淺析水產養殖水處理技術

徐繼松

1.集美大學水產學院，福建廈門 361021

2.福建省高校水產科學技術與食品安全重點實驗室，福建廈門 361021

隨著社會的發展，水資源短缺威脅著不少地區和城市的生產和生活。傳統的水產養殖生產方式不僅與人類爭奪水資源，而且養殖廢水中所包含的來源于糞便和飼料的顆粒態固體廢物、溶解態代謝廢物、溶解態營養鹽、抗微生物制劑和藥物殘留等[1]大量排放后，會造成對自身水體和周邊環境的污染；因此改變水產養殖模式勢在必行。循環水養殖是實現高效、綠色和清潔水產品生產的重要途徑，是未來水產養殖技術發展的必然趨勢之一。而發展循環水養殖的關鍵與核心就是循環系統的水處理技術。與工業廢水和生活污水相比，水產養殖產生的廢水具有高氨氮、低有機污染物兩個非常明顯的特點。在凈化循環回用的過程中，通常養殖廢水中的營養性成分、溶解有機物、懸浮固體和病原體是處理的重點[2]。在此從物理的、化學的、生物的角度對水產養殖污水處理技術的研究進展作以簡單評述。

1 物理方法

物理方法可分為沉淀技術、過濾技術和浮選技術。

沉淀技術主要是通過自然沉降或者借助機械旋流沉降，來達到固液分離的目的，從而去除養殖污水中的大型顆粒。沉淀技術一般以沉淀池的自然沉降和沉淀槽等設施的機械旋流沉降的方式達到去除污水中大顆粒物，減輕養殖水處理工藝下各環節的負荷，提高處理工藝對養殖污水中污染物的高效去除效果。在水產養殖業中，因循環水養殖系統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到初步去除大顆粒物。Merino G E[1]等對養殖水中固體顆粒進行研究，為有效沉降養殖水體中的污染有機物提供可靠的理論依據；運用沉淀槽能夠去除養殖水體中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殖污水中的固體顆粒達到40%以上的去處效果。因此使用沉淀技術可以有效地去除養殖污水中的大型顆粒，實現第一步的凈化作用[1]。

過濾技術主要依靠過濾設備來對養殖污水中顆粒物進行固液分離，以達到除污凈化的作用。一般常見的機械過濾設備有弧形篩、固定篩、旋轉篩、振動篩、砂濾器和近年興起的膜濾技術等，過濾設備一般會配備有反沖洗設備，能做到很好的反沖洗，不僅僅能夠提高設備的固液分離速率，更能夠延長設備的使用壽命，降低投入成本，目前已經成為一種被廣泛應用的技術。弧形篩是目前在國內外養殖系統中逐步推廣的另一種微篩過濾器，優點是無動力消耗，結構簡單，維護成本低，但自動化程度低，需每天人工清洗。固定篩和旋轉篩在養殖生產過程中使用較少，砂濾器一般較為常見，它主要采用填充一定粒徑的介質（砂子或其它微粒物質）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，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。養殖污水處理技術中主要使用微濾和超濾技術，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量為1， 000～500， 000物質的分離。Viadero Jr等的研究表明， 采用孔徑0.05μm的膜，可去除水質中大于94%的總懸浮固體物和76%的有機物（BOD）；黃寶能等用多次超濾的方法對工廠化養殖海水進行處理重利用，處理后海水水質指標均達到《漁業養殖用水》（GB11607-89）標準。膜處理技術技術的污染及其洗滌問題成為當前研究的重點，解決膜的污染和清洗技術能夠很大的延長膜的使用壽命，降低成本，為膜技術的推廣應用提供前提條件。

浮選技術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，為水處理系統流程設計提供依據；有研究表明泡沫分離器對揮發性顆粒去除效果較好，可高達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 化學方法

目前養殖水處理技術的化學方法主要包括化學絮凝技術、臭氧氧化技術、紫外照射消毒技術等。

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

臭氧氧化處理技術，由于臭氧所具有的極強的氧化能力，其被廣泛應用于水產養殖系統的消毒和改善水質中。有研究表明，臭氧對養鮑廢水中的總氨，亞硝酸氮，化學耗氧很有好的去除效果，去除率分別為13.6%，35.4%，31.1%，并能抑制細菌生長，促進藻類生長，提高葉綠素含量；雖然臭氧的水處理效果很好，但臭氧殘留對水產養殖動物毒害很大，需要設置專門的去除殘留裝置，一般使用活性炭進行去除殘留臭氧。臭氧可以降低膜污染，導致微生物細胞液溶出，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污染水體中顆粒的加大程度，促進絮凝。因此使用臭氧處理技術需要考慮實際情況做出合理的運用。

