水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境工程學(xué)課件 第四章02

第四章養(yǎng)殖廢水成分與性質(zhì)4.1養(yǎng)殖廢水的成分養(yǎng)殖廢水的成分較為復(fù)雜，概括起來主要包括：無機(jī)無毒物、無機(jī)有毒物、有機(jī)無毒物、有機(jī)有毒物、病原微生物、寄生蟲等。在水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境中，養(yǎng)殖廢水中的主要污染物包括糞便、殘餌、微生物聚合體等形成的有機(jī)固體顆粒，水體中溶解的氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽以及其它無機(jī)物等,其它包括重金屬以及寄生蟲和病原微生物等等。無機(jī)無毒物：

如砂、土等顆粒狀的污染物，和有機(jī)顆粒性污染物混合在一起，統(tǒng)稱為懸浮固體，使水變渾濁。還有酸、堿、無機(jī)鹽類物質(zhì)，特別是含有較為豐富的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)。

無機(jī)有毒物：

非金屬無機(jī)毒性物質(zhì)如氰化物（CN）、砷（As）;

金屬毒性物質(zhì)如汞（Hg）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、銅（Cu）、鎳（Ni）等。有機(jī)無毒物：各種含有蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物等有機(jī)物質(zhì)。

有機(jī)有毒物：

多屬人工合成的有機(jī)物質(zhì)，如一些水產(chǎn)藥品，有機(jī)含氯化合物、醛、酮和芳香族氨基化合物等。在水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境中，對養(yǎng)殖對象具有較大危害，同時也是對環(huán)境產(chǎn)生較大污染的養(yǎng)殖廢水成分主要包括氨氮，亞硝酸鹽，硝酸鹽，固體顆粒和磷等。4.1.1毒性參數(shù)半數(shù)致死劑量(medianlethaldose，LD50)

是指引起一群受試對象50%個體死亡所需的劑量。與LD50概念相同的劑量單位還有半致死濃度（LC50)和半數(shù)抑制濃度或半數(shù)失能濃度（IC50)。

LC50是指能引起一群受試對象50%個體死亡所需的濃度。IC50是指一種毒物能將某種酶活力抑制50%所需的濃度。

絕對致死劑量（absolutelethaldose，LD100）指某試驗總體中引起一組受試動物全部死亡的最低劑量。最小致死劑量（minimallethaldose，MLD或MLC或LD01）指某試驗總體的一組受試動物中僅引起個別動物死亡的劑量，其低一檔的劑量即不再引起動物死亡。最大耐受劑量（maximaltolerancedose，MTD或LD0或LC0）某試驗總體的一組受試動物中不引起動物死亡的最大劑量。最小有作用劑量(minimaleffectivedose)

又稱閾劑量或閾濃度，指在一定時間內(nèi)，一種毒物按一定方式或途徑與機(jī)體接觸，能使某項靈敏的觀察指標(biāo)開始出現(xiàn)異常變化或使機(jī)體開始出現(xiàn)損害作用所需的最低劑量，也稱中毒閾劑量。最小有作用劑量對機(jī)體造成的損害作用有一定的相對性。最小有作用劑量嚴(yán)格地也稱為最低觀察到作用劑量或最低觀察到有害作用劑量。最大無作用劑量(maximalno-effectivedose)

指在一定時間內(nèi)，一種外源化學(xué)物按一定方式或途徑與機(jī)體接觸，根據(jù)目前水平，用最靈敏的實驗方法和觀察指標(biāo)，未能觀察到任何對機(jī)體的損害作用的最高劑量，也稱為未觀察到損害作用的劑量。理論上講，最大無作用劑量與最小有作用劑量應(yīng)該相差極微，但實際中由于受到對損害作用觀察指標(biāo)和檢測方法靈敏度的限制，兩者之間存在有一定的劑量差距。最大無作用劑量是根據(jù)亞慢性試驗的結(jié)果確定的，是評定毒物對機(jī)體損害作用的主要依據(jù)。安全濃度長期、連續(xù)接觸仍對生物的生存、生長、繁殖都無不良影響的濃度。（10、100）亞慢性毒性：指機(jī)體在相當(dāng)于1/20左右生命期間，少量反復(fù)接觸某種有害化學(xué)和生物因素所引起的損害作用。慢性毒性：指外源化學(xué)物質(zhì)長時間少量反復(fù)作用于機(jī)體后所引起的損害作用。4.1.2影響毒物毒性的因素

（1）溫度一般認(rèn)為，水溫升高，有毒物質(zhì)的毒性增強(qiáng)。當(dāng)毒物的濃度一定時，溫度每升高10℃，受害生物的存活時間減少一半。（2）溶解氧溫度及毒物濃度一定時，溶解氧減少，有毒物質(zhì)的毒性往往增強(qiáng)。其原因是：溶氧不足時，生物為了獲得足夠氧氣，呼吸及循環(huán)系統(tǒng)加速運(yùn)行，流過鰓絲的水量增加，進(jìn)入體內(nèi)的毒物增多，并被血液迅速帶至各敏感部位，產(chǎn)生毒害。（3）pH值

pH值超出5-10的范圍時，其本身就對水生生物不利。即使pH在適宜范圍內(nèi)變動，也會改變某些毒物的毒性。如pH升高，氨的毒性增強(qiáng)，而氰化物、硫化物的毒性降低，多數(shù)金屬鹽類也會由于析出氫氧化物或碳酸鹽等的沉淀或絡(luò)合物，導(dǎo)致金屬離子濃度的降低，從而使毒性降低。（4）硬度許多金屬離子的毒性，在軟水中要比硬水中強(qiáng)得多。（5）聯(lián)合作用當(dāng)一種或數(shù)種物質(zhì)同時存在于養(yǎng)殖水體中時，其中的某些成分之間可能發(fā)生相加、拮抗、協(xié)同等聯(lián)合作用，從而影響各自的毒性。金屬離子鈦鉻鐵鎳銅鋅鎘鉛毒性比14.615772415~5003~675.533部分金屬離子在軟水與硬水中的毒性比4.2養(yǎng)殖廢水的性質(zhì)4.2.1氨氮的毒性

