海水養(yǎng)殖廢水的處理

海水養(yǎng)殖廢水的處理葛和威，廖博洋，浦書雋（復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系）摘要：本文綜敘了海水養(yǎng)殖廢水的處理先狀，從物理處理技術(shù)、化學(xué)處理技術(shù)、生物處理技術(shù)三個(gè)方面對(duì)海水養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)進(jìn)行介紹，并做出總結(jié)與展望。一、引言近年來，我國的海水養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，已成為全球最大的海水養(yǎng)殖國家【1】，這一方面可以更好的滿足市場(chǎng)上對(duì)水產(chǎn)品的需求，另一方面也導(dǎo)致養(yǎng)殖場(chǎng)廢水排放量不斷提升。海水養(yǎng)殖廢水污染結(jié)構(gòu)具有特殊性，再加上海水的鹽度的影響，導(dǎo)致海水養(yǎng)殖廢水處理難度較高。未處理的養(yǎng)殖廢水排入海中會(huì)導(dǎo)致近海水域環(huán)境遭到污染，甚至還會(huì)給近岸海域生態(tài)系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的威脅。本文將對(duì)這些因素進(jìn)行詳細(xì)綜述，分析比較相關(guān)技術(shù)的利弊，并探討未來水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理的趨勢(shì)和挑戰(zhàn)。二、廢水處理標(biāo)準(zhǔn)2.1水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)2.2漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)2.3浙江地方海水養(yǎng)殖尾水排放標(biāo)準(zhǔn)三、廢水的來源與特征目前規(guī)模化海水養(yǎng)殖主要采用人工投餌，這種投喂方式導(dǎo)致大量殘餌及排泄物在水體中形成懸浮固體顆粒。海水水養(yǎng)殖廢水中的雜質(zhì)主要來源于養(yǎng)殖生物的排泄物、殘留的飼料、生物藥物以及水生生物的新陳代謝產(chǎn)物。養(yǎng)殖過程中投放的飼料所含的氮、磷大約兩到三成被魚同化，其殘剩飼料和魚類排泄物形成的污染物對(duì)水體、沉積物等會(huì)造成嚴(yán)重污染。目前，處理這類污水的主要辦法分為的物理方法、化學(xué)方法和生物處理方法。四、污水處理方法4.1物理處理法物理處理法主要通過物理手段，如過濾、沉淀、吸附等，去除廢水中的懸浮物、漂浮物、雜質(zhì)等。物理處理技術(shù)設(shè)施造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用低，主要針對(duì)海水養(yǎng)殖廢水中的懸浮物和部分化學(xué)耗氧量(COD)的去除，但對(duì)可溶性有機(jī)物、無機(jī)物及N、等的去除效果不佳。以下是一些常用的處理海水養(yǎng)殖廢水物理方法：4.1.1固液分離技術(shù)固液分離技術(shù)能夠有效去除養(yǎng)殖廢水中的懸浮固體，鑒于懸浮顆粒物大小以及密度等因素，可以將固液分離技術(shù)分為兩種----機(jī)械過濾及重力分離。機(jī)械過濾是固液分離的主要手段，采用過濾裝置，根據(jù)顆粒物粒徑大小不同的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)固液分離。通過這種方式，能夠?qū)B(yǎng)殖廢水中粒徑60-200μm的顆粒物REF_Ref14520\r\h【2】去除，效果十分明顯。