水產養(yǎng)殖廢水處理技術水產養(yǎng)殖廢水處理技術

水產養(yǎng)殖廢水處理技術水產養(yǎng)殖廢水處理技術文章綜述了水產養(yǎng)殖處理的物理化學處理技術和生物處理技術，以及水產養(yǎng)殖的循環(huán)利用工藝流程和生物工程在水產養(yǎng)殖處理中的應用。并展望隨著世界性水資源短缺環(huán)境污染的日趨嚴重，養(yǎng)殖廢水的綜合利用與無害化排放技術具有極大的研究開發(fā)價值和廣泛的應用前景。1引言近20年來，集約化水產養(yǎng)殖業(yè)在國內外迅速發(fā)展。世界水產量在1996年達到112億t，其中25%為人工養(yǎng)殖。在此條件下，養(yǎng)殖過程中投放的飼料所含的氮、磷大約只有9.1%和17.4%被魚同化，其殘剩飼料和魚類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；水產養(yǎng)殖中使用的各類化學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；同時水體污染反過來制約水產養(yǎng)殖的發(fā)展，因此，水產養(yǎng)殖廢水的處理和循環(huán)利用逐漸受到關注。2水產養(yǎng)殖廢水物理化學處理技術2.1機械過濾過濾裝置是從傳統(tǒng)的砂濾池不斷發(fā)展起來的，其基本原理是阻隔吸附作用。在處理水產養(yǎng)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)時間，在水力負荷為3.5cm/d,去除93%總磷；在處理畦魚養(yǎng)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。對于機械過濾裝置，美國開發(fā)的一種筒狀的，筒體四周附有，筒體置于水中工作時，部分浸沒在水中，廢水從開口端流入筒內，污物被留在網(wǎng)上，過濾過的水又回流到池中，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的在工作時，污水由裝置的下部經過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，經管道流入，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池。日本有一種，其工作原理是水泵將池水吸上后，經噴灑管噴入過濾池，過濾池內一層小顆粒沸石和一個特制，過濾后的水流回養(yǎng)魚池。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，又能增加水中溶解氧，從而達到凈化養(yǎng)殖廢水的目的。有報道，臭氧在魚蝦養(yǎng)殖中應用效果顯著，Jack在1994?1995年進行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(yǎng)殖密度。2.3電化學用電化學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間和能耗隨著傳導率的增加而降低，輸入電流最大為2A時，耗能最少，pH相對于輸入電流和電導率來說幾乎沒有影響；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水產養(yǎng)殖廢水的生物處理技術3.1活性污泥法活性污泥法處理系統(tǒng)是污水生物處理技術的主要技術之一，在傳統(tǒng)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等通過活性污泥法處理水產養(yǎng)殖循環(huán)用水研究表明，NH+42N含量不能達到回用的要求；Umble等在水產養(yǎng)殖排水溝渠中用接近SBR的操作方式進行好氧厭氧處理，效果良好；Nugual等用SBR法處理海水養(yǎng)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、生物接觸氧化設備和生物硫化床等，這些技術因為其微生物的多樣化，在水產養(yǎng)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(yǎng)魚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品等；生物濾池能連續(xù)使用，不需要更換。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和有機懸浮顆粒的捕集。在臺灣，Yang等用一個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，在停留時間為2.5h，SS和BOD去除率分別為98.8%和80.2%。在新加坡，China等用f生物濾池^二沉池f生物工藝，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(yǎng)殖水體處理后可回用。在澳大利亞，Abeysinghe等［17］用好氧淹沒升流式生物濾池去除畦魚養(yǎng)殖廢水中TOC和N，其中填料有效表面積14.m2/m3，停留時間為4h時，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足回用需要，Eikebrokk利用一個淹沒式的鼓風升流式的生物，在這個生物過濾器里可以進行消化和氧的傳遞，把其放在魚塘里，使得污染物減少了90%?95%，池塘的溶解氧可保持在5mg/L。另外可通過控制溶解氧進行生物濾池的硝化和反硝化作用，Sauthier等用池塘（曝氣）f機械濾池f紫外光消毒f淹沒式生物濾池（反硝化池）f魚塘回用，其中填料孔隙率30%，氮負荷為2.4kgN/m3?d，反沖洗時間為3d。3.2.2生物轉盤生物轉盤由一串固定在軸上的圓盤組成，盤片之間有一間隔，盤片一半放在水中，另一半露出水面。水和空氣中的微生物附在盤片的表面上，結成一層生物膜。