氨氮來源：

外源；內(nèi)源：尿液和糞便、殘餌、動物尸體養(yǎng)殖對象氮的排泄途徑：主要是通過鰓的滲透和離子交換作用等。影響?zhàn)B殖對象氨氮排泄率的主要因素：飼料的組成、投喂措施、養(yǎng)殖對象對飼料的消化吸收率、水溫、溶解氧以及一些其它因素。養(yǎng)殖對象的氨氮排泄量可以表示為：

KgTAN=WT×RF×ND×NM×NE

其中：WT，魚體重

RF，每日投喂量

ND，飼料中氮的含量

NM，蛋白質(zhì)的代謝率

NE，代謝的氮中氨氮的比例攝食后魚類的氨氮代謝變化規(guī)律

魚類一般在攝食4小時后，氨氮代謝達(dá)到高峰，大概在8個小時后，代謝量逐步下降。不同的魚類氨氮的排泄率相差很大，約為魚類攝食量的30%左右。魚類的氨氮排泄率種類氨氮排泄率（gTAN-N/kgdiet/day)備注虹鱒60.4-78.5Fycon(1977)虹鱒20-30Wester(1981)虹鱒38Gunther(1981)馬哈魚32Speece(1973)總結(jié)20-78.5

關(guān)于氨氮對魚類的慢性和急性毒性濃度問題，迄今為止還存在著很多爭議，特別是各種毒性試驗數(shù)據(jù)報道，即使是對同種魚類，也可能相差幾倍。但是不管怎樣，較高濃度的氨氮會對養(yǎng)殖對象產(chǎn)生一定的毒性，還是一個共識。氨氮的毒性表現(xiàn)主要包括：引起滲透壓失衡；腎臟壞死；內(nèi)源性氨氮代謝困難引起的生理和神經(jīng)問題；鰓絲損傷；生長緩慢和引起死亡。氨氮的96h-LC50致死濃度報道范圍為：

0.32-3.10mg/LNH3-N。影響氨氮毒性的因素：1、pH的影響通常認(rèn)為NH3的毒性大，所以pH越高，NH3的比例越高，TAN的毒性越大。2、溶解氧的影響

氨氮的毒性與溶解氧的濃度成反比。3、溫度一般認(rèn)為，溫度越高氨氮的毒性越強(qiáng)。4、二氧化碳

二氧化碳濃度越高，引起窒息的概率越大。5、鹽度、鈣，鈉粒子等（海水、硬水毒性?。?、魚類自身的影響幼魚對氨氮濃度更加敏感，大魚對氨氮的抵抗力更強(qiáng)。

水生環(huán)境中氨氮的安全標(biāo)準(zhǔn)歐洲內(nèi)陸漁業(yè)咨詢委員會：在0.021mg／L；美國環(huán)境保護(hù)署：0.016mg／L。我國漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)0.02mg/L不同氨氮濃度的影響和安全濃度類型氨氮濃度（mgNH3-N/L)備注鱒魚0.006鰓損傷虹鱒0.0125生理組織變化，生長緩慢EIFAC0.021慢性毒性EPA0.016安全4.2.2亞硝酸鹽的毒性亞硝酸鹽通常被養(yǎng)殖對象以NO2-形式透過鰓吸收到血液中，血液中亞硝酸鹽的濃度可以達(dá)到周圍環(huán)境的10倍以上，或者直接以HNO2的形式，溶解于脂類中進(jìn)入魚體。亞硝酸毒性原理：亞硝酸從血漿進(jìn)入血紅細(xì)胞，氧化鐵到三價鐵，形成氧化血紅素，氧化血紅素不能運(yùn)輸氧，從而引起缺氧和機(jī)理損傷等一系列反應(yīng)。亞硝酸毒性表現(xiàn)：

引起組織機(jī)理的改變，肝功能損傷；增加血液中氧化血紅素含量，引起氧運(yùn)輸困難；使魚類生長速度減慢和引起窒息死亡等。

亞硝酸鹽的96h-LC50致死濃度類型濃度（mg/l）虹鱒0.24-3.9鯰魚7.5團(tuán)頭魴45羅非魚16鱸魚140總范圍0.24-140影響亞硝酸毒性的因素1）氯離子：氯離子的濃度越高，亞硝酸的毒性越低。

1mg/L的氯離子可以補(bǔ)償0.37mg/L的NO2--N.2）其它陰離子：溴粒子，碳酸氫根離子，硝酸根離子等兩價和三價離子的影響較小。3）陽離子：鈣、鉀、鈉和鎂離子等可以降低毒性，它們可以阻止氯離子的流失，從而阻止吸收亞硝酸。4）酸度：在正常pH范圍，酸度對亞硝酸毒性的影響很小。5）溶解氧：低溶解氧濃度可以增加毒性。6）溫度：一般來講，低溫可以降低毒性。7）魚的規(guī)格：魚的規(guī)格越小，抵抗力越強(qiáng)，但是差異不明顯。8）魚種差異：不同魚種對亞硝酸的抵抗力差異很大。4.2.3硝酸鹽的毒性

