水產(chǎn)養殖廢水處理技術(shù)及應用

摘要：文章綜述了水產(chǎn)養殖廢水處理的物理化學(xué)處理技術(shù)和生物處理技術(shù)，以及水產(chǎn)養殖廢水的循環(huán)利用工藝流程和生物工程在水產(chǎn)養殖廢水處理中的應用。并展望隨著(zhù)世界性水資源短缺環(huán)境污染的日趨嚴重，養殖廢水的綜合利用與無(wú)害化排放技術(shù)具有極大的研究開(kāi)發(fā)價(jià)值和廣泛的應用前景。

1　引　言

近20年來(lái)，集約化水產(chǎn)養殖業(yè)在國內外迅速發(fā)展。世界水產(chǎn)量在1996年達到112億t，其中25%為人工養殖。在此條件下，養殖過(guò)程中投放的飼料所含的氮、磷大約只有9.1%和17.4%被魚(yú)同化，其殘剩飼料和魚(yú)類(lèi)排泄物形成的污染物對水體、沉積物等造成嚴重污染，引起淺水湖泊的退化，造成局部海域發(fā)生赤潮；水產(chǎn)養殖中使用的各類(lèi)化學(xué)藥品和抗生素的殘留物也污染了水域環(huán)境，使一些生物棲息地遭到破壞，干擾了野生種群的繁衍和生存，使生物多樣性減少；同時(shí)水體污染反過(guò)來(lái)制約水產(chǎn)養殖的發(fā)展，因此，水產(chǎn)養殖廢水的處理和循環(huán)利用逐漸受到關(guān)注。
2　水產(chǎn)養殖廢水物理化學(xué)處理技術(shù)

2.1　機械過(guò)濾

過(guò)濾裝置是從傳統的砂濾池不斷發(fā)展起來(lái)的，其基本原理是阻隔吸附作用。在處理水產(chǎn)養殖水體中，用砂濾池能很好地去除SS，但是去除N和P效果不佳；改用斜發(fā)沸石去可以吸附一定量的氨。Palacios等[8]在砂濾床種植植物，控制滲透率和干濕循環(huán)時(shí)間，在水力負荷為3.5cm/d，去除93%總磷；在處理鮭魚(yú)養殖廢水中，其水力負荷分別為1.35、25、80～240和2000～2700cm/d，SS去除效果差異性不大。對于機械過(guò)濾裝置，美國開(kāi)發(fā)的一種筒狀的過(guò)濾機，筒體四周附有濾網(wǎng)，筒體置于水中工作時(shí)，部分濾網(wǎng)浸沒(méi)在水中，廢水從開(kāi)口端流入筒內，污物被留在網(wǎng)上，過(guò)濾過(guò)的水又回流到池中，而污物被噴頭沖到漏斗內而排出。

瑞典一種高度為3140～4725mm，直徑900～1910mm的過(guò)濾機在工作時(shí)，污水由裝置的下部經(jīng)過(guò)中心管和吸附污物的砂混合在一起，由升液器上升到裝置上部，在此分離，污物清除后，經(jīng)管道流入沉淀池，沙子靠錐形分解器的作用均勻降下，上升的水和下降的沙相遇，這樣，水被凈化后從另一根管道放回到魚(yú)池。日本有一種過(guò)濾機，其工作原理是水泵將池水吸上后，經(jīng)噴灑管?chē)娙脒^(guò)濾池，過(guò)濾池內一層小顆粒沸石和一個(gè)特制過(guò)濾器，過(guò)濾后的水流回養魚(yú)池。

2.2　臭氧

臭氧的凈化原理在于它在水中的氧化還原電位為2.07V，高于氯(1.36V)和二氧化氯(1.5V)。它能夠破壞和分解細胞的細胞壁(膜)，迅速擴散滲入細胞內，從而殺死病原菌。臭氧在水中分解的中間物質(zhì)羥基自由基(·OH)，具有很強的氧化性，可以分解一般氧化劑難分解的有機物。因此，用臭氧處理廢水，既能夠迅速滅除細菌、病毒和氨等有害物質(zhì)，又能增加水中溶解氧，從而達到凈化養殖廢水的目的。有資料報道，臭氧在魚(yú)蝦養殖中應用效果顯著(zhù)，Jack在1994～1995年進(jìn)行13次臭氧水處理試驗，其臭氧投放量0.59mg/L，滅菌率可達99.12%；日本伊騰慎悟用臭氧處理海水研究表明，海水中99.9%各種細菌可被臭氧消滅。臭氧與生物濾池結合，出水中溶解氧含量高，回用可以提高養殖密度。

2.3電化學(xué)

