鉀等元素，排放到海水中會造成海水富營養(yǎng)化。具體的作用機理為含有豐富營養(yǎng)物質(zhì)的廢水被排到海水中，造成海水中藻類、微生物數(shù)量快速增加，海水耗氧量大大增加，魚蝦類生物生存也因此受到影響，甚至大量死亡，破壞海洋生態(tài)環(huán)境。

海水養(yǎng)殖尾水處理技術就是在養(yǎng)殖尾水排放到海洋之前，通過物理過濾、化學反應和微生物消化等三個環(huán)節(jié)，將尾水中污染物質(zhì)降低到一定標準之后，再進行排放的過程。通常而言，海水養(yǎng)殖尾水處理需要三個環(huán)節(jié)的協(xié)同，但是出于經(jīng)濟效益的考量，很多養(yǎng)殖單位只采取一種或是兩種尾水處理技術，尾水處理效果欠佳。因此，當前國內(nèi)對于海水養(yǎng)殖尾水處理技術研究的主要目的是找出既能高質(zhì)量去除污染物質(zhì)，又能優(yōu)化尾水處理流程、降低尾水處理成本的技術。

海水養(yǎng)殖尾水處理技術主要包括物理處理技術、化學處理技術和生物處理技術等三大類。物理處理技術以過濾技術為主，還包括物理吸附技術；化學處理技術以化學反應將尾水中重金屬等物質(zhì)反應掉，降低尾水污染性；生物處理技術則以細菌等微生物吸收尾水中的營養(yǎng)物質(zhì)等為主要處理手段，既能有效凈化尾水，又能為養(yǎng)殖生物提供生態(tài)飼料，是目前采用較多的海水養(yǎng)殖尾水處理技術。

二、海水養(yǎng)殖尾水物理處理技術

海水養(yǎng)殖尾水的物理處理技術主要通過沉淀、過濾、分離等物理方法去除掉養(yǎng)殖尾水中的大顆粒固體物質(zhì)和部分化學耗氧量如COD、BOD。物理處理技術處理后的尾水顆粒直徑通常小于50μm。

（一）固液分離技術

固液分離技術主要用于處理尾水中的懸浮固體雜物，包括機械分離、重力分離兩種方式。機械分離的原理是將尾水中直徑大小不同的固體顆粒物質(zhì)通過孔徑為60μm～200μm的過濾網(wǎng)，顆粒大于孔徑的固體顆粒就會被攔截在過濾網(wǎng)外，實現(xiàn)固液分離。

在機械分離中，還有半透膜過濾技術，其過濾能力比起一般的微過濾更強，原理是利用液體壓強差，將尾水施壓通過半透膜，過濾掉尾水中的不可溶物質(zhì)，也可以去除掉尾水中一部分可溶性污染物，比如尾水中的大分子物質(zhì)（見表1）。

表1 過濾網(wǎng)和半透膜過濾的顆粒種類與孔徑

重力分離技術的原理是利用重力從液相中分離固體顆粒，由于固體顆粒和液相的密度差異較大，顆粒密度往往比液相大許多，因此在相對靜止的液柱內(nèi)，固體顆粒物會因重力作用發(fā)生沉積。

另外，通過加入化學絮凝劑，如明礬和氯化鐵等也可促進懸浮顆粒物及P的去除，其中P的去除效率可以達到80%以上。

（二）泡沫分離技術

泡沫分離技術又被稱為氣除法，其原理是在水中通入氣體，形成氣泡，然后利用氣泡的空隙吸附廢水中固體小顆粒。氣泡將液相擴大，在水的表面張力作用下，固體小顆被粒擠壓到氣泡中，并隨著氣泡破裂被分離去除，而后收集到收集裝置中。泡沫分離技術根據(jù)氣泡的產(chǎn)生方式不同、氣液接觸和收集方式的不同，又可以分為直流式、逆流式、射流式、渦流式和氣液下沉式等五個類型。泡沫分離技術主要用于處理尾水中直徑50μm以下的固體小顆粒，以及可溶性有機物、比如溶解蛋白質(zhì)和有機酸等。泡沫分離技術在海水養(yǎng)殖尾水處理中應用較為廣泛，能夠起到很好的凈化效果。

三、海水養(yǎng)殖尾水化學處理技術

海水養(yǎng)殖化學處理技術主要針對尾水中的可溶性物質(zhì)，通過化學反應，去除掉尾水中的重金屬、N、P等元素。海水養(yǎng)殖尾水的化學處理技術有較長時間的發(fā)展歷程，國外很早就將城市尾水處理的化學技術應用到海水養(yǎng)殖尾水處理中，比如使用硫酸銅、漂白粉等物質(zhì)處理尾水，雖然這些化學處理技術在一定程度上起到了凈化尾水的作用，但同時也會產(chǎn)生新污染，甚至產(chǎn)生的廢氣還會對人體造成傷害，所以在海水養(yǎng)殖尾水處理過程中，逐漸放棄了這些初級化學處理技術，轉(zhuǎn)而采用新型化學處理技術，其中以臭氧處理技術和紫外輻射消毒法應用最為廣泛。