通常情況下，應(yīng)用的過濾裝置主要包括砂濾器、固定篩、振動(dòng)篩等。以砂濾器為例，應(yīng)用砂濾器可以有效去除懸浮物（SS），而針對(duì)N和P的去除效果則不夠明顯。因此不同的過濾裝置的作用和效果也不相同，在實(shí)際的應(yīng)用過程中應(yīng)合理選擇過濾裝置，這樣才能確保過濾的效果。重力分離，是指利用顆粒本身重力來分離固體顆粒物的方法。相較于液體，固體顆粒物的密度更高，在液體處于靜止?fàn)顟B(tài)下，因?yàn)橹亓Φ淖饔?，固體顆粒會(huì)發(fā)生沉積。為進(jìn)一步提升海水養(yǎng)殖廢水的處理效果，還可以介入明礬等化學(xué)絮凝劑，添加化學(xué)絮凝劑，不僅有助于懸浮顆粒物的去除，還有助于去除廢水中的P，P的去除效果十分顯著，去除率可以達(dá)到89%-93%REF_Ref14520\r\h【2】。

4.1.2泡沫分離技術(shù)最初，泡沫分離技術(shù)主要用于處理溶解于水的各種表面活性物質(zhì)，我國最初應(yīng)用該技術(shù)處理洗煤水，后來逐漸在食品工業(yè)廢水處理以及造紙廢水處理中得到了推廣應(yīng)用，近年來被廣泛應(yīng)用于海水養(yǎng)殖廢水處理之中，并且效果十分顯著。泡沫分離技術(shù)又被稱為氣除法，其原理在于向水中充入氣體，在氣體的作用下會(huì)在水中形成氣泡，利用氣泡的吸附作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)小顆粒固體廢物的分離。在海水養(yǎng)殖廢水處理過程中應(yīng)用泡沫分離技術(shù)，能夠有效清除粒徑小于50μm的固體廢物REF_Ref18239\r\h【3】，同時(shí)對(duì)溶解性有機(jī)物的清除效果也十分顯著。應(yīng)用該技術(shù)，可以及時(shí)有效的清除有機(jī)物，避免其轉(zhuǎn)化為胺化物等有毒物質(zhì)，同時(shí)還可以提供溶解氧，有助于提升海水養(yǎng)殖廢水的處理效果。影響氣泡分離技術(shù)的因素較多，比如氣泡與廢水接觸時(shí)氣流的速率以及氣泡的大小等。但總體來講，該技術(shù)具有施工簡(jiǎn)便、成本低廉以及效果顯著的特點(diǎn)，因此在海水養(yǎng)殖廢水處理過程中的應(yīng)用十分廣泛。4.1.3曝氣吹脫和汽提法曝氣吹脫法是通過壓縮空氣與海水養(yǎng)殖廢水接觸，使海水養(yǎng)殖廢水中的溶解性化合物從液相擴(kuò)散到氣相，從而去除污染物的方法。目前，曝氣吹脫法已廣泛應(yīng)用于飲用水源中揮發(fā)性有機(jī)物的去除和養(yǎng)殖廢水的凈化等領(lǐng)域。汽提法是讓海水養(yǎng)殖廢水與水蒸汽直接接觸，利用兩分壓之差使海水養(yǎng)殖廢水中的揮發(fā)性有毒有害物質(zhì)按一定比例擴(kuò)散到氣相中去，從而達(dá)到從海水養(yǎng)殖廢水中去除污染物的目的。汽提法與曝氣吹脫法的基本原理相同，只是兩者使用的介質(zhì)不同。用曝氣吹脫法和汽提法處理海水養(yǎng)殖廢水的過程中，污染物不斷地由液相轉(zhuǎn)入氣相，易引起二次污染，因此，該技術(shù)一般不單獨(dú)使用，需要和其他方法聯(lián)合使用。4.2化學(xué)處理法化學(xué)處理法主要通過化學(xué)反應(yīng)將廢水中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)或易降解的物質(zhì)。以下是一些海水養(yǎng)殖廢水常用的化學(xué)處理方法：4.2.1臭氧處理技術(shù)臭氧處理技術(shù)屬于化學(xué)氧化法，氧化能力較強(qiáng)，在海水養(yǎng)殖廢水的處理過程中優(yōu)勢(shì)十分明顯。