沸石-超濾法處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的工藝設(shè)計與應(yīng)用

李杰，張麗芬，胡勤陽

（浙江晶泉水處理設(shè)備有限公司，浙江 湖州 313000）

隨著淡水養(yǎng)殖技術(shù)的提高和推廣，我國池塘養(yǎng)殖已越來越多地采用高密度、高投餌率的精養(yǎng)技術(shù)模式。由于池塘精養(yǎng)大都是半封閉式凈水養(yǎng)殖，養(yǎng)殖過程中投加的飼料、化學(xué)殘留物以及水產(chǎn)品的排泄物長期積聚在水體中，導(dǎo)致廢水中含有大量的氮、磷和有機(jī)污染物[1]，可引起魚類中毒死亡和水體富營養(yǎng)化，養(yǎng)殖水環(huán)境惡化。養(yǎng)殖產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量下降，影響水產(chǎn)養(yǎng)殖的總體經(jīng)濟(jì)效益，而且導(dǎo)致養(yǎng)殖廢水的排放量大大增加，進(jìn)一步加劇了周圍海域、江河、湖泊等水域的富營養(yǎng)化進(jìn)程。

如何凈化池塘養(yǎng)殖水、改善養(yǎng)殖環(huán)境已成為養(yǎng)殖生態(tài)和環(huán)境研究的熱點，養(yǎng)殖廢水的處理技術(shù)也隨之發(fā)展起來。目前有關(guān)水產(chǎn)養(yǎng)殖用水和廢水的處理方法多是物理處理法、化學(xué)處理法、生物處理方法等。而物理處理技術(shù)只能去除水體中的懸浮物，不能去除溶解性污染物，特別是不能除去對魚類等養(yǎng)殖對象有強(qiáng)毒性的氨氮[2]。在化學(xué)處理技術(shù)中，處理成本較高，并伴有一定的副作用。生物技術(shù)雖然對環(huán)境友好，費用低，適用于各種環(huán)境條件的水域，但是該種方法易受外部環(huán)境的影響，系統(tǒng)的單位體積處理負(fù)荷不高。該文針對養(yǎng)殖廢水的特點，提供一種高效、環(huán)保、健康的養(yǎng)殖水質(zhì)凈化和循環(huán)模式，改善了養(yǎng)殖水產(chǎn)品的生存環(huán)境，優(yōu)化了水質(zhì)，保障了養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的快速和健康發(fā)展。

1 工程概況

以浙江省湖州市某魚塘基地的水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理為例，該魚塘基地主要從事淡水白魚養(yǎng)殖，養(yǎng)殖廢水中主要含有總磷、氨氮和有機(jī)物等，其水質(zhì)情況見表1。

表1 進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)

2 工藝流程

2.1 廢水處理工藝比較

目前對水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水采用的處理工藝如圖1所示，該工藝在集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)水體循環(huán)中使用較多[3]。

這種工藝在生物濾池中去除氨氮和有機(jī)物的效果比較好，但是會使水中硝酸鹽含量增加，硝酸鹽的毒性雖比氨氮低，但過度積累同樣會影響魚類生長，而且含氮高的廢水排放到環(huán)境中，又會引起二次污染，并且這種工藝流程占地面積大，投入成本高，大范圍推廣有一定的難度。

我們采用泥水分離—沸石—超濾一體化的工藝技術(shù)，其工藝流程如圖2所示。

該工藝過程綜合利用、零排放、無二次污染，水循環(huán)利用，節(jié)約了可利用水。在該工藝中，一方面是要控制生產(chǎn)過程中不得已產(chǎn)生的廢棄物排放，將其盡量減少到零；另一方面是將不得已排放的廢棄物充分利用，最終消滅不可再生資源和能源的存在。前端泥水分離的污泥作為固體肥料回收利用，可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。氨氮吸附柱中吸附飽和的沸石晶穴采用抽真空法將已經(jīng)吸附的氨氮通過壓力的作用抽脫出去，將抽脫出去的氣體用噴淋的方法融入水中，注入生化池，在生化池中置入硝化細(xì)菌，進(jìn)行硝化，最終轉(zhuǎn)化為液體肥料，供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用。該工藝無二次污染，節(jié)約了可利用水，不須大量外來水補(bǔ)充，減少了外來水對養(yǎng)殖水產(chǎn)品的沖擊，保證了養(yǎng)殖原水的安全。所有排放物都全部回收，二次利用，達(dá)到了資源的循環(huán)利用，改善了養(yǎng)殖水產(chǎn)品的生存環(huán)境，優(yōu)化了水質(zhì)，保障了養(yǎng)殖的快速和健康發(fā)展。

2.2 養(yǎng)殖廢水處理及循環(huán)回用工藝詳解

養(yǎng)殖廢水處理及循環(huán)回用工藝流程如圖3所示，工藝說明如下。

潛水泵：放置于養(yǎng)殖池塘中，主要功能是將養(yǎng)殖池塘中的水，送至泥水分離裝置。

泥水分離器：置于潛水泵之后，主要攔截和去除大顆粒泥沙、碎石、動植物尸體等，為后續(xù)的深度處理提供優(yōu)良水質(zhì)，減少設(shè)備的磨損，延長設(shè)備使用時間。該泥水分離器采用篩濾管結(jié)構(gòu)，篩濾管位多套管篩濾管，由內(nèi)篩濾管、中套篩濾管和外套篩濾管組成，管體均為柵網(wǎng)式管體，柵間的縫隙或網(wǎng)孔即過濾孔徑，以外套篩濾管的過濾孔徑為最大，內(nèi)篩濾管的過濾孔徑為最小。原水經(jīng)多層級梯度過濾，出水質(zhì)量大大提高。以相同的處理水量為例，我公司研發(fā)的篩管式泥水分離器與常規(guī)的泥水分離器的處理效果比較如表2所示。