轉動時，浸沒在水中的片露出水面，盤片上的水因自重而沿著生物膜表面下流，空氣中的氧通過吸收、混合、擴散和滲透等作用，隨轉盤轉動而被帶入水中，使水中溶解氧增加，水質得到凈化。3.2.3生物轉筒生物轉筒是生物轉盤的變型，是從20世紀70年代中期發(fā)展起來的，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1.57m，外殼開6個孔，每個孔長1.5m，寬0.32m，筒內固定在軸上硬聚乙烯波紋的盤面呈多邊形，外接圓直徑3m，盤面總表面積120m2；(3)轉筒的筒體四周裝有小容器，當轉筒向上轉時，小容器內盛滿了水，向下轉動時，水被灑在塑料球上，空容器內充滿空氣進入水中，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等在水產養(yǎng)殖水體循環(huán)中利用膨脹床的硝化和反硝化作用同時，處理BOD5、SS和氮，出水氨氮低于0.5mg/L。3.3水產養(yǎng)殖技術的自然生物處理用自然生物處理水產養(yǎng)殖水體主要有濕地、定塘和土地處理系統(tǒng)等，其優(yōu)點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(tǒng)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，用人工濕地處理水產養(yǎng)殖廢水取得一定進展。非集約化水產養(yǎng)殖的自然水域本身是一個典型濕地系統(tǒng)，具有良好的自凈能力，只要合理利用和加強其自凈能力，會有良好的環(huán)境效應和經濟效應；Kruzie等綜合土地處理濕地池塘水生植物系統(tǒng)進行水產養(yǎng)殖水體循環(huán)。Wood等利用人工濕地系統(tǒng)處理水體，濕地系統(tǒng)中藻類密度高，在地表水利負荷1315cm/d時，COD的去除率59.2%、NH+42N為34.6%、PO-42P-為3.19%和SS為78%；如果水力停留時間在3d，貝COD的去除率79.4%、NH+42N為82.8%、PO3-42P為54.1%、蛋白質產率50t/hm2-aoLin等用人工濕地處理水產養(yǎng)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%,總無機氮（TIN）為95%?98%，磷的去除為32%?71%，出水NH+42N濃度0.3mg/L,NO-22N0.01mg/Lo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(yǎng)殖水體中98%的總氮、94%的無機氮、99%的總磷和97%的溶解態(tài)磷。3.3.2魚塘水生生態(tài)系統(tǒng)魚塘水生生態(tài)系統(tǒng)本身有很強的凈污能力，在水產養(yǎng)殖水體的處理中完全可以利用魚塘對污染物的凈化能力來凈化污水。養(yǎng)殖水體的綜合利用主要是用池塘的自凈能力和魚類生理特性，如充氧、魚藻共生系統(tǒng)、魚類白天和晚上不同活動時間混養(yǎng)、耐污能力不同魚類混養(yǎng)和對魚類生理修正。Kirke從曝氣方面進行了研究，對魚塘采用風力曝氣；Logsdon從改變水生植物結構著手，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養(yǎng)殖水體。Wang用雙殼類去除藻類，沉降法去除懸浮物，通過蝦塘、蠔形成水的循環(huán)利用°Umble等用魚塘處理污水二級處理出水，利用二級處理出水提供的營養(yǎng)，調節(jié)營養(yǎng)比例（N：P在16?23），使得水生植物繁殖，作為魚類的食料。養(yǎng)殖水體的綜合利用的安全是人們關心的問題，Adamsson等進行的研究結果表明，只要投加飼料成分恰當，影響不大，但從保守的觀點來說，有待于進一步證實。4水產養(yǎng)殖廢水的循環(huán)利用工藝流程進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。魚池排水一集水池塘一氧化池一增溫增氧池一魚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。魚池排水一沉淀池一升流式生物濾池一淋水塔式增氧一加熱、消毒一魚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。魚池排水f充氧f升流式石灰?guī)r濾池一沉淀池一增氧一回用的工藝在美國使用較多，其中新鮮水/循環(huán)水為1/5。魚池排水f升流式碎石濾池f降流式碎石濾池f增溫池f回用的工藝在上海集約化水產養(yǎng)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。魚池排水f集水池f升流式沸石濾池f降流式沸石濾池f補充新鮮水、調溫f魚池回用在北京集約化水產養(yǎng)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生物工程在水產養(yǎng)殖廢水處理中的應用伴隨著生物技術的發(fā)展，水產養(yǎng)殖業(yè)越來越多地運用生物工程技術來減少廢水排放量和污染物數(shù)量。比如用微生物發(fā)酵生產和遺傳工程技術將合成特定氨基酸的基因克隆進入微生物的細胞質中，然后借助微生物的增殖來生產蛋白質魚類飼料，可以提高魚對飼料的利用率，降低氮的排泄物，減少廢水中氮的濃度；利用生物篩選技術和基因工程培育一些去污能力強的植物（特別是藻類）和微生物來凈化水產養(yǎng)殖廢水；利用生物工程對魚類進行生理修正，使魚類提高耐污能力和減少排泄物，比如Phelps培育的魚類對沙門氏菌屬形成抗體，這種魚類就可以在污染水體中生長。鄭耀通等對具有高效凈化水產養(yǎng)殖水體的紫色非硫光合細菌進行了分離和篩選，篩選出來的紫色非硫光合細菌既有很強的凈水能力，又是魚類的飼料。目前國內的研究主要集中在光合細菌在水產養(yǎng)殖水體凈化中的應用。6展望展望隨著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