浅析水产养殖水处理技术

徐继松

1.集美大学水产学院，福建厦门 361021

2.福建省高校水产科学技术与食品安全重点实验室，福建厦门 361021

随着社会的发展，水资源短缺威胁着不少地区和城市的生产和生活。传统的水产养殖生产方式不仅与人类争夺水资源，而且养殖废水中所包含的来源于粪便和饲料的颗粒态固体废物、溶解态代谢废物、溶解态营养盐、抗微生物制剂和药物残留等[1]大量排放后，会造成对自身水体和周边环境的污染；因此改变水产养殖模式势在必行。循环水养殖是实现高效、绿色和清洁水产品生产的重要途径，是未来水产养殖技术发展的必然趋势之一。而发展循环水养殖的关键与核心就是循环系统的水处理技术。与工业废水和生活污水相比，水产养殖产生的废水具有高氨氮、低有机污染物两个非常明显的特点。在净化循环回用的过程中，通常养殖废水中的营养性成分、溶解有机物、悬浮固体和病原体是处理的重点[2]。在此从物理的、化学的、生物的角度对水产养殖污水处理技术的研究进展作以简单评述。

1 物理方法

物理方法可分为沉淀技术、过滤技术和浮选技术。

沉淀技术主要是通过自然沉降或者借助机械旋流沉降，来达到固液分离的目的，从而去除养殖污水中的大型颗粒。沉淀技术一般以沉淀池的自然沉降和沉淀槽等设施的机械旋流沉降的方式达到去除污水中大颗粒物，减轻养殖水处理工艺下各环节的负荷，提高处理工艺对养殖污水中污染物的高效去除效果。在水产养殖业中，因循环水养殖系统中悬浮颗粒物的平均相对密度略大于水的相对密度，一般可采用自然沉淀来达到初步去除大颗粒物。Merino G E[1]等对养殖水中固体颗粒进行研究，为有效沉降养殖水体中的污染有机物提供可靠的理论依据；运用沉淀槽能够去除养殖水体中69.2%的悬浮固体颗粒[3]；而使用水力旋流器可以去除87%以上粒径大于77μm的悬浮固体颗粒物。张俊新等利用沉降柱对养殖污水中的固体颗粒达到40%以上的去处效果。因此使用沉淀技术可以有效地去除养殖污水中的大型颗粒，实现第一步的净化作用[1]。

过滤技术主要依靠过滤设备来对养殖污水中颗粒物进行固液分离，以达到除污净化的作用。一般常见的机械过滤设备有弧形筛、固定筛、旋转筛、振动筛、砂滤器和近年兴起的膜滤技术等，过滤设备一般会配备有反冲洗设备，能做到很好的反冲洗，不仅仅能够提高设备的固液分离速率，更能够延长设备的使用寿命，降低投入成本，目前已经成为一种被广泛应用的技术。弧形筛是目前在国内外养殖系统中逐步推广的另一种微筛过滤器，优点是无动力消耗，结构简单，维护成本低，但自动化程度低，需每天人工清洗。固定筛和旋转筛在养殖生产过程中使用较少，砂滤器一般较为常见，它主要采用填充一定粒径的介质（砂子或其它微粒物质）形成孔隙截留水中的固体颗粒物。目前研究较为多的是滤膜技术，它主要采用不同孔径的膜滤除颗粒物，是依膜孔径截留不同粒径颗粒物的过程。养殖污水处理技术中主要使用微滤和超滤技术，微滤膜（孔径0.1μm～10μm）用于微米级颗粒的分离和浓缩，而超滤膜则主要用于相对分子质量为1， 000～500， 000物质的分离。Viadero Jr等的研究表明， 采用孔径0.05μm的膜，可去除水质中大于94%的总悬浮固体物和76%的有机物（BOD）；黄宝能等用多次超滤的方法对工厂化养殖海水进行处理重利用，处理后海水水质指标均达到《渔业养殖用水》（GB11607-89）标准。膜处理技术技术的污染及其洗涤问题成为当前研究的重点，解决膜的污染和清洗技术能够很大的延长膜的使用寿命，降低成本，为膜技术的推广应用提供前提条件。