臭氧在水中分解的中間物質(zhì)羥基自由基（·OH），其氧化性較強(qiáng)，相較于普通氧化劑，對(duì)有機(jī)物的分解能力更強(qiáng)，不僅可以有效殺滅水中的細(xì)菌、病毒等有害物質(zhì)，而且還可以促使水中溶解氧的增加，能夠?qū)ＫB(yǎng)殖廢水起到有效的凈化作用。應(yīng)用這種方法，殺菌率可以達(dá)到99.9%，同時(shí)還可以去除廢水中亞硝酸鹽等有害物質(zhì)，同時(shí)能夠快速降低海水養(yǎng)殖廢水中的COD、亞硝態(tài)氮。應(yīng)用臭氧處理技術(shù)，還可以結(jié)合生物濾池，提升樹種溶解氧的含量，有助于提升養(yǎng)殖密度，進(jìn)而幫助養(yǎng)殖戶創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。但是應(yīng)用臭氧處理技術(shù)也存在一定的弊端，比如成本相對(duì)較高，同時(shí)還很容易造成臭氧的殘留，很容易造成養(yǎng)殖對(duì)象中毒。4.2.2絮凝法絮凝法能夠去除海水養(yǎng)殖廢水中的溶膠體、懸浮物及部分可溶性雜質(zhì)。無機(jī)絮凝劑價(jià)格便宜、適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)海水養(yǎng)殖廢水中細(xì)微懸浮物的去除效果好;但其用量比較大，而且具有一定腐蝕性和毒性，易產(chǎn)生二次污染，這限制了其在海水養(yǎng)殖廢水處理中的應(yīng)用。有機(jī)絮凝劑具有用量少、絮凝速度快、受環(huán)境影響小、生成污泥量少等優(yōu)點(diǎn)，但有機(jī)絮凝劑會(huì)產(chǎn)生致癌、致畸、致突變等有害效應(yīng)。4.3生物處理法生物處理法利用微生物的代謝作用，將廢水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物。以下是一些海水養(yǎng)殖廢水常用的生物處理方法：4.3.1植物處理技術(shù)水生植物通過光合作用吸收利用水體中的CO2、N等物質(zhì)，從而使水質(zhì)得到凈化。植物處理技術(shù)是利用水生植物的根系或莖葉吸收、降解海水養(yǎng)殖廢水中的污染物，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。在海水養(yǎng)殖廢水中種植水生植物，不僅凈化海水養(yǎng)殖廢水的水質(zhì)，還能夠增加養(yǎng)殖者的收入。伍華雯等的研究表明，種植水生植物和未種植水生植物的海水養(yǎng)殖塘中沉積物的沉積速率分別為63g/m2·h和14g/m2·h【5】。AmirNeori等將魚塘和海藻塘結(jié)合在一起構(gòu)成集約化養(yǎng)殖系統(tǒng)，系統(tǒng)中的溶解氧、氨氮、磷和pH值等均保持在對(duì)魚類的安全范圍內(nèi)。Troell等在大馬哈魚養(yǎng)殖池內(nèi)種植蘺，發(fā)現(xiàn)江蘺能夠去除50%～90%的可溶性銨【6】。Chuntapa等發(fā)現(xiàn)藍(lán)藻可以顯著降低黑虎蝦養(yǎng)殖池中的氨氮和硝態(tài)氮含量【7】。但海水養(yǎng)殖廢水中的污染物質(zhì)濃度較低時(shí)，水生植物對(duì)污染物質(zhì)的吸收速率會(huì)明顯降低。4.3.2水生生物處理技術(shù)近年來，水生動(dòng)物越來越多地應(yīng)用于海水養(yǎng)殖廢水的治理，目前應(yīng)用于海水養(yǎng)殖廢水處理的水生動(dòng)物主要有扇貝、牡蠣等貝類品種。趙志東等的研2016年5月究發(fā)現(xiàn)將貝類和南美白對(duì)蝦混養(yǎng)可以顯著降低養(yǎng)殖系統(tǒng)中的COD、亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨氮、磷酸鹽及懸浮物等水環(huán)境因子含量［8］。