我國水產養殖尾水處理現狀與技術應

劉延秋 李色東

(1.廣東恒興飼料實業股份有限公司, 廣東 湛江 524073; 2.湛江市海洋與漁業發展研究中心,廣東 湛江 524039；3.農業農村部南海水產動物育種與養殖重點實驗室，廣東 湛江 524073)

水產養殖業為人類提供了優質的動物蛋白，在解決全球糧食問題中發揮著重要作用。我國是水產養殖大國，2019 年，我國水產品總產量達到了6 480.36 萬噸，其中有5 079.07 萬噸來源于養殖。我國水產品的養殖產量呈逐年增加的趨勢，而水產養殖面積卻逐年減少，這意味著高密度養殖成為主流。與此同時，含有大量殘餌、糞便等有機污染物的養殖尾水排放引發的環境問題得到了廣泛關注，水產養殖尾水治理越來越得到重視。

一、水產養殖尾水現狀與特征

水產養殖尾水具有低污染的性質。根據2020年的《第二次全國污染源普查公報》，水產養殖尾水污染物排放占農業總排放量的6%，污染物以氮和磷為主，主要影響是使水體富營養化。由于我國國情和漁業發展的歷史遺留問題，粗放型、小規模、散戶型的養殖模式和大型工廠化和集約化養殖模式并存，因此，水產養殖尾水排放具有分散性的特征，且尾水處理情況良莠不齊，這增加了尾水治理推廣的難度。此外，我國水產養殖種類和養殖模式呈多樣化，尾水的排污系數也不相同，因水處理污染物負荷不同，要因地制宜建設水處理系統。

二、尾水處理技術

根據性質不同，尾水處理方法可以分為物理法、化學法和生物法。

1.物理處理法

物理處理法包括紫外消毒、曝氣、過濾、吸附、沉淀、泡沫分離等技術。機械過濾是最常用的固液分離方法，常用的機械過濾設施有微濾機和過濾篩(弧形篩和平面篩)，可以根據污染物的數量和粒徑選擇合適孔徑的過濾篩或網，可去除粒徑60～200微米的顆粒，但設備建設和維護費用較高。對于一些更為細小的有機顆粒以及可溶性有機物，宜采用泡沫分離法，設備產生的氣泡能將水中的溶解態物質和小顆粒態有機雜質帶離到水體表面。由于淡水水體電解質含量少、泡沫分離效果差，目前泡沫分離技術多用于海水養殖。

2.化學處理法

化學處理法是通過絮凝、氧化及消毒去除水體中的有害物質。

(1)絮凝法：主要包括電化學絮凝和添加絮凝劑兩種方法。電化學絮凝法是以金屬電極(鐵或鋁)作陽極，在直流電作用下，金屬電極被氧化為陽離子，在水中形成羥基絡合物及氫氧化物絮凝劑，從而發揮絮凝吸附的作用。電化學法絮凝技術無二次污染，但投入和運行成本較高，設備清理難度較大，一般適用于電解質濃度較高的海水。絮凝劑主要通過加入和物質相反電性的鋁鹽、鐵鹽等來減少離子之間的排斥作用，促進離子凝聚下沉，從而達到去除水體中的懸浮物的目的，絮凝劑添加要控制用量，防止過量造成二次污染。

(2)氧化法：臭氧是一種清潔氧化劑，能將水體中氨氮、亞硝酸鹽等有害物質進行氧化分解，將有機物氧化為無機物，有效殺滅水體中的有害病菌，反應后產生氧氣，清潔無污染。但殺菌不具有選擇性，水體中的有益微生物也會一并殺死。

3.生物處理法

生物處理法主要依靠水生植物、微生物等的生態功能，降解水中的氮、磷等有機物。

(1)水生植物法：生態浮床和人工濕地是兩種常用的水生植物處理技術。生態浮床是以生物高分子材料為床基，根據需求選擇合適的水生植物進行種植。此外，基于經濟植物水培技術的發展，與生態浮床技術相結合，能實現生態效益和經濟效益雙收，如水稻、番茄、生菜、草莓、風信子等均可進行水培生產。人工濕地是一種復雜的多功能生態系統，因其成本低廉、生態友好、便于與景觀結合等特點，廣泛應用于尾水處理中。水生植物的選擇是建設濕地生態系統的重點，因地制宜地選擇合適的濕地植被種植種類，才能有效發揮人工濕地的生態功能。

(2)微生物法：利用微生物處理尾水的手段主要有活性污泥法、生物膜法、微生物固定化和微生態制劑。

活性污泥法是利用懸浮生長的微生物絮團對污染物進行凝聚、吸附、氧化和分解達到去污目的，一般由曝氣池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排出系統組成，處理效率較高，技術工藝已經相當成熟，在早期循環水養殖系統中便開始應用，但傳統的活性污泥法占地面積較大。