硝酸鹽的主要來源：硝化反應(yīng)的產(chǎn)物；其它水生生物的代謝產(chǎn)物。主要毒性表現(xiàn)：降低免疫功能、引起生化和病理反應(yīng)以及可能引起死亡等。對硝酸鹽毒性方面的研究比較少。有報道稱，鱸魚在低于38mg/L的養(yǎng)殖水中的生長速度大于在高硝酸鹽的水體中的生長速度，也有報道稱硝酸鹽的影響濃度為200mg/L。一般認(rèn)為，幾百個PPM濃度硝酸鹽的影響甚微。4.2.4固體顆粒的危害直接損害魚鰓；對生物過濾器的堵塞；腐化產(chǎn)生氨、腐爛而增加氧的需求；限制循環(huán)水系統(tǒng)的容量等等。第五章養(yǎng)殖污水處理的基本原則和方法5.1養(yǎng)殖污水處理的基本原則(1)系統(tǒng)適用性：滿足養(yǎng)殖對象的生物學(xué)要求，包括池體、水質(zhì)、光照、增氧等。最大限度地滿足養(yǎng)殖生物的最佳生長條件；工藝要求簡單，操作方便；立足國情，適應(yīng)從業(yè)者的管理水平和知識結(jié)構(gòu)；適應(yīng)多品種及養(yǎng)殖品種不同生產(chǎn)階段的要求；易損設(shè)備和器件更換方便、容易購置。(2)系統(tǒng)的可靠性：

系統(tǒng)應(yīng)滿足長期、穩(wěn)定、不間斷運(yùn)行，少用易損部件并準(zhǔn)備備用件，確保養(yǎng)殖物的正常生長；系統(tǒng)設(shè)備能夠耐潮、耐腐蝕、耐低溫；對生產(chǎn)有重要影響的裝置應(yīng)安裝報警和自動控制裝置。如緊急增氧裝置、水泵報警裝置、水質(zhì)水位自動檢測報警裝置等。(3)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性：設(shè)備造價低、投資小，適應(yīng)不同養(yǎng)殖生產(chǎn)者的需要；系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用低；盡量一水多用，采用重復(fù)用水和循環(huán)用水系統(tǒng)。(4)養(yǎng)殖廢水的后處理:

養(yǎng)殖廢水中的污染物質(zhì)，都是在生產(chǎn)過程中進(jìn)入水中的殘餌以及糞便等固體有機(jī)物和氮磷等。如果能將這些物質(zhì)加以回收，便可變廢為寶，化害為利，既防止了污染危害，又創(chuàng)造了財富，同樣有廣闊的前景。如利用養(yǎng)殖廢水灌溉農(nóng)田，可以降低肥料的用量，目前發(fā)展起來的魚、藻（菜）、貝共生系統(tǒng)等，都可以降低成本，減少污染。(5)處理后的水質(zhì)符合漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。(6)采用新技術(shù)。5.2處理程度的確定廢水排放之前需要處理到何種程度，是選擇廢水處理方法的重要依據(jù)。在確定處理程度時，首先應(yīng)考慮如何防止水體受到污染，保障水環(huán)境質(zhì)量，同時也要適當(dāng)考慮水體的自凈能力。循環(huán)水養(yǎng)殖水處理程度直接關(guān)系到成本投入和經(jīng)濟(jì)效益。通常采用有害物質(zhì)、懸浮固體、溶解氧和生化需氧量這幾個水質(zhì)指標(biāo)來確定水體的容許負(fù)荷，或廢水排入水體時的容許濃度，然后再確定廢水排放前所需要處理的程度，并選擇必要的處理方法。(1)按水體的水質(zhì)要求：

根據(jù)水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或其他用水標(biāo)準(zhǔn)對水體水質(zhì)目標(biāo)的要求，將廢水處理到出水符合要求的程度。(2)按處理廠所能達(dá)到的處理程度：

對于城市污水來說，目前發(fā)達(dá)國家多普及以沉淀和生物處理為主的二級處理。我國要求各地城鎮(zhèn)污水處理廠出水懸浮固體和BOD，均不超過30mg/L(即所謂“雙30“標(biāo)準(zhǔn))、甚至20mg/L(雙“20”標(biāo)準(zhǔn))，以此來確定應(yīng)有的處理程度。對于工廠化養(yǎng)殖污水的處理要求達(dá)到二類水質(zhì)指標(biāo)。(3)考慮水體的稀釋和自凈能力：

當(dāng)水體的環(huán)境容量潛力很大時，利用水體的稀釋和自凈能力，能減少處理程度，取得一定的經(jīng)濟(jì)利益，但需慎重考慮。養(yǎng)殖水處理的最基本過程

循環(huán)水養(yǎng)殖最關(guān)注的是氮循環(huán)。在多種微生物作用下，經(jīng)過一系列的反應(yīng)，氮元素從有機(jī)到無機(jī)，以氨氮的形式存在，然后氧化成為NO2--N，進(jìn)一步氧化成為NO3--N。其中氨氮和NO2--N對魚類的毒性很大，我國漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中對此有嚴(yán)格的規(guī)定。水產(chǎn)養(yǎng)殖的日常水質(zhì)控制也主要是針對溶解氧、溫度、pH、氨氮和NO2--N等指標(biāo)。在自然界中，一旦局部水域氨氮和NO2--N濃度偏高，魚類就會逃離該水域，降低局部的生物密度，保持生物鏈的結(jié)構(gòu)合理。但對工廠化高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖，由于水體的限制必須通過人為調(diào)控措施來控制水體中氨氮和NO2--N的濃度。