張少軍等在海水魚類半滑舌鰨養(yǎng)殖池內(nèi)配養(yǎng)濾食性雙殼貝類長(zhǎng)牡蠣，發(fā)現(xiàn)海水流速100L/h時(shí)，牡蠣對(duì)懸浮物的生物沉積速率為40．28mg/ind·d～45．30mg/ind·d［9］。貝類可以攝食水體中的有機(jī)碎屑，在海水養(yǎng)殖池中飼養(yǎng)貝類既能達(dá)到凈化水質(zhì)的目的，又能提高餌料的利用率。但貝類有可能會(huì)和養(yǎng)殖對(duì)象產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，影響?zhàn)B殖對(duì)象的生長(zhǎng)，因此，需要針對(duì)不同的養(yǎng)殖對(duì)象選擇不同的貝類。4.3.3微生物處理技術(shù)微生物作為生態(tài)系統(tǒng)中的分解者，在海水養(yǎng)殖系統(tǒng)的氮、磷等物質(zhì)的循環(huán)中起著關(guān)鍵作用，海水養(yǎng)殖水體中有機(jī)氮的礦化、分解以及無機(jī)氮的硝化、反硝化等反應(yīng)主要是通過微生物來完成的。微生物處理技術(shù)是指利用具有特殊功能的微生物的新陳代謝作用對(duì)海水養(yǎng)殖廢水進(jìn)行凈化處理的一種技術(shù)。具體有以下細(xì)分：微生物制劑。微生物制劑是能夠降解海水養(yǎng)殖廢水中的有機(jī)污染物且對(duì)養(yǎng)殖動(dòng)物無致病危害的微生物，它們能夠降低海水養(yǎng)殖水體中的污染物的含量，改善海水養(yǎng)殖水體的水質(zhì)。莫照蘭等分離得到的菌株在2d時(shí)對(duì)對(duì)蝦餌料的降解率為46.5%—59.5%【10】，5d時(shí)對(duì)對(duì)蝦餌料的降解率為50.8%—70.2%。利用微生物制劑處理海水養(yǎng)殖廢水對(duì)廢水中污染物的去除率高且不會(huì)產(chǎn)生二次污染，但游離微生物抵抗水體沖擊能力較弱，再加上海水養(yǎng)殖過程中頻繁的換水導(dǎo)致菌體流失，因此限制了微生物制劑在海水養(yǎng)殖中的應(yīng)用。固定化微生物技術(shù)。游離微生物抵抗水體沖擊能力弱，對(duì)溫度、壓力、水流等環(huán)境因子的變化反應(yīng)敏感，而固定化微生物技術(shù)因具有密度高、反應(yīng)速率快、二次產(chǎn)物少、功能微生物流失少以及對(duì)環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)，近幾年來被廣泛用于海水養(yǎng)殖廢水處理領(lǐng)域。固定化微生物技術(shù)是通過物理或化學(xué)的方法將游離微生物限制或定位在某一特定的空間區(qū)域內(nèi)，保留其固有的催化活性，且能夠被反復(fù)和連續(xù)使用的現(xiàn)代生物工程技術(shù)。黃正等將固定化硝化細(xì)菌用于處理海水養(yǎng)殖廢水，24h內(nèi)能夠去除74.9%的COD、82.5%的氨、氮【11】。但目前該技術(shù)在海水養(yǎng)殖水體中的應(yīng)用還停留在實(shí)驗(yàn)室模擬階段，在實(shí)際應(yīng)用中仍存在許多問題，如功能菌及水環(huán)境等組成的微生態(tài)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，抗干擾能力弱，難以長(zhǎng)時(shí)期發(fā)揮穩(wěn)定作用等，還需要進(jìn)一步研究和完善。另外，固定化微生物的保存及批量生產(chǎn)技術(shù)目前也有待于進(jìn)一步完善。生物膜法。生物膜法主要有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化設(shè)備和生物流化床等，其通過生長(zhǎng)在濾料（或填料）表面的微生物膜來處理海水養(yǎng)殖廢水，這些技術(shù)因其微生物多樣化在海水養(yǎng)殖廢水的封閉循環(huán)利用中得到廣泛應(yīng)用，對(duì)海水養(yǎng)殖廢水中的TOC（總有機(jī)碳）、氮和磷有明顯的去除效果。