用電化學(xué)法去除水中溶解的亞硝酸鹽和氨氮的研究結果表明，亞硝酸鹽完全去除的時(shí)間和能耗隨著(zhù)傳導率的增加而降低，輸入電流最大為2A時(shí)，耗能最少，pH相對于輸入電流和電導率來(lái)說(shuō)幾乎沒(méi)有影響；在酸性條件下有利于亞硝酸鹽的去除，堿性條件有利于氨的去除，氨的去除速度低于亞硝酸鹽的去除速度。

3　水產(chǎn)養殖廢水的生物處理技術(shù)

3.1　活性污泥法活性污泥法

處理系統是污水生物處理技術(shù)的主要技術(shù)之一，在傳統的活性污泥法上發(fā)展成氧化溝、間歇式活性污泥法(SBR)和AB法處理工藝等。Meske等通過(guò)活性污泥法處理水產(chǎn)養殖循環(huán)用水研究表明，NH+42N含量不能達到回用的要求；Umble等在水產(chǎn)養殖排水溝渠中用接近SBR的操作方式進(jìn)行好氧厭氧處理，效果良好；Nugual等用SBR法處理海水養殖廢水，探討鹽度影響，結果表明，在鹽度不是很高情況下，脫氮效果良好。

3.2生物膜法

生物膜法主要有生物濾池、生物轉盤(pán)、生物接觸氧化設備和生物硫化床等，這些技術(shù)因為其微生物的多樣化，在水產(chǎn)養殖廢水的封閉循環(huán)使用中得到廣泛利用。

3.2.1　生物濾池

在集約化養魚(yú)裝置中配用的生物濾池有平流式、升流式和降流式[9]。生物濾池中填料是生物的載體，填料主要有碎石、卵石、焦炭、煤渣、塑料蜂窩和各種人工合成產(chǎn)品等；生物濾池能連續使用，不需要更換濾料。生物濾池設計中很重要的就是填料的選擇，填料的結構和表面積要有利于生物膜的生長(cháng)和有機懸浮顆粒的捕集。在臺灣，Yang等用一個(gè)十字交叉的高孔隙率的填料(塑料鮑爾環(huán)，孔隙率87%)的生物濾池，后跟一個(gè)有很大表面積填料(粉末焦炭顆粒，孔隙率35%)的生物濾池，在停留時(shí)間為2.5h，SS和BOD去除率分別為98.8%和80.2%。有養殖廢水需要處理的單位，也可以到污水寶項目服務(wù)平臺咨詢(xún)具備類(lèi)似污水處理經(jīng)驗的企業(yè)。

在新加坡，China等用沉淀池→生物濾池→二沉池→生物過(guò)濾器工藝，其中填料為混合纖維(表面積>1000m2/m3，孔隙率85%)，對河口大面積集約化養殖水體處理后可回用。在澳大利亞，Abeysinghe等[17]用好氧淹沒(méi)升流式生物濾池去除鮭魚(yú)養殖廢水中TOC和N，其中填料有效表面積14.m2/m3，停留時(shí)間為4h時(shí)，去除40%的磷，氮完全硝化和40%反硝化，TOC可以降到12mg/L。曝氣后從生物濾池出水應有足夠的溶解氧滿(mǎn)足回用需要，Eikebrokk利用一個(gè)淹沒(méi)式的鼓風(fēng)升流式的生物過(guò)濾器，在這個(gè)生物過(guò)濾器里可以進(jìn)行消化和氧的傳遞，把其放在魚(yú)塘里，使得污染物減少了90%～95%，池塘的溶解氧可保持在5mg/L。另外可通過(guò)控制溶解氧進(jìn)行生物濾池的硝化和反硝化作用，Sauthier等用池塘(曝氣)→機械濾池→紫外光消毒→淹沒(méi)式生物濾池(反硝化池)→魚(yú)塘回用，其中填料孔隙率>30%，氮負荷為2.4kgN/m3·d，反沖洗時(shí)間為3d。

3.2.2　生物轉盤(pán)

生物轉盤(pán)由一串固定在軸上的圓盤(pán)組成，盤(pán)片之間有一間隔，盤(pán)片一半放在水中，另一半露出水面。水和空氣中的微生物附在盤(pán)片的表面上，結成一層生物膜。轉動(dòng)時(shí)，浸沒(méi)在水中的片露出水面，盤(pán)片上的水因自重而沿著(zhù)生物膜表面下流，空氣中的氧通過(guò)吸收、混合、擴散和滲透等作用，隨轉盤(pán)轉動(dòng)而被帶入水中，使水中溶解氧增加，水質(zhì)得到凈化。