表2 泥水分離器處理效果對比表

氨氮吸附柱：利用活性沸石，去除或降低養(yǎng)殖池塘水中氨氮、亞硝酸鹽濃度。沸石除氨氮包括吸附能力和離子交換兩方面，其吸附交換容量可達(dá)1.0mg/NH4+/g沸石以上，與一般的活性炭和離子交換樹脂相比，其交換能力遠(yuǎn)大于活性炭和離子交換樹脂。

精密過濾器：對下續(xù)的超濾起保護(hù)作用。

超濾裝置：主要深度處理經(jīng)過氨氮吸附柱的原水。沸石吸附-超濾膜法高效脫氨氮技術(shù)是利用天然沸石的吸附與離子交換性質(zhì)去除水產(chǎn)養(yǎng)殖中引起水產(chǎn)品中毒和水體富營養(yǎng)化的氨氮，并與超濾膜技術(shù)結(jié)合，有效的降低了水中氨氮含量和濁度。而膜技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代[4]，與傳統(tǒng)處理工藝（如生物法、離心分離、物理過濾等）相比，膜技術(shù)可在無化學(xué)試劑添加、無溫度限制的環(huán)境下進(jìn)行養(yǎng)殖廢水的處理[5]，具有出水水質(zhì)好、營養(yǎng)物回收再利用效率高、處理設(shè)施自動化程度高等優(yōu)勢，具有較好的應(yīng)用前景。

臭氧和紫外線殺菌器：采用了光催化臭氧化（O3/UV）工藝，是將臭氧與紫外光輻射（波長在180～300 nm之間）相結(jié)合的一種高級氧化過程，主要用于解決有毒害且無法生物降解物質(zhì)的廢水處理問題。將紫外光輻射與臭氧相結(jié)合，能使氧化速度提高10～104倍，殺菌滅藻迅速、徹底減少水中微生物菌群總數(shù)，避免水產(chǎn)品病變交叉感染，大大降低養(yǎng)殖水產(chǎn)品發(fā)病的幾率，效果非常理想。

氨氮吸附柱的再生裝置：根據(jù)漁業(yè)用水水質(zhì)特點和要求，我們采用抽真空法和溶液再生法相結(jié)合的技術(shù)進(jìn)行沸石再生。廢水中的氨氮以NH3形式存在的氮，在廢水通過沸石的時候，被空穴和孔道吸附，布滿其中。通過抽真空，在這些孔穴和孔道形成負(fù)壓，其中的NH3將隨著空氣被抽出，孔道得以疏通，其孔洞和孔穴中的可揮發(fā)吸附物隨著壓力的降低而被抽出，孔道得以疏通，比表面積恢復(fù)，沸石表面的某些陽離子重新被激活，更多的可交換離子暴露在沸石表面，有利于再生溶液的充分快速接觸。對于通過離子交換吸附的NH4+，用抽真空法沒辦法去除，只能選擇合適的包含某種陽離子的溶液對飽和吸附沸石進(jìn)行逆向吸附，可還原沸石結(jié)構(gòu)，使之再生。圖4為再生液濃度對沸石再生的影響試驗，可以看出，吸附容量穩(wěn)定值出現(xiàn)在6%～12%之間。

3 調(diào)試與運行

設(shè)備于2018年5月開始調(diào)試，2018年7月底達(dá)到穩(wěn)定運行，實際運行效果見表3。結(jié)果表明，出水達(dá)到了GB 11607—1989漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，處理后可回用于水產(chǎn)養(yǎng)殖，使資源回收利用。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

經(jīng)過對魚塘基地的運行成本進(jìn)行核算，處理水的運行費用為3.87元/m3，其中電費1.9元/m3、藥劑費用1.5元/m3、人工費0.15元/m3、維護(hù)費用 0.12元/m3、綜合折舊費0.2元/m3。

表3 養(yǎng)殖廢水處理產(chǎn)水水質(zhì)

5 結(jié)論

采用“沸石-超濾膜法”工藝處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水，能夠使廢水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放或循環(huán)回用。其中沸石除氨氮技術(shù)關(guān)鍵在于沸石再生，采用抽真空法和溶液再生法相結(jié)合的作用，其中再生溶液為包含陽離子的溶液，可對沸石進(jìn)行逆向吸附，從而還原沸石結(jié)構(gòu)，通過試驗，確定了最佳的再生液濃度，使之達(dá)到最大再生效果，恢復(fù)交換容量。深度處理采用超濾膜法，超濾膜出水利用臭氧進(jìn)行滅菌殺毒，并且釋放出氧氣以補(bǔ)充水中溶解氧。在生化池中置入消化細(xì)菌，進(jìn)行硝化，最終轉(zhuǎn)化為液體肥料，供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用。該工藝以較低的成本達(dá)到淡水養(yǎng)殖水的循環(huán)使用，并且可增加水中含氧量，處理后的水可以達(dá)到淡水養(yǎng)殖水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，循環(huán)利用，提高了水使用效率和增加養(yǎng)殖密度，保障了養(yǎng)殖生產(chǎn)的良好發(fā)展。