完整的脫氮過程如下：含氮有機(jī)物質(zhì)→

NH4+-N

→

NO2--N

→

NO3--N

→

氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化過程1.含氮有機(jī)物質(zhì)→

NH4+-N）轉(zhuǎn)化氨化過程微生物特別多，不需要人為控制就可以完成。2.（NH4+-N

→

NO2--N

→

NO3--N）的轉(zhuǎn)化亞硝化細(xì)菌、硝化細(xì)菌。養(yǎng)殖水體中亞硝化細(xì)菌的最大濃度為2.50×106

個/L

,硝化細(xì)菌為2.00×106

個/L。理論，能夠完全轉(zhuǎn)化的NH4+-N濃度在0.2mg/L以內(nèi)。以目前的養(yǎng)殖密度和投飼量，如果不進(jìn)行水處理，NH4+-N濃度很快會上升到1.0mg/L，單依靠水體中自有微生物，不能完全將NH4+-N、NO2--N轉(zhuǎn)化為NO3--N。

3.NO3--N

→

氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化需要嚴(yán)格的厭氧環(huán)境，循環(huán)水養(yǎng)殖條件下，很難在水體中形成厭氧環(huán)境，如果不換水，NO3--N濃度會持續(xù)增高。NO3--N對于魚類的毒性作用不是特別大，但長期積累，達(dá)到60～70mg/L以上時，也會對于魚類造成危害。

在從NH4+-N轉(zhuǎn)化為NO2--N，再轉(zhuǎn)化為NO3--N的過程，需要消耗氧氣，pH也相應(yīng)產(chǎn)生變化。因此養(yǎng)殖水處理實際上是利用生物濾池聚集亞硝化細(xì)菌、硝化細(xì)菌，促進(jìn)水體中NH4+-N轉(zhuǎn)化為NO2--N，再轉(zhuǎn)化為NO3--N的過程。在這個過程中，需要調(diào)節(jié)pH和溶解氧，使之同時適合養(yǎng)殖需要和氮的轉(zhuǎn)化。

工業(yè)污水處理過程中，污水中的COD，常高出溶解氧飽和值的幾倍、十幾倍。所以污水處理的整個流程，始終伴隨厭氧環(huán)境，可以實現(xiàn)完全的脫氮。

5.3.2養(yǎng)殖水處理的方法

養(yǎng)殖水處理和工業(yè)污水處理、泳池水處理之間的差別：

1.

污水成分不同養(yǎng)殖水污物種類少，污物含量變化小，生化過程耗氧量低。

工業(yè)污水氨-氮、亞硝酸氮含量30～70mg／L；泳池污水氨-氮、亞硝酸-氮含量均在10～20mg／L；養(yǎng)殖污水，氨-氮、亞硝酸氮含量約在0.01～0.20mg／L。

2.

處理水質(zhì)的要求不同養(yǎng)殖處理的污水屬微污染水，水質(zhì)范圍、標(biāo)準(zhǔn)，要細(xì)致、狹窄的多。

3.

處理目的不同工業(yè)污水處理是把工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個行業(yè)的廢水，經(jīng)過處理，變成可排放水的過程；泳池水處理最重要的是對人體不產(chǎn)生危害，主要是水體的消毒、清潔，強(qiáng)調(diào)物理過濾、消毒作用；養(yǎng)殖水處理中更重視生化過濾，必須通過微生物作用將氨氮、NO2--N轉(zhuǎn)化。工業(yè)污水水質(zhì)處理目標(biāo)氨-氮含量<15mg/L；泳池污水處理目標(biāo)氨-氮含量<2mg/Ｌ；養(yǎng)殖污水氨-氮含量<0.02mg/L，亞硝酸-氮<0.02mg/L。

循環(huán)水養(yǎng)殖的特殊性

伴隨著微生物對于氨氮、NO2--N的降解轉(zhuǎn)化，出現(xiàn)循環(huán)水養(yǎng)殖與大水面養(yǎng)殖完全不同的變化規(guī)律，導(dǎo)致魚類生長出現(xiàn)一些不適狀況：1.pH降低采用循環(huán)水養(yǎng)殖后，pH會下降，并且不穩(wěn)定。這對于海水魚類來說，十分有害。天然海水穩(wěn)定性極強(qiáng)，導(dǎo)致牙鲆、大菱鲆、石斑魚等海洋魚類對于pH變化的適應(yīng)力很低。2.魚病治療時，施藥量不同循環(huán)水養(yǎng)殖由于使用濾床，水體中導(dǎo)入大量亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌以及其它各種微生物，產(chǎn)生新的用藥禁忌、用藥量也和以往不同。3.長期使用循環(huán)水養(yǎng)魚，NO3--N積累，魚類出現(xiàn)罕見的情況。

設(shè)計適合我國情況的，造價低、運(yùn)行成本低的養(yǎng)殖水處理模式

1、養(yǎng)殖動物的代謝規(guī)律、生物膜的附著規(guī)律研究；

2、對養(yǎng)殖水處理的原理進(jìn)行有針對性的深入研究;

3、突破技術(shù)，而不是照搬技術(shù)，因地制宜地采用養(yǎng)殖單位能夠承受的設(shè)備、材料，土洋結(jié)合;4、重視后期的水質(zhì)管理