3.2.3　生物轉筒

生物轉筒是生物轉盤(pán)的變型，是從20世紀70年代中期發(fā)展起來(lái)的，在丹麥、德國發(fā)展很快。丹麥研制了單轉筒型，德國則發(fā)展了多轉筒型，轉筒內的填料有塑料球、塑料環(huán)和波紋盤(pán)片等。有些生物轉筒外還設有集氣裝置以增加水中溶氧量。其典型的3種生物轉筒形式為:(1)外殼結構為硬聚乙烯塑料，內裝聚氯乙烯波紋圓盤(pán)片，轉筒由16只小轉筒組成，轉筒直徑約1.8m，轉速為0.24～1.2r/min，轉筒耗能0.37kW；(2)筒體外殼為鋼制，長(cháng)1.57m，外殼開(kāi)6個(gè)孔，每個(gè)孔長(cháng)1.5m，寬0.32m，筒內固定在軸上硬聚乙烯波紋的盤(pán)面呈多邊形，外接圓直徑3m，盤(pán)面總表面積120m2；(3)轉筒的筒體四周裝有小容器，當轉筒向上轉時(shí)，小容器內盛滿(mǎn)了水，向下轉動(dòng)時(shí)，水被灑在塑料球上，空容器內充滿(mǎn)空氣進(jìn)入水中，凈化水的體積為生物轉筒體積的15～25倍。

3.2.4　生物硫化床

生物硫化床是高負荷的一種生物膜法，Arbi等用好氧的硝化滴濾和缺氧反硝化硫化床相結合的反應器，懸浮在表面的富含硝酸鹽和溶解的有機物送到硫化床，處理效果良好。Jewell等在水產(chǎn)養殖水體循環(huán)中利用膨脹床的硝化和反硝化作用同時(shí)，處理BOD5、SS和氮，出水氨氮低于0.5mg/L。同時(shí)可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。

3.3水產(chǎn)養殖技術(shù)的自然生物處理

用自然生物處理水產(chǎn)養殖水體主要有濕地、定塘和土地處理系統等，其優(yōu)點(diǎn)是處理含氮和磷的水體，能達到比較徹底的處理效果。

3.3.1　濕地生態(tài)系統

人工濕地具有一定的污水處理能力，對氮、磷有機物懸浮物等的去除有良好的效果，人工濕地凈化工農業(yè)廢水已有大量研究，近年來(lái)，用人工濕地處理水產(chǎn)養殖廢水取得一定進(jìn)展。非集約化水產(chǎn)養殖的自然水域本身是一個(gè)典型濕地系統，具有良好的自?xún)裟芰�，只要合理利用和加強其自�(xún)裟芰�，�?huì )有良好的環(huán)境效應和經(jīng)濟效應；Kruzie等綜合土地處理濕地池塘水生植物系統進(jìn)行水產(chǎn)養殖水體循環(huán)。Wood等利用人工濕地系統處理水體，濕地系統中藻類(lèi)密度高，在地表水利負荷1315cm/d時(shí)，COD的去除率59.2%、NH+42N為34.6%、PO-42P-為3.19%和SS為78%；如果水力停留時(shí)間在3d，則COD的去除率79.4%、NH+42N為82.8%、PO3-42P為54.1%、蛋白質(zhì)產(chǎn)率50t/hm2·a。Lin等用人工濕地處理水產(chǎn)養殖水體，在水力負荷為1.8～13.5cm/d之間，則NH+42N去除率為86%～98%，總無(wú)機氮(TIN)為95%～98%，磷的去除為32%～71%，出水NH+42N濃度<0.3mg/L，NO-22N<0.01mg/L。對于鹽度高的水體，用耐鹽性植物種植在沙性濕地上，可去除養殖水體中98%的總氮、94%的無(wú)機氮、99%的總磷和97%的溶解態(tài)磷。

3.3.2　魚(yú)塘水生生態(tài)系統

魚(yú)塘水生生態(tài)系統本身有很強的凈污能力，在水產(chǎn)養殖水體的處理中完全可以利用魚(yú)塘對污染物的凈化能力來(lái)凈化污水。養殖水體的綜合利用主要是用池塘的自?xún)裟芰�和魚(yú)類(lèi)生理特性，如充氧、魚(yú)藻共生系統、魚(yú)類(lèi)白天和晚上不同活動(dòng)時(shí)間混養、耐污能力不同魚(yú)類(lèi)混養和對魚(yú)類(lèi)生理修正。Kirke從曝氣方面進(jìn)行了研究，對魚(yú)塘采用風(fēng)力曝氣；Logsdon從改變水生植物結構著(zhù)手，利用浮萍對氮和磷的吸收(1km2的浮萍能吸收約802kg氮和146kg的磷)和對重金屬的累積能力處理水產(chǎn)養殖水體。Wang用雙殼類(lèi)去除藻類(lèi)，沉降法去除懸浮物，通過(guò)蝦塘、蠔形成水的循環(huán)利用。Umble等用魚(yú)塘處理城市污水二級處理出水，利用二級處理出水提供的營(yíng)養，調節營(yíng)養比例(N∶P在16～23)，使得水生植物繁殖，作為魚(yú)類(lèi)的食料。養殖水體的綜合利用的安全是人們關(guān)心的問(wèn)題，Adamsson等進(jìn)行的研究結果表明，只要投加飼料成分恰當，影響不大，但從保守的觀(guān)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，有待于進(jìn)一步證實(shí)。