紫外照射消毒技術，紫外消毒（UV）廣泛用于水產養殖系統中，可破壞殘留的臭氧和殺死病菌，且具有低成本和不產生任何毒性殘留的優點。Hunter等的研究表明，60mW·s/cm2～75mW· s/cm2的UV劑量可完全破壞高達0.5mg/L的殘留臭氧。采用UV消毒時，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）。紫外照射消毒技術主要用于水產養殖的病害防治，配置紫外照射消毒設備主要是以殺滅水體中病原體為主，以此達到凈化水體的目的。

3 生物方法

生物方法主要是利用生物過濾技術去除或轉化養殖廢水中溶解的無機物或有機物。目前采用較多的是植物過濾和生物膜技術等。

植物過濾主要是利用植物光合作用吸收無機氮、磷后轉化為有機物，達到去除水中營養性污染物的目的。目前，水產養殖廢水處理中采用較多的植物過濾技術有藻類過濾技術、水培植物技術和人工濕地凈化技術。

藻類過濾技術是一種較好的植物過濾技術。但該技術在淡水養殖廢水處理中應用較少，在海水養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的研究得到了關注，微藻過濾養殖廢水技術也隨之得到很大發展。

養殖廢水中含有的有機或無機營養物質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物。水培植物技術是將循環水水產養殖系統與水培蔬菜、花卉或草藥生產系統相連，組成復合生物系統。該技術不僅可以去除水中的溶解性營養污染物，而且還可以去除和固定化養殖污泥。

人工濕地是由人工基質和生長在其上的水生植物、微生物組成的一個獨特的土壤—植物—微生物生態系統，濕地凈化技術充分利用物理、化學、生物等三重處理方式進行處理，具有處理效果好，方便維護，成本低，抗負荷能力強等優點，但是其占地面積一般較大，相對影響其應用價值，并且水生植物具有季節性，因此濕地技術的應用必須解決水生植物季節更替帶來的影響，及時的調整水生植物種類，做好季節的銜接，才能保證濕地凈化技術的能夠突出經濟效益和生態效益兩大優勢，利于濕地技術的推廣應用。相關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，結果表明，污水污染物的去除率高達94%；Adcock[32]等研究發現，水麥冬（Triglochin procerum） 對N、P的去除效果是蘆葦等植物的5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對磷的最高去除率為60%；水產養殖廢水進入江蘺栽培區，江蘺吸收利用水中NH4+-N、NO2-N、PO43+等營養元素降低了水體中的N、P含量。關于濕地基質研究相對較少，傳統的濕地基質一般采用土壤，砂，礫石等。對于不同土壤作為基質構成的人工濕地，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個地區的沙的除磷能力發現，不同沙基質濕地的除磷效果差異顯著；Drizo以頁巖為基質對磷的去除率最高可達到100%的去除；相關沸石，石灰石，鋁礬土，膨潤土，爐灰等基質的研究也較多，并對基質的粒徑，pH，吸附性等理化性對處理效果的影響做了相關研究。雖然人工濕地處理養殖廢水有快速啟動的特性，且僅受水力負荷率的影響。但試驗結果也表明，在用濕地進行污水處理時需要占用較大的土地面積，才能滿足廢水處理要求。

生物膜技術具有占地少，抗負荷大，處理效果好，簡單易操作等優點，其主要以各種生物濾池和濾器形式存在，其除污機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行轉化、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、轉筒式生物濾器、生物轉盤、生物固化床、生物流化床、珠狀濾器、柱狀濾器、罐狀濾器等，很多生物濾器已經被生產成商品銷售，用于一些小型的養殖污水處理工作。而生物濾池主要以BAF形式存在，且處理效果較好，占地少，抗負荷高等優點被廣泛應用于生產，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，因此促進生物膜附著生長的填料成為國內外研究的重點、熱點。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；陶粒在國內研究較多，陶粒的研究逐漸發展到輕質陶粒，納米陶粒，整體的成膜性能和污水處理效果在相關研究中均較好；沸石、活性炭、貝殼等填料的研究也較多，其中貝殼有調節pH和很好的除磷效果，并且能為硝化反應提供堿源，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行了比較研究，結果顯示，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的凈化效果，結果表明，沸石效果最好。一些有機材料填料也在國內外被廣泛的研究應用，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；Allant等人研究結果表明：上浮式填料比沉沒式填料對有機物和固體顆粒的去除率更高，耐負荷能力也更強。目前研究傾向于研究開發輕質、廉價、親水性能好的濾池填料方向發展。

[1]Merino G E， Piedrahita R H， Conkl in D E. Sett l ing characteristics of sol ids set tled in a recirculating system for Cal i fornia halibut (Paral ichthys cali fornicus) cul ture[J].Aqua cul tural engineering，2007，37(2)：79-88.

[2]羅國芝，譚洪新，朱學寶.閉合循環水產養殖系統中生物過濾器的水處理效果研究[J].中國海洋大學學報，2004，34(2)：203-208.

[3]劉長發，晏再生，何潔，等.牙鲆養殖循環系統中固體廢物的去除研究[J].大連水產學院學報，2006，21(4)：321-324.