認(rèn)識到循環(huán)水養(yǎng)魚不是裝備設(shè)備就可以睡覺了，許多規(guī)律需要所有的生產(chǎn)、科研人員一起共同探索和完善。第六章養(yǎng)殖環(huán)境中固體顆粒的控制6.1綜述固體顆粒對循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的影響：（1）直接損害魚鰓（2）對生物過濾器的堵塞（3）腐化產(chǎn)生氨（4）腐爛而增加氧的需求等。（5）固體顆粒的累積會限制循環(huán)水系統(tǒng)的容量。在鱒魚循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)，限制容量和生產(chǎn)的一個主要因素是懸浮顆粒。即便在一個放養(yǎng)密度適度的循環(huán)系統(tǒng)中，固體顆粒的濃度也經(jīng)常超過推薦的上限15mg/L。6.1.1循環(huán)水系統(tǒng)中的固體顆粒主要來源：殘餌，糞便和微生物聚合體。6.1.2水體中的固體顆粒的分類：

總懸浮固體顆粒（TSS）和總?cè)芙夤腆w顆粒（TDS）?？倯腋」腆w顆粒濃度是指在一定容積水中直徑超過1微米以上的固體顆粒數(shù)量。從化學(xué)角度分：有機(jī)和無機(jī)成分。有機(jī)成分：即揮發(fā)性懸浮固體顆粒，可導(dǎo)致耗氧增加和生物污染。無機(jī)成分：可以形成沉積的淤泥，對生存環(huán)境有不利影響。從物理角度分：沉淀的固體顆粒（＞100μm）不沉淀固體顆粒（＜100μm）。

TSS在養(yǎng)殖系統(tǒng)中的有害影響研究很少，但是懸浮固體顆粒在養(yǎng)殖循環(huán)系統(tǒng)中對魚的死亡有影響。有研究發(fā)現(xiàn)5-10μm的微小固體顆粒在養(yǎng)殖系統(tǒng)中的累積對魚類有著致命的影響。6.2固體顆粒的特征在水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中，懸浮固體顆粒的組成主要是魚的排泄糞便，殘餌和微生物聚合體。糞便：糞便的產(chǎn)生又取決于攝食率。鮭鱒魚的糞便排泄率大約為攝食的25%~30%。

鯰魚糞便排泄率為攝食的18%~43%。

甲殼類的糞便排泄率相比較低一些。殘餌：循環(huán)水系統(tǒng)中，殘餌的成分決定了它可以直接導(dǎo)致固體懸浮物的產(chǎn)生。例如：在鯰魚池中投放三種不同規(guī)格的配合飼料，在輕微攪拌的情況下，經(jīng)過四個小時的分解，僅有15%—25%的配合飼料被溶解，其它的仍以固體的形式存在。

研究表明：在鮭鱒魚養(yǎng)殖環(huán)境下，干飼料、潮濕和鮮餌的殘餌比例各分別為1%—5%，5%—10%，10%—30%。微生物聚合體：由于殘餌和魚類糞便中有大量的有機(jī)物和養(yǎng)料，使得一個系統(tǒng)中產(chǎn)生了不同種類的細(xì)菌群體，這些群體長在水體中、池壁上、水管中和過濾器中，微生物聚合體也是循環(huán)水系統(tǒng)中懸浮物的一個重要來源。6.2.1固體顆粒的物理特征懸浮固體的兩個最主要的物理特征：

密度和顆粒大小組成。懸浮固體在水中的懸浮行為主要是由于它自身的密度比水稍高。而固體顆粒的大小組成比例主要取決于固體顆粒的來源、魚的規(guī)格、溫度和水流等。餌料是水環(huán)境中固體顆粒產(chǎn)生的主要來源，它的顆粒組成和水體中固體顆粒的大小區(qū)別很大。一定量的飼料顆粒被置于蒸餾水中，輕微攪動4小時到飼料破碎。這些飼料懸浮物經(jīng)過不同的過濾器，干燥并稱重得到TSS。圖中的數(shù)據(jù)顯示，大部分固體顆粒的直徑大于1000ｕm。

溶解飼料的固體顆粒重量分配圖

5.3%50.9%0.6%1.6%19.7%21.9%6.2.2水中固體顆粒的去除方法小的固體顆粒，需幾個小時才可能下降0.5m，沉淀方法不可行。隨著固體顆粒變小，需要使用更為細(xì)密的格柵或者篩網(wǎng)等物理過濾裝置。又存在頻繁的清洗和壓頭損失的問題。大于100ｕm的固體顆粒采用沉淀法大于60ｕm的固體顆粒采用機(jī)械篩網(wǎng)等過濾器大于20ｕm小于60ｕm的固體顆粒采用多孔介質(zhì)物理過濾裝置研究結(jié)果表明，微細(xì)顆粒在水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位。在鮭鱒魚養(yǎng)殖水體中，固形物顆粒的大小主要在6-20ｕm之間。因為長時間的沉淀過程中除去了較大的固體顆粒，但對小的固體顆粒幾乎沒有什么效果。不同水處理方法系統(tǒng)中顆粒組成系統(tǒng)1：圓形池+一系列篩網(wǎng)系統(tǒng)2：圓形池+生物轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)3：圓形池+過濾篩網(wǎng)+砂濾裝置+臭氧系統(tǒng)1：鮭魚的平均重量是500g，系統(tǒng)2：鮭魚的平均重量是50g，系統(tǒng)3：鮭魚的平均重量是100g。每天投喂量為體重的0.7%-0.8%，每天換水率低于養(yǎng)殖池容量的5%。測量的結(jié)果：

