海水工厂化养殖尾水处理技术模块化设计

王磊，王文君，王东亮

（烟台市海洋环境监测预报中心，山东 烟台 264003）

党的十八大以来，党中央高度重视生态文明建设，将其纳入“五位一体”总体布局，提出了“绿水青山就是金山银山”的生态文明理念。2022 年1 月，生态环境部和农业农村部联合印发《关于加强海水养殖生态环境监管的意见》，对加强陆基海水养殖尾水治理方面提出了明确要求。海水养殖业由于历史原因，存在经营管理粗放、长期无序发展、养殖尾水普遍缺乏处理、污染海洋环境等问题[1]，同时由于养殖品种和方式的不同，尾水排放方式多样、排放频次不一、水质差别大、整治难度非常高，目前行业内还未出台明确的海水养殖尾水整治规范，也缺乏操作简单、投入较少、效果较好的治理技术方案。现以山东烟台某陆域海水工厂化水产养殖场养殖尾水综合整治示范项目为例，设计了海水工厂化养殖尾水处理技术模块，通过整合收集养殖尾水，在厂区范围内建设沉淀池、微滤机、蛋白分离器、生物处理池等设施设备，实现养殖尾水水质提升和规范化管理。

1 项目概况

该项目位于山东半岛东北部，工程区影响最大的波向为北向和西北向，水深较浅，大部分位于设计低水位以上，波浪到达岸边均已破碎，本工程设计极波浪要素均采用极限波高，最大波浪高1.5 m；工程区内土层分布较稳定，自上而下依次为冲填砂、含黏性土粉砂、粉砂。该水产养殖场共有8 个养殖车间，养殖总水体6 000 m3，主要养殖许式平鲉和海参育苗保苗，其中鱼类养殖车间尾水为持续性排放，海参养殖车间尾水为间歇式排放。养殖尾水在每个车间后端直接排放入海，高峰期每天总排放量2 000 m3。在高密度养殖环境下，水体中残饵、粪便形成速度较快，且海参养殖主要投喂海底泥，倒池期间需要冲刷养殖池，导致该水产养殖场养殖尾水中的悬浮物和氮、磷营养盐浓度较高[2]。

项目在厂区内新建1 个沉淀池，改造已有的1 个蓄水池为生物处理池，将8 个车间的尾水经管道整合导流至沉淀池，快速沉淀去除大部分大颗粒、易沉降悬浮物；沉淀池污泥通过污泥泵抽取，用1 台板式压滤机压制成泥饼，泥饼可回收作为海参饲料，滤液返回沉淀池；沉淀池上清尾水进入1 台微滤机、1 台蛋白分离器，逐级过滤从大到小的悬浮物颗粒及胶状物质，过滤后尾水排入生物处理池，通过光合细菌等微生物和藻类吸收氮、磷营养盐后，经排水沟渠溢流排放入海。实现了将原有的8 个入海排污口合并为1 个入海排污口，每年可以处理养殖尾水40 万m3，减少24 t 颗粒悬浮物、0.8 t 总氮和0.04 t 总磷排海，并对海水养殖尾水进行了有效再利用，增加了经济效益。

2 工艺设计

本项目采用模块化设计，通过污染物高效沉降、污染物逐级高效过滤、过滤增氧一体化、多层级生物处理等集成创新技术手段，高效处理海水养殖尾水。具体处理工艺流程为：养殖车间排放养殖尾水—排水渠（管道）—沉淀池—微滤机—砂滤罐—蛋白分离器—生物处理池—沟渠溢流排放（图1）。

图1 海水养殖尾水处理工艺流程

图2 槽渗排水方式

2.1 沉淀池

本项目鱼类养殖车间为持续排放尾水状态，但悬浮物浓度较低；海参养殖车间尾水主要在倒池期间集中排放，水量不大但悬浮物浓度较高，根据排放特点和厂区条件，设计沉淀池长20 m，宽8 m，深3 m，能容纳水体积480 m3，平均水体停留时间约6 h，在厂区内沙地上进行土方挖掘和平整，整体为平流式嵌入地下的地下池，配备1 台泥浆泵和1 部高压水枪，在每日海参养殖倒池换水沉淀后抽取底泥，并冲洗沉淀池和排水阀门，防止淤塞。养殖尾水经沉淀池停留沉淀后，可去除大部分大颗粒悬浮物和部分高锰酸盐指数（IMn），并减轻后续过滤系统的压力。其他养殖类型的海水工厂化养殖单位，可以根据自身养殖规模和养殖特点，合理设计沉淀池大小，鱼类养殖悬浮物浓度较低，可以根据养殖尾水排放量，匹配较短水体停留时间的沉淀池，海参和对虾养殖悬浮物浓度较高，可以延长水体停留时间，有条件的可设置二级沉淀池，以获得更好的沉淀处理效果。

2.2 板框压滤机

板框压滤机具有过滤推动力大、滤饼含固率高、滤液清澈、固体回收率高等优点[3]，非常适用于海水养殖尾水污泥的脱水固化处理。该设备由交替排列的滤板和滤框构成一组滤室，滤板表面有沟槽，其突出部位用以支撑滤布，滤框和滤板的边角上有小孔，滤液在压力下，通过滤布、沿沟槽与孔道排出滤机，使污泥脱水。沉淀池的污泥经污泥泵抽出后，经压滤机压滤成滤饼排出系统，过滤液返回沉淀池，滤饼晒干后可以作为海参饲料进行二次利用。