浮选技术主要原理是通过气液界面吸附浓缩污浊物，通过气浮方式予以净化。国外有研究表明，泡沫分离法适合分离粒径在10μm～30μm 之间的具有表面活性的微颗粒，为水处理系统流程设计提供依据；有研究表明泡沫分离器对挥发性颗粒去除效果较好，可高达93.2%[3]；罗国芝等使用泡沫分离器装置对TAN、NO2-N 的去除率分别为42.45%和24.71%；近年加压溶气气浮技术逐渐兴起，有研究表明液位高度1.0m、液体流量200L/h～400L/h、溶气压力0.4MPa的条件下，浊度去除和溶解氧增加效果最好。

2 化学方法

目前养殖水处理技术的化学方法主要包括化学絮凝技术、臭氧氧化技术、紫外照射消毒技术等。

化学絮凝技术，其原理是依靠投放化学药物与水体中污染物反应，并生成沉淀析出，进而被吸附、浮选分离出水体或者水体中污染物被氧化成无害物质，而达到净化水体的目的。

臭氧氧化处理技术，由于臭氧所具有的极强的氧化能力，其被广泛应用于水产养殖系统的消毒和改善水质中。有研究表明，臭氧对养鲍废水中的总氨，亚硝酸氮，化学耗氧很有好的去除效果，去除率分别为13.6%，35.4%，31.1%，并能抑制细菌生长，促进藻类生长，提高叶绿素含量；虽然臭氧的水处理效果很好，但臭氧残留对水产养殖动物毒害很大，需要设置专门的去除残留装置，一般使用活性炭进行去除残留臭氧。臭氧可以降低膜污染，导致微生物细胞液溶出，并为反硝化提供碳源，还可以杀灭丝状菌，防治污泥膨胀，低臭氧投放量可促进污染水体中颗粒的加大程度，促进絮凝。因此使用臭氧处理技术需要考虑实际情况做出合理的运用。

紫外照射消毒技术，紫外消毒（UV）广泛用于水产养殖系统中，可破坏残留的臭氧和杀死病菌，且具有低成本和不产生任何毒性残留的优点。Hunter等的研究表明，60mW·s/cm2～75mW· s/cm2的UV剂量可完全破坏高达0.5mg/L的残留臭氧。采用UV消毒时，因微生物的类型不同，所需的UV剂量幅值变化也较大（2mW ·s/cm2～230mW·s/cm2）。紫外照射消毒技术主要用于水产养殖的病害防治，配置紫外照射消毒设备主要是以杀灭水体中病原体为主，以此达到净化水体的目的。

3 生物方法

生物方法主要是利用生物过滤技术去除或转化养殖废水中溶解的无机物或有机物。目前采用较多的是植物过滤和生物膜技术等。

植物过滤主要是利用植物光合作用吸收无机氮、磷后转化为有机物，达到去除水中营养性污染物的目的。目前，水产养殖废水处理中采用较多的植物过滤技术有藻类过滤技术、水培植物技术和人工湿地净化技术。

藻类过滤技术是一种较好的植物过滤技术。但该技术在淡水养殖废水处理中应用较少，在海水养殖中多采用大型藻类，主要有石莼、红藻、红皮藻等来处理污水。近年来，由于微藻利用及收获技术的研究得到了关注，微藻过滤养殖废水技术也随之得到很大发展。

养殖废水中含有的有机或无机营养物质恰恰是水培植物生长所必需的，因而可以利用种植水培植物的方法去除营养物。水培植物技术是将循环水水产养殖系统与水培蔬菜、花卉或草药生产系统相连，组成复合生物系统。该技术不仅可以去除水中的溶解性营养污染物，而且还可以去除和固定化养殖污泥。