4水產(chǎn)養殖廢水的循環(huán)利用工藝流程

進(jìn)行水處理裝置有多種，其結構各不相同，其工藝流程也不一樣，下面介紹幾種典型的流程。魚(yú)池排水→集水池塘→氧化池→沉淀池→增溫增氧池→魚(yú)池回用的工藝在德國使用較多，這種工藝流程中氧化池為生物轉筒，水力負荷4.5～514m3/m3·d，沉淀池回流50%～100%到氧化池。魚(yú)池排水→沉淀池→升流式生物濾池→淋水塔式增氧→加熱、消毒→魚(yú)池回用的工藝在加拿大使用較多，在沉淀池能夠去除60%的SS，在升流式生物濾池的填料粒徑為1～10mm左右，可以去除99%氨氮，新鮮水/回用水為1/9。魚(yú)池排水→充氧→升流式石灰巖濾池→沉淀池→增氧→回用的工藝在美國使用較多，其中新鮮水/循環(huán)水為1/5。魚(yú)池排水→升流式碎石濾池→降流式碎石濾池→增溫池→回用的工藝在上海集約化水產(chǎn)養殖業(yè)水體循環(huán)中使用較為普遍，其中濾池水力負荷110.5～140.0m3/m3。魚(yú)池排水→集水池→升流式沸石濾池→降流式沸石濾池→補充新鮮水、調溫→魚(yú)池回用在北京集約化水產(chǎn)養殖業(yè)水體循環(huán)中使用較多，其中濾池水力負荷為150～194m3/m3。

5生物工程在水產(chǎn)養殖廢水處理中的應用

伴隨著(zhù)生物技術(shù)的發(fā)展，水產(chǎn)養殖業(yè)越來(lái)越多地運用生物工程技術(shù)來(lái)減少廢水排放量和污染物數量。比如用微生物發(fā)酵生產(chǎn)和遺傳工程技術(shù)將合成特定氨基酸的基因克隆進(jìn)入微生物的細胞質(zhì)中，然后借助微生物的增殖來(lái)生產(chǎn)蛋白質(zhì)魚(yú)類(lèi)飼料，可以提高魚(yú)對飼料的利用率，降低氮的排泄物，減少廢水中氮的濃度；利用生物篩選技術(shù)和基因工程培育一些去污能力強的植物(特別是藻類(lèi))和微生物來(lái)凈化水產(chǎn)養殖廢水；利用生物工程對魚(yú)類(lèi)進(jìn)行生理修正，使魚(yú)類(lèi)提高耐污能力和減少排泄物，比如Phelps培育的魚(yú)類(lèi)對沙門(mén)氏菌屬形成抗體，這種魚(yú)類(lèi)就可以在污染水體中生長(cháng)。鄭耀通等對具有高效凈化水產(chǎn)養殖水體的紫色非硫光合細菌進(jìn)行了分離和篩選，篩選出來(lái)的紫色非硫光合細菌既有很強的凈水能力，又是魚(yú)類(lèi)的飼料。目前國內的研究主要集中在光合細菌在水產(chǎn)養殖水體凈化中的應用。

6　展望

展望隨著(zhù)世界性水資源短缺和環(huán)境污染的日趨嚴重，今后各國將采用封閉式循環(huán)水養殖方式。其中，養殖廢水的綜合利用與無(wú)害化排放技術(shù)具有極大的研究開(kāi)發(fā)價(jià)值和廣泛的應用前景。雖然生物濾池去除氨氮和有機物的效果比較好，卻會(huì )使水中硝酸鹽含量增加，硝酸鹽的毒性雖比氨氮低，但過(guò)度積累同樣會(huì )影響?hù)~(yú)類(lèi)生長(cháng)，而且含氮高的廢水排放到環(huán)境中，又會(huì )引起二次污染。2l世紀的水產(chǎn)養殖將由單一型向生態(tài)型發(fā)展。近年來(lái)，美國、丹麥、日本和中國等國家發(fā)展魚(yú)菜共生、魚(yú)藻共生系統；利用養殖廢水培育蔬菜、花卉、水果和藻類(lèi)，既能最大限度地提高水產(chǎn)品和蔬菜等的產(chǎn)量，又能凈化水質(zhì)，把污染降至最低程度，從而形成小環(huán)境生態(tài)系統良性循環(huán)。來(lái)源：谷騰水網(wǎng)