但由于海水養(yǎng)殖廢水的鹽度效應(yīng)和寡營養(yǎng)性導(dǎo)致生物膜的單位體積處理負(fù)荷較低。在澳大利亞，Abeysinghe等將好氧淹沒升流式生物濾池用于處理海水養(yǎng)殖廢水，在填料有效面積為14m2/m3、停留時(shí)間為4h時(shí)，可以去除40%的磷，硝化100%的氮，使TOC含量降低到12mg/L【12】?？偨Y(jié)與展望上述各項(xiàng)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)為以下表格技術(shù)類別優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)物理處理技術(shù)固液分離技術(shù)可以有效除去懸浮物對(duì)N的除去率較低泡沫分離技術(shù)施工簡(jiǎn)便、成本低廉以及效果顯著對(duì)N、P的除去率較低，二次回收困難曝氣吹脫和汽提法可除去溶解性化合物與有機(jī)物容易造成二次污染，無法單獨(dú)使用化學(xué)處理技術(shù)臭氧處理技術(shù)有效殺菌，增加溶解氧成本相對(duì)較高，容易造成臭氧的殘留絮凝法絮凝速度快、受環(huán)境影響小、生成污泥量少易產(chǎn)生二次污染，易殘留有害物質(zhì)生物處理技術(shù)植物處理技術(shù)可有效除去N、CO2等物質(zhì)，產(chǎn)生額外收益受污水成分影響大水生生物處理技術(shù)可以顯著降低養(yǎng)殖系統(tǒng)中的COD等水環(huán)境因子含量需針對(duì)養(yǎng)殖對(duì)象選取不同生物微生物處理技術(shù)處理效果顯著，不易產(chǎn)生二次污染抗干擾能力較弱參考資料【1】McGinnAP．Ｒockingtheboat:conservingfisheriesandprotectingjobs［J］．Worldwatchpaper，1998，142(1):23－26【2】/view/66c9cf6bdf88d0d233d4b14e852458fb760b3873.ht【3】黃鑫海水養(yǎng)殖廢水的處理技術(shù)及應(yīng)用前景《農(nóng)民致富之友》2021年第5期【4】鄭瑞東，劉鷹．泡沫分離法的研究進(jìn)展［J］．現(xiàn)代漁業(yè)信息2005，20（9）：3-7【5】伍華雯固定化微生物聯(lián)合粉綠尾狐凈化養(yǎng)殖廢水的研究【D】寧波：寧波大學(xué)，2013【6】AmirNeori,MichealDKrom,SlevePEllener.Seaweedbiofiltersasregulatorsofwaterquailtyinintegeratedfishseaweedcultureunits.Aquaculture,1996141(3):183-198【7】TroellM,RonnbackP,HallingC.Ecologicalengineeringinaquacultureuseofseaweedsforremovingnutrientsfromintensivemariculteru.JournalofAppliedPhycology,1999,11(1):89-97【8】]趙志東,常抗美,吳雄飛,童轉(zhuǎn)苗,葛柏林.養(yǎng)蝦廢水經(jīng)貝類濾食凈化后池塘主要水環(huán)境因子的變化分析[J].寧波大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版),2004,(01):52-57.【9】張少軍,周毅,張延青,劉鷹,徐洋.濾食性雙殼貝類對(duì)工廠化養(yǎng)殖廢水中懸浮物的生物濾除研究[J]