1、三個系統(tǒng)中有相似的固體顆粒尺寸組成（5~50ｕm）。

2、微細(xì)固體顆粒占主導(dǎo)地位。

3、固體顆粒的數(shù)量比例隨著固體顆粒大小的增大而降低。

4、系統(tǒng)2中的固體顆粒數(shù)量比例非常高，但固體顆粒直徑要小于另兩個。直徑小于10ｕm的固體顆粒。系統(tǒng)1：85%，系統(tǒng)2：95%，系統(tǒng)3：60%。三個系統(tǒng)中95%的固體顆粒的直徑小于20ｕm。

系統(tǒng)2中的微細(xì)固體顆粒所占的容積比最高，小于10微米的固體顆粒系統(tǒng)2占了48%，系統(tǒng)1和3中，分別只占20%和10%。小于20ｕm的固體顆粒：系統(tǒng)1，2和3中分別占總?cè)莘e的48%，72%和58%。三個養(yǎng)殖系統(tǒng)中固體顆粒數(shù)目、體積、平均直徑和濃度水樣顆粒數(shù)目（×107個/L）顆粒體積（×109ｕm3/L）平均直徑（ｕm）濃度（mg/L）系統(tǒng)10.312.6611.713系統(tǒng)26.0924.69.316系統(tǒng)30.324.0013.52生物轉(zhuǎn)盤對去除較大顆粒效果良好，去除微細(xì)顆粒效果較差篩網(wǎng)和砂濾池去除較小顆粒效果良好，去除較大顆粒效果較差在生物轉(zhuǎn)盤的鱸魚循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，利用105，70，30和1.5ｕm的濾網(wǎng)過濾水樣，同樣發(fā)現(xiàn)大約67%的固體顆粒直徑在1.5--30ｕm之間。6.3固體顆粒清除原理和標(biāo)準(zhǔn)6.3.1固體顆粒清除標(biāo)準(zhǔn)

在水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中目前還沒有最大固體懸浮顆粒濃度的標(biāo)準(zhǔn)。通過對淡水魚類的研究，固體懸浮物濃度小于25mg/L對魚類的危害不明顯。大于這個濃度，不同的濃度有著不同的影響。在高密度養(yǎng)殖的情況下，建議TSS濃度小于15mg/L作為循環(huán)水系統(tǒng)的安全標(biāo)準(zhǔn)。但是也有人建議限制在20—40mg/L之間?？紤]到微細(xì)固體顆粒的影響，只用濃度作標(biāo)準(zhǔn)恐怕不妥。無論何時在可能的情況下都要考慮固體顆粒大小的濃度分布。同時，不同魚的種類對固體顆粒濃度的承受水平也大不相同。6.3.2固體顆粒清除原理對懸浮固體顆粒的移除是一個固/液分離的過程，主要包括：重力分離、過濾、氣浮(flotation，也被認(rèn)為是另一個重力分離裝置)。重力分離：主要靠沉淀的原理，包括沉淀池(sedimentation)和水力旋流器（hydrocyclone）等。過濾：主要包括篩網(wǎng)，粒子介質(zhì)或多孔粒子介質(zhì)過濾器。過濾過程是通過固體顆粒從懸浮狀態(tài)轉(zhuǎn)到過濾介質(zhì)上完成固液分離。氣?。涸跉飧∵^程中，固體顆粒附著在氣泡上與水分離開。沉淀池的底部，過濾介質(zhì)粒子和氣泡都可形成與水的接觸界面。6.4固體顆粒的控制方法和設(shè)備目前水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中常用的物理過濾裝置都是從污水過濾系統(tǒng)應(yīng)用的裝置演變過來的。在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，水要被循環(huán)利用，必然會導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)中固體顆粒的積累。這些微細(xì)顆粒只靠重力作用進(jìn)行分離是不可行的，循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的固體顆粒去除方式和污水處理不同。

循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中懸浮固體顆粒去除裝置的要求：（1）水力負(fù)荷（2）去除微細(xì)顆粒的能力（3）水頭（Head）損失（4）反沖過程中水的損耗（5）

耐生物污泥污染的能力等。水力負(fù)荷：

單位體積濾料或單位面積濾池每天或每小時可以處理的廢水水量（如果采用回流系統(tǒng)，則包括回流水量）。單位：立方米（廢水）/立方米（濾料）·日或立方米（廢水）/平方米（濾池）·日。是沉淀池、生物濾池等設(shè)計和運(yùn)行的重要參數(shù)。

水力停留時間（HydraulicRetentionTime）簡寫作HRT

水力停留時間是指待處理污水在反應(yīng)器內(nèi)的平均停留時間，也就是污水與生物反應(yīng)器內(nèi)微生物作用的平均反應(yīng)時間。因此，如果反應(yīng)器的有效容積為V（立方米）。則：HRT=V/Q(h)一、沉淀

1、沉淀類型：自由沉淀、凝絮沉淀、區(qū)域沉淀和壓縮沉淀

其中：——沉淀速率(m/S)——張力系數(shù)

——固體顆粒的密度

g——重力加速度（m/S2）

ρ——水的密度(kg/m3)——顆粒的直徑(m)公式表明：固體顆粒密度越大、直徑越大，沉淀越快。

固體顆粒為球型，沉淀速率的計算公式：

沉淀池的四個功能區(qū)域劃分

2、沉淀池功能分區(qū)：進(jìn)水區(qū)，出水區(qū)，沉淀區(qū)和淤泥區(qū)。進(jìn)水區(qū)的主要作用讓水流均勻流過沉淀池的橫截面。沉淀發(fā)生在沉淀區(qū)，隨著水流移動，固體顆粒在淤泥區(qū)積累。清澈的水流在出口區(qū)被收集并被排放出去。3、沉淀池的設(shè)計理想的長方形沉淀池中，固體顆粒的沉降軌跡是一條直線，這條直線是水流的水平流速矢量(u)與重力產(chǎn)生的垂直向下速率矢量(Vs)的和。在由中央進(jìn)水和沿圓周排水的圓形沉淀池中，水平流速矢量為進(jìn)水口到圓周的水流速率。