（一）臭氧處理技術

臭氧（O3）具有極強的氧化性，分解產(chǎn)物主要為氧氣，在海水養(yǎng)殖的尾水處理中，利用臭氧的氧化性能夠有效去除掉尾水中很多污染物質(zhì)。一方面，臭氧在水中的還原電位為2.07V，比氯（1.36V）和二氧化氯（1.5V）均高，能夠分解尾水中病原菌細胞的細胞壁或者細胞膜，從而殺死病原菌。另一方面，臭氧在水中分解，會產(chǎn)生大量的羥基（-OH），并與尾水中重金屬離子和酸性物質(zhì)反應，快速去除掉尾水中污染物質(zhì)。同時，臭氧溶解在水中，能夠增加尾水的含氧量，加上羥基與酸性物質(zhì)反應產(chǎn)生的純水，可以起到稀釋廢水的作用，降低廢水中的污染物質(zhì)濃度，也能夠一定程度上起到凈化尾水的作用。表2為用臭氧處理海水尾水對各種物質(zhì)處理效率的部分研究成果。

表2 臭氧處理海水尾水對各種物質(zhì)處理效率的部分研究成果

研究發(fā)現(xiàn)，臭氧處理技術能夠有效去除海水養(yǎng)殖尾水中的部分污染物質(zhì)，主要是殺死致病病原菌，但臭氧處理技術的成本比較高，首先臭氧本身制取成本較高，再加上利用臭氧處理尾水，還需要過濾收集裝置，因而建設一套臭氧處理系統(tǒng)的成本較高。另外，殘留在水中的臭氧對于水生生物也具有一定毒性作用，因為臭氧的強氧化性會對水生生物的細胞造成損害，導致生物生病或者死亡。

（二）紫外線處理技術

紫外線可以輻射微生物病菌中的DNA或者RNA分子結構，導致細菌死亡，對于病原菌的殺滅作用較強，既可以殺滅尾水中的病菌，還可以與尾水中殘留的臭氧反應，去除尾水中臭氧，因而通常與臭氧處理技術結合使用。研究表明，60Mw·S/cm2～75Mw·S/cm2的UV劑量可完全破壞0.5mg/L的殘留臭氧。但紫外線處理技術的缺點也很明顯，海水養(yǎng)殖尾水量較大，需長時間開啟多個紫外線照射燈，成本高、能耗大，且長時間紫外線照射對人體危害也較大，易引發(fā)皮膚癌，使用過程需要謹慎小心。

四、海水養(yǎng)殖尾水生物處理技術

海水養(yǎng)殖尾水的生物處理技術主要是利用生物膜、微生物固化和生物強化技術等對養(yǎng)殖廢水中的污染物質(zhì)進行吸收處理。

（一）生物膜技術

生物膜法是當前尾水處理生物技術中常用的方法，具體指利用填料表面的生物膜，對廢水中的有機物等進行吸收凈化的一種方式，填料主要是碎石、卵石、焦炭等。生物膜是由水、微生物、細胞外黏多糖聚合物等組成的一層細密的薄膜。這些微生物在生物膜上形成一個平衡系統(tǒng)，好氣菌和原生生物、細菌等以氨溶解有機物質(zhì)為食料，借助生物間的相互依賴性，保持平衡狀態(tài)，最終將魚體排泄物分解為二氧化碳、氨、碳酸鹽、硫酸鹽等簡單的化合物，使水得到凈化。

（二）微生物固化技術

微生物固定化技術指的是利用物理或者化學手段，將游離的微生物固定在一起，限制其運動空間以保持生物活性，并可反復使用的技術。固定的對象主要是藻類、細菌等，固定化的微生物群具有密度高、反應速度快和運行穩(wěn)定可靠、細胞流失少等特點，能夠高強度地吸收尾水中有機廢物與其他污染物質(zhì)，提高養(yǎng)殖尾水中廢物轉(zhuǎn)化率和降解效率。目前，國內(nèi)海水養(yǎng)殖尾水處理中微生物固化技術還沒有投入實際的使用，尚停留在實驗室驗證階段。

五、海水養(yǎng)殖尾水處理技術發(fā)展展望

當前，國內(nèi)海水養(yǎng)殖廢水處理技術主要是物理技術、化學處理技術和生物處理技術等三個大類。在未來發(fā)展中，海水養(yǎng)殖尾水處理技術將會進一步與微生物技術結合起來，既有效凈化尾水，又能提高尾水再次利用率，生成的微生物還能服務于海水養(yǎng)殖，實現(xiàn)能量循環(huán)，并且經(jīng)濟成本較低，能夠在減少污染物排放的同時提高海水養(yǎng)殖經(jīng)濟效益。此外，海水養(yǎng)殖尾水處理技術還可跟代謝工程、發(fā)酵工程及生物技術結合起來，進一步提高海水養(yǎng)殖尾水處理效率和企業(yè)經(jīng)濟效益，減少尾水處理對環(huán)境和人體的危害，實現(xiàn)可持續(xù)可循環(huán)的海水養(yǎng)殖尾水處理模式。

我國海水養(yǎng)殖尾水處理技術還處于研究發(fā)展階段，隨著科學技術水平的不斷提高和海洋環(huán)保與綠色經(jīng)濟的發(fā)展，海水養(yǎng)殖尾水處理的技術會進一步完善，最終建立起具有我國經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護特色的高質(zhì)量海水養(yǎng)殖尾水處理體系，大幅度提高尾水處理的效率和效果，減少海洋污染。積極推進海水養(yǎng)殖尾水科學化處理，將為助推漁業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展、踐行“綠水青山就是金山銀山的”綠色發(fā)展理念作出新的貢獻。