氧化溝是活性污泥法的一種變形，其設計多為環形溝渠，極大減少了污水處理的占地面積。環狀設計增加了溝渠的長度，通過設置曝氣設備的位置，可以獲得不同的溶氧濃度梯度，可以在一條溝渠內實現硝化和反硝化作用，增加了污水處理效率。相對于傳統的活性污泥法，其產污泥量也得到了降低，但污泥膨脹的問題仍未解決。

通過人工填料為水中微生物提供附著場所，在物料表面形成由微生物群組成的一層具有生化活性的膜。生物膜法克服了污泥膨脹問題，最早的應用是生物濾池，方法簡單，處理效果較好且能耗低，不產生二次污染，但填充濾料用久了易發生堵塞而且清理難度大。

生物過濾刷也是基于生物膜法建造的一種凈化設施，具有攔截污染物和生物膜凈化的功能，較其他填料易清洗。生物流化床將生物膜技術與流化床工藝結合，附著顆粒的體積減小，生物膜與污水的接觸面積增大，有機負荷能力極大提高，處理效率更高，而且不存在物料阻塞的問題，占地面積較小。目前這種技術存在的主要問題是運行成本高、運行管理復雜，但其穩定性高、處理效果好和適應性強。

固定化微生物和微生態制劑是利用有益的微生物進行污染物和水質調控。常用的微生物包括單細胞藻類如小球藻、柵藻等，有益細菌包括硝化細菌、光合細菌、枯草桿菌、放線菌、乳酸菌、芽孢桿菌等多種細菌，既可以單獨使用，又能制成復合型微生態制劑。固定化技術是由發酵工藝中固定化酶、固定化細胞反應器發展而來，通過包埋、交聯、吸附等技術，使有益微生物以高濃度的狀態進行有機廢水處理，獲得生物增效。固定化的微生物既可以用于尾水處理，也可以作為微生態制劑進行原位治理，用于水質調控。

三、尾水處理技術的應用

在實際的尾水治理中，往往是運用多種處理技術，因地制宜地進行工藝設計。

1.池塘養殖尾水處理模式

(1)“三池兩壩”模式：一般由生態溝渠、沉淀池、過濾壩、曝氣池、過濾壩、生物凈化池組成。尾水經過生態溝渠和沉淀池逐級沉淀后，去除了部分大顆粒物質，再經第一道過濾壩進一步去除和分解細微懸浮物，然后進入曝氣池中，經氧化、揮發、分解等過程使水中化學需氧量和氨氮等降低，最后經過第二道過濾壩進入到生態池中，通過在生物凈化池中種植水生植物、放養水生動物等構建綜合立體生態位處理系統，有效降低水體中氮、磷濃度，實現水達標排放或循環再利用。通常尾水處理區面積為養殖水域的6%～10%，高排污的水域應適當增加處理區面積，各單元面積占比也要有所調整。

(2)底排污模式：在尾水處理要求不高或水體污染物含量少的情況下，一些更簡單的處理模式在池塘養殖中也很常見。底排污池底通常呈漏斗形，增氧設備推動水流產生離心力，使固體污染物集中于池底中心，通過低排污口和管道導出并收集，收集的污染物經過沉淀實現簡單的固液分離后，液體可用于灌溉，或流經人工濕地處理，固體顆粒物可以作為農家肥使用。

(3)陸基三池模式：由沉淀池、曝氣池和多級生物凈化池組成，這種模式成本低、運行簡單，在多級生物凈化池中往往還能產生一些其他收益，例如濾食性魚、貝類、魚菜共生系統產出等。

2.集裝箱＋生態池塘養殖尾水處理模式

集裝箱養殖是一種新型的養殖模式，它將傳統水產養殖從自然空間里解放出來，實現養殖尾水零排放和循環利用。從池塘中抽取上層富氧水體用于集裝箱養殖，養殖尾水返回池塘進行生態凈化。集裝箱內斜面環流集污，箱外固液分離過濾后，進入多級生態凈化池，實現水體凈化。集裝箱尾水處理模式綜合運用物理過濾和生物凈化，分離出的殘餌、糞便可作為有機肥料；集裝箱養殖尾水處理模式與稻田種養、魚菜共生等模式結合，提高資源利用率。

3.工廠化循環水養殖尾水處理模式

水處理系統是工廠化循環水養殖的核心，其水處理系統包括懸浮物和可溶性蛋白去除設備：三級沉淀池、微濾機、過濾篩、泡沫分離器等裝置；有機物分解和氨氮去除設備：厭氧生化池、生物膜反應器等；殺菌增氧設施：紫外、臭氧、曝氣設備。現有的工廠化循環水養殖系統將機械過濾、生物過濾和殺菌增氧等環節串聯，尾水處理循環路線為單循環(圖1A)，采用24 小時連續運行模式，日循環次數可達20 次。生物過濾往往需要更多的停留時間，這種單循環模式不利于生物過濾的穩定發揮，后來發展出物理過濾與生物過濾并聯的間歇式雙循環模式(圖1B)，物理過濾采用連續運行模式，生物過濾為間歇式，這種方式提高了循環水系統的處理效率。

圖1 單循環和間歇式雙循環工廠化養殖尾水處理系統