溢流速率：單位沉淀池面積的水流量

Vo=Q/A，Q為流量，A為沉淀池的表面積。溢流速率直接與固體顆粒在水中的沉淀速度有關(guān)。當(dāng)沉淀速度(Vs)高于溢流速率（Vo)時，固體顆粒將沉淀。如果Vs<Vo，不能沉淀的概率是Vs/Vo，這取決于它們在容器入口處的垂直位置。這種部分去除率（Fx）可以用下面的方程定義：固體顆粒的去除率與沉淀池的表面積有關(guān)，與沉淀池的深度無關(guān)。但是，太淺的沉淀池會由于水流的作用產(chǎn)生擾流，影響沉淀。理想狀態(tài)下，理論設(shè)計的沉淀池的效率往往高于實際應(yīng)用的沉淀池的效率，沉淀池的實際面積一般比理論設(shè)計要大。運(yùn)用基于沉降理論的比率，通過調(diào)整計算公式中的溢流速率來補(bǔ)償擾流的影響。這些參數(shù)可以幫助設(shè)計者選擇適宜的溢流速率，確保沉淀池的效率。

去除效率（%）沉淀池特點(diǎn)707580859095很好1.31.51.82.22.73.6好1.41.72.02.53.24.8不好1.72.02.53.24.46.9很不好2.33.04.05.91019表6.2沉淀池理論設(shè)計和實際應(yīng)用之間的補(bǔ)償系數(shù)參照

補(bǔ)償系數(shù)越小，說明沉淀池性能越好，補(bǔ)償系數(shù)越大，去除率越高，濾池效果越好

沉淀池的入口和出口：在沉淀池的兩個末端利用豎管作為進(jìn)水口和出水口是最簡單的設(shè)計，也是現(xiàn)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中經(jīng)常使用的。這樣，水流會從進(jìn)水口以相對較快的速度直接流到出水口。盡管沉淀池具有足夠長的水力停留時間，大部分的水流只用了幾分鐘便穿過了沉淀池，沉淀效率降低。

沉淀池入口結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮的因素：1.入水水流應(yīng)該均衡的流經(jīng)沉淀區(qū)橫斷面。2.所有流經(jīng)沉淀區(qū)的水流應(yīng)該是均衡的水平流動。3.入流水流的流速應(yīng)該足夠慢，以防止擾流的發(fā)生。

沉淀池的入、出水口都要使用堰，堰的表面粗糙，出口鋸齒形或者V形表面更利于均衡出水。城市污水處理系統(tǒng)中，設(shè)計要求水流速度不要超過186-248m3/天·堰的長度。在水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中，推薦的溢流速率設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為370m3/天·堰的長度（Mudark.1981）。實際應(yīng)用中，溢流速率應(yīng)該控制在400-600m3/天·堰的長度。

沉淀池的設(shè)計要點(diǎn)：1．溢流速率（V0），應(yīng)該是以在理論上可以100%去除最小固體顆粒的速率作為設(shè)計的基礎(chǔ)。2．水力停留時間雖然在一些工業(yè)設(shè)計上還是作為設(shè)計基礎(chǔ)，但并不是沉淀池的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。3．在保證沖刷作用不影響沉淀池效率的情況下，沉淀池的深度應(yīng)該盡可能淺一些。4．?dāng)_流和進(jìn)出水的影響在設(shè)計時應(yīng)考慮補(bǔ)償。入口和出口結(jié)構(gòu)應(yīng)該根據(jù)沉淀池的尺寸和水流速度等專門加以設(shè)計。二、微篩過濾裝置

微篩過濾裝置已經(jīng)被應(yīng)用在水產(chǎn)業(yè)中。

特點(diǎn)：水頭損失比較小。

工作原理：純粹的物理過濾，只有大于濾網(wǎng)空隙的固體顆?？梢员怀?。當(dāng)然，一些小的顆?？梢跃酆显谝黄鸲贿^濾掉，或者由于流速過快，一些大的固體顆粒被粉碎可以通過濾網(wǎng)。濾網(wǎng)的空隙大小決定了可被過濾掉的固體顆粒的尺寸。理論上，只要是比濾網(wǎng)空隙大的固體顆粒都可以被過濾掉。所以濾網(wǎng)的空隙越小，過濾的微細(xì)顆粒越多。但空隙率小的濾網(wǎng)會產(chǎn)生更大的水頭損失，且需要頻繁的反沖洗。1、微篩過濾裝置的分類：

靜止微篩和轉(zhuǎn)動微篩。靜止微篩就是將微篩放置于水流的橫斷面上攔截固體顆粒的方式，所以需要人工方式的清洗。轉(zhuǎn)動微篩即微濾機(jī)，可以實現(xiàn)自動反沖洗。圖