2.3 自动反冲洗微滤机

自动反冲洗滚筒微滤机包含了箱体、滚筒、滤网、集污槽、滚筒电机、反冲洗水泵、喷嘴、密封装置等配件组成。利用一个可转动的PVC 滚筒来进行过滤，滚筒外部有一层致密的316 不锈钢筛网，滚筒通过齿轮由一台电机驱动，尾水通过进水口进入滚筒内部，水中悬浮物会被滤网过滤，当滤网透水性下降时，箱内水位下降，启动反冲洗。通过微滤机，可以过滤掉粒径80 μm 以上的悬浮物颗粒[4]。

2.4 砂滤罐

砂滤罐广泛应用于水产养殖行业，缸体一般为玻璃纤维增强材料缠绕而成，具有强度高，寿命长，耐腐蚀，耐老化等特点，通过填充石英砂来过滤泥沙悬浮物、胶体有机物和金属离子。通过砂滤罐能有效过滤掉粒径10 μm 以上的悬浮物颗粒[5]。

2.5 蛋白分离器

蛋白分离器是一种通过气浮分离原理，去除水中固体悬浮物的水处理设备，通过一定方法，在其反应桶内制造大量的细小气泡后，气泡在浮力作用下缓慢上升，利用气泡与液体接触的表面张力，使气泡吸附水中的小颗粒悬浮物、黏性胶体等物质，并在设备顶端集中后排出，洁净水体从设备底部排出，达到处理效果[6]。本项目采用PP-PVC材料制造的耐海水腐蚀蛋白分离器，可以去除绝大部分悬浮物颗粒和胶体物质，有效降低悬浮物和IMn浓度，同时蛋白分离器可以大幅增加水中的含氧量，有利于后续生物处理池中微生物活性的增加，有利于微生物通过生化反应更高效的去除尾水中的氮、磷等污染物。

2.6 生物处理池

改建厂区内原有的蓄水池为养殖尾水生物处理池，该池长40 m，宽30 m，深3 m，能容纳水体体积约3 600 m3，水体停留时间43.2 h。在生物处理池内投放光合细菌等好氧有益菌，养殖硬毛藻（2 000 kg/hm2），增设以海马齿、西洋海笋等耐海水陆生植物为主的生态浮床（1 500 m2/hm2），吸收氮、磷营养盐。低密度养殖对虾、海参、贝类和梭鱼等水产动物，构建多层次综合生物处理体系，既降低养殖尾水中氮、磷营养盐，又能做到养殖尾水二次利用，增加企业经济效益。

部分规模较大的海水工厂化鱼类养殖单位，每日用水量约达到养殖水体的3 倍左右，能耗较大，由于养殖尾水中各项目污染物浓度较低，在经过前几步处理后，可以通过建设三级生物过滤池进行生物过滤，第一级生物滤料采用比表面积为100 m2/m3的立体弹性滤料；第二级采用比表面积为200 m2/m3的立体弹性滤料；第三级采用比表面积为380 m2/m3的多孔网状生物滤料。通过构建光合细菌为主的生物过滤体系来消耗氮、磷营养盐。处理后的尾水，通过负压脱气去除有害气体，然后进行紫外灯杀毒，最后通过纳米微孔增氧管对尾水进行增氧，再进入养殖车间使用，实现了养殖用水的循环利用，大大降低了能耗。

2.7 溢流槽

为了保护海滩地貌，避免排放的养殖尾水冲刷沙滩，在养殖排放口构筑1 个溢流槽，通过槽渗方式排水。其主要技术原理是通过构建调节池、扩散孔和渗滤床，将尾水渗漏至沙滩下进行排放，从而避免养殖尾水直接冲击沙滩。其中调节池作为采样点和测流渠，主要起到暂时蓄水、增加水流停留时间的作用，一般应建设在场内或场外无沙滩处；扩散孔主要连接调节池和渗滤床，通过在调节池池壁构造一系列直径1~2 cm 的小孔，将尾水导入渗滤床；渗滤床主要由石块、贝壳等填料组成，围绕调节池而建，贝壳在最底层，中间层为石块，最上层覆盖海沙，保持与周围沙滩的环境一致，见图（a）（b）。

本项目建设调节池长20 m，宽5 m，深2 m，容纳水体200 m3；外围建设渗滤床厚度1 m，总容积约100 m3，下底与调节池池底齐平。其他类型海水工厂化养殖单位可以根据自身实际情况，采取铺设地下入海管道、构建人工潜流湿地等方式，实现尾水排放，做到不破坏当地地貌，并尽量将建设设施设计与周围环境相适宜。

3 结语

本项目通过模块化设计，具有构造设计简便、投入资金量少、处理效果显著等特点，并可以根据不同养殖单位的实际情况，进行相应的设计单元变化，做到“一口一策”，解决了目前国内海水工厂化养殖对近岸海域的海洋环境压力难题，应用前景十分广阔，普遍适用于我国北方海水工厂化养殖单位。该项技术对提升渔业基础设施质量、促进传统渔业向现代渔业转型发展、降低海水养殖对海洋环境的影响和保障水产养殖行业健康高质量发展，具有重要意义。