人工湿地是由人工基质和生长在其上的水生植物、微生物组成的一个独特的土壤—植物—微生物生态系统，湿地净化技术充分利用物理、化学、生物等三重处理方式进行处理，具有处理效果好，方便维护，成本低，抗负荷能力强等优点，但是其占地面积一般较大，相对影响其应用价值，并且水生植物具有季节性，因此湿地技术的应用必须解决水生植物季节更替带来的影响，及时的调整水生植物种类，做好季节的衔接，才能保证湿地净化技术的能够突出经济效益和生态效益两大优势，利于湿地技术的推广应用。相关湿地水生植物的研究较多，一般来说常用的水生植物有香蒲、茭白、芦苇、水蕴草、黑藻、金鱼藻、睡莲、萍蓬草、菱角、凤眼莲、浮萍、满江红等。成水平等以种植香蒲（Typhaangustifolia）或灯心草（Juncus effusus）的作为人工湿地材料处理污水，结果表明，污水污染物的去除率高达94%；Adcock[32]等研究发现，水麦冬（Triglochin procerum） 对N、P的去除效果是芦苇等植物的5倍；吴振斌[33]等利用芦苇（Phragmites autstralis）等植物组合的垂直流人工湿地系统对磷的最高去除率为60%；水产养殖废水进入江蓠栽培区，江蓠吸收利用水中NH4+-N、NO2-N、PO43+等营养元素降低了水体中的N、P含量。关于湿地基质研究相对较少，传统的湿地基质一般采用土壤，砂，砾石等。对于不同土壤作为基质构成的人工湿地，其对污染物的去除存在一定得差异性，H. Brix等分析比较了丹麦13个地区的沙的除磷能力发现，不同沙基质湿地的除磷效果差异显著；Drizo以页岩为基质对磷的去除率最高可达到100%的去除；相关沸石，石灰石，铝矾土，膨润土，炉灰等基质的研究也较多，并对基质的粒径，pH，吸附性等理化性对处理效果的影响做了相关研究。虽然人工湿地处理养殖废水有快速启动的特性，且仅受水力负荷率的影响。但试验结果也表明，在用湿地进行污水处理时需要占用较大的土地面积，才能满足废水处理要求。

生物膜技术具有占地少，抗负荷大，处理效果好，简单易操作等优点，其主要以各种生物滤池和滤器形式存在，其除污机理是依靠滤池或者滤器填料上形成的生物膜，对污水中的污染物进行转化、利用、去除。常见的生物滤器有淹没式滤器、悬浮式滤器、滴滤器、转筒式生物滤器、生物转盘、生物固化床、生物流化床、珠状滤器、柱状滤器、罐状滤器等，很多生物滤器已经被生产成商品销售，用于一些小型的养殖污水处理工作。而生物滤池主要以BAF形式存在，且处理效果较好，占地少，抗负荷高等优点被广泛应用于生产，其主要分为BIOCARBONE、BIOFOR、BIOSTYR三大类。BAF工艺是依靠生物膜来处理污水中的污染物，而生物膜是由微生物在载体上附着粘连而成，因此促进生物膜附着生长的填料成为国内外研究的重点、热点。常用的填料有，碎石、陶粒、砂粒、沸石、活性炭、聚丙烯丝状材料、塑料颗粒、塑料蜂窝、方便面式塑料板等。碎石，砂粒的比表面积较小，并不利于微生物附着形成生物膜，所以目前对此类填料的研究较少；陶粒在国内研究较多，陶粒的研究逐渐发展到轻质陶粒，纳米陶粒，整体的成膜性能和污水处理效果在相关研究中均较好；沸石、活性炭、贝壳等填料的研究也较多，其中贝壳有调节pH和很好的除磷效果，并且能为硝化反应提供碱源，因此近年贝壳也被用于生物滤池填料。曾正中等也对粉煤灰和沸石填料进行了比较研究，结果显示，两者挂膜速度基本相同，前者的COD去除率高于后者，但TAN去除率低于后者；何洁等研究了沙子、活性炭、沸石三种生物填料对水质的净化效果，结果表明，沸石效果最好。一些有机材料填料也在国内外被广泛的研究应用，有研究表明压缩率为70%的多孔弹性滤料在水停留为15min条件下，可去除94.2%的水中BDOC；国外，Rebecca Moore等研究了尺寸范围分别为1.5mm～3.5mm和2.5mm～4.5mm的填料对曝气生物滤池处理效果的影响，小颗粒处理效果好于大颗粒，但抗水力负荷能力差于大颗粒，这为曝气生物滤池填料尺寸要求上提供了一定的依据；Allant等人研究结果表明：上浮式填料比沉没式填料对有机物和固体颗粒的去除率更高，耐负荷能力也更强。目前研究倾向于研究开发轻质、廉价、亲水性能好的滤池填料方向发展。

[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]罗国芝，谭洪新，朱学宝.闭合循环水产养殖系统中生物过滤器的水处理效果研究[J].中国海洋大学学报，2004，34(2)：203-208.

[3]刘长发，晏再生，何洁，等.牙鲆养殖循环系统中固体废物的去除研究[J].大连水产学院学报，2006，21(4)：321-324.