微濾機(jī)構(gòu)造

2、微濾機(jī)的設(shè)計參數(shù)濾網(wǎng)孔徑、水力負(fù)荷、轉(zhuǎn)速和反沖壓力。水產(chǎn)養(yǎng)殖中通常使用的濾網(wǎng)孔徑大于60μm。更小的濾網(wǎng)孔徑可以增加懸浮固體顆粒的去除率，但是同時也增加了反沖頻率和反沖壓力，很可能是得不償失的。水力負(fù)荷是由濾網(wǎng)孔徑大小和水中固體顆粒的濃度決定的。濾網(wǎng)孔徑越小，水中固體顆粒濃度越高，水力負(fù)荷就越小。水中固體顆粒濃度和水力負(fù)荷之間的關(guān)系需要進(jìn)一步研究。在其他條件給定的情況下，轉(zhuǎn)動速度是由允許的水頭損失決定的，一般使用范圍在4.6-46m/min。根據(jù)EPA(1975)數(shù)據(jù)，反沖壓力從103KPa升高到345KPa，流量增加了30%，反沖回流水中固體顆粒的濃度增加了63%，反沖水的耗水量減少了60%。在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，微篩最好應(yīng)用在砂濾池之前。應(yīng)用65μm三角形微篩可以降低70%-80%的總磷?？梢酝ㄟ^改變?yōu)V網(wǎng)孔徑使過濾水滿足不同的要求。考慮到循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中水是不斷循環(huán)利用的特性，微篩的尺寸大小的設(shè)計和污水處理中應(yīng)用的微篩設(shè)計有區(qū)別。盡管微篩應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖中已經(jīng)很久了，仍然沒有設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。城市污水處理的標(biāo)準(zhǔn)。在最好的工作條件下，微篩能夠把固體顆粒濃度降低到5mg/L。

盡管懸浮固體顆粒的移動通常是不規(guī)則的，但是在低水力負(fù)荷下處理效果更好。微篩比較適宜固體顆粒凝絮性好和濃度低的污水。

固體顆粒去除的過程包括沉淀、濾出、攔截和擴(kuò)散過程。但水流不能通暢地流過濾層時，需要反沖。效率主要取決于固體顆粒的大小、介質(zhì)的大小及水流速度等。大于40μm的固體顆粒，濾出是主要的作用機(jī)理；小于20μm的固體顆粒，擴(kuò)散是主要的作用機(jī)理；介于這兩者之間時，攔截和沉淀是主要的作用機(jī)理2.1攔截(Interception)

攔截是過濾過程中的一個重要手段。也是篩網(wǎng)過濾的主要方式。攔截的效率可用下面的公式估算:

其中：

η——攔截效率

Ds——接觸面的直徑。

Dp

——固體顆粒的直徑從公式可以看出，界面越小和固體顆粒的直徑越大，攔截效率也越高。2.2擴(kuò)散擴(kuò)散也是過濾過程中一個重要的傳輸機(jī)理。如果固體顆粒小于幾微米，這個過程就顯得尤為重要。擴(kuò)散效率可用下面的公式估算出：

其中：ηd——擴(kuò)散效率

K——玻耳茲曼常數(shù)（1.38×10-23JK-1）

T——絕對溫度

公式顯示在特定溫度下，擴(kuò)散效率和固體顆粒以及界面的尺寸成反比。在擴(kuò)散過程中，最終的分離效率與固體顆粒和界面之間的吸附能力有很大的關(guān)系.吸附過程十分復(fù)雜，它受固體顆粒大小、密度、雷諾數(shù)、表面特性等影響。

三、水力旋流器

旋流器利用的是離心沉降原理。它的工作方式為水流沿切向進(jìn)入旋流器，在圓柱內(nèi)產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)流場，混合物中密度大的成分在旋轉(zhuǎn)流場的作用下同時沿軸向向下運(yùn)動、沿徑向向外運(yùn)動，在到達(dá)錐體段沿器壁向下運(yùn)動，并由底流口排出，這就形成了外旋渦流場，密度小的組分向中心軸線調(diào)和運(yùn)動，并在軸線中心形成一向上運(yùn)動的內(nèi)旋渦，然后由溢流口排出，這就達(dá)到了兩相分離的目的。它的優(yōu)點(diǎn)是：1．結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，易于安裝和操作；2.體積小，占地面積小，處理能力大，運(yùn)行費(fèi)用低；3.工藝簡單，運(yùn)行參數(shù)確定后可長期穩(wěn)定運(yùn)行，管理便利；4.用途廣泛，適應(yīng)性好；5.旋流中存在較高的剪切力，有利于固體顆粒的分級。

水力旋流器構(gòu)造和工作原理圖四、

粒狀介質(zhì)過濾器

濾料為顆粒狀水產(chǎn)養(yǎng)殖中常用的粒狀介質(zhì)過濾器。

下流壓力砂濾罐；上流式砂濾罐；念珠狀濾器。有報道稱，利用砂子作為過濾介質(zhì)時，粒狀介質(zhì)過濾器可以去除水體中70-90%的固體顆粒。同時，粒狀介質(zhì)過濾器還可以有效地去除水體中的微小顆粒。五、多孔介質(zhì)濾器

多孔介質(zhì)濾器通常具有比微孔篩網(wǎng)更厚的過濾層和比粒狀介質(zhì)濾器更細(xì)小的空隙，對固體顆粒的去除機(jī)理主要是濾出。種類：包括硅藻土濾器和過濾棒等。特點(diǎn)：通常水力負(fù)荷比較低，壓頭損失比較大，但是可以濾掉微小的顆粒。鑒于這種濾器的特點(diǎn)，通常是用來處理小流量，需要過濾非常干凈的水流。表6.4各種物理過濾裝置的效率比較技術(shù)顆粒大小um水頭損失m水力負(fù)荷m3/m2/天去除的SS%參考文獻(xiàn)沉淀作用>100-24-9440-60EPA,1975沉淀池-24.2-61.3-Liao,1980斜管沉淀池-30-90-Muir,1978粒狀介質(zhì)濾器