水产养殖废水处理技术研究进展

水产养殖废水处理技术研究进展

随着我国水产养殖的快速发展，水产养殖模式已从传统的粗放型转变为规模和集约。此外，水产养殖废水的独立排放日益严重。淡水水产养殖水处理技术的研究受到越来越多的关注。引起水质污染的物质有以下几种:有机物、氨氮、亚硝态氮等。通常养殖废水中的营养性成分、溶解有机物、悬浮固体(SS)和病原体是处理的重点。国内外学者针对养殖废水处理技术进行了大量研究,以期开发出实用的养殖废水处理技术和工艺。本文概述了国内外在水产养殖水处理方面的研究进展,并对未来水产养殖水处理技术进行了展望。一、物理方法1.矿物悬浮物的净化机械过滤是水产养殖系统中用来进行固/液分离的主要手段,它利用液相中颗粒物粒径大小不同的特点,以一定孔径的筛网截留颗粒物,达到去除悬浮固体颗粒物的目的。除采用一般机械过滤去除较大悬浮物外,还采用如微滤机或弧形筛等去除小粒径悬浮物,其去除率可以达到80%。如Ridha等(2001)用塑料生物过滤介质对简易罗非鱼循环养殖系统废水过滤取得了很好的净化效果。丁永良(2001)应用纳米材料使养殖水体长期保持优良水质。2.浓缩表面活性物质泡沫分离技术是近十几年发展起来的新型分离技术之一。泡沫分离是根据吸附的原理,向含表面活性物质的液体中鼓泡,使液体内的表面活性物质聚集在气液界面(气泡的表面)上,在液体主体上方形成泡沫层,将泡沫层和液相主体分开,就可以达到浓缩表面活性物质(在泡沫层)和净化液相主体的目的。泡沫分离技术常用于封闭和循环海水养殖系统中,因为在海水中易产生泡沫,而在淡水养殖系统中仅在有机物浓度较高的情况下才使用该技术。Timmons(1994)对水产养殖中的泡沫分离技术做了详细的描述。杜守恩(1995)、林天生(1993)亦实现了泡沫分离法的除菌效果。3.微生物的净化效果膜过滤技术分为微滤和超滤技术,膜过滤技术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。水产养殖中采用膜过滤技术主要处理直径小于20μm~25μm的微颗粒。张寒冰等(2005)在室内采用一种挂膜材料模拟研究生物膜法处理养殖废水的效果及其影响因素,结果表明,曝气条件下生物膜法对CODcr、NH4+—N、NO2-—N均有较好的净化效果,CODcr、NH4+—N、NO2-—N的去除率分别达到78%、35%、76%。Yang等(2001)利用不同生物膜和流程安排研究了生物滤池的效率,结果表明,膜的性质比生物滤池的流程安排更能影响生物滤池的效率,且装有十字交叉和多孔生物膜的生物滤池对水产养殖废水的处理效果良好。4.活性炭过滤系统养殖过程中机械增氧和换水也是常用方法,传统池塘养殖也用筛网或栅栏过滤敌害鱼虾、漂浮物和悬浮物达到净化水体的目的。活性炭也有较好的吸附作用,能去除水体异臭物、色素、游离氨等物质。但是这些吸附介质易被堵塞,处理水量小,应用较少。二、臭氧好氧生化水化学方法研究较多的是臭氧氧化。臭氧是自然界氧化性最强的氧化剂之一,臭氧能够氧化大部分的无机物和有机物,且反应后的产物是氧气,所以臭氧是高效的无二次污染的氧化剂。章亚芳等(2010)对臭氧改善水产养殖水体质量的机理进行了探索,表明臭氧在降解有害有毒物质氨氮、硫化氢、蓝绿藻、致病微生物方面有显著效果。在周晓见等(2002)的试验中,臭氧活化水对尼罗罗非鱼养殖水体中pH、DO、COD和N等有良好的去除效果,且对罗非鱼的生长有促进作用。除此之外,氨水、高锰酸钾等化化学物也常用来杀死养殖水体有害微生物,提高水体质量量。絮凝剂也常被用于水体悬浮物的去除。天然水体中胶状状离子大多带负电荷,加入具有相反电性的铝盐、铁盐、氢氢氧化钙、聚丙烯酰胺等絮凝剂能减少胶状离子之间的排斥斥作用,使离子凝聚在一起下沉,从而达到去除目的。但有有些残留在水体中的絮凝剂对鱼类有一定的毒性效应,如何何减少水体中残留的铝盐等含量是用絮凝剂处理养殖废水面面临的问题。三、生物方法1.水培番茄在鱼养殖废水的净化作用国内外利用水生植物处理养殖废水有较多的报道。植物物在生长的过程中能吸收利用、富集、吸附和固定水产养殖殖水体中的有机物、营养盐、重金属等,将富营养水体中中的元素转化为自身生长所需物质;同时,植物能通过发发达的通气组织和根系传输氧气,为微生物和其他生物的代谢活动提供条件。赵迪等(2010)研究了刺苦草对富营营养化水体的净化作用,结果显示:刺苦草对富营养化水体体的TN、TP、NH4+—N、COD的去除率分别为66.64%、90.02%、91.94%、71.17%。张士良等(2002)研究了水培培番茄对甲鱼养殖水的净化作用,试验结果显示,水培番茄茄对养殖废水中的COD、NO2-—N、NH4+—N、P等有较高的净化率,其值分别为77%、33%、97%、100%。蒋艾青(2003)研究了凤眼莲对鱼塘的净化效果,结果证明,凤凤眼莲能有效去除城郊污水鱼塘的NH4+—N、NO2-—N、CCOD、TN。王海鸥等(2009)研究了植物的投放密度对富富营养化水体净化作用的影响,结论为适当控制植物的投投放密度有利于去除富营养化物质。Haglund(1993)及TTroell(1997)等分别利用细基江篱处理鱼类养殖用水获得得了良好的效果。许桂芳(2010)以红梗叶甜菜、羽衣甘甘蓝、红花石蒜3种观赏植物为试验材料,研究了其对冬季季富营养水体的净化效果,结果显示,在冬季低温条件下下,3种植物均生长良好,且对TN、NH4+—N有良好的去处处效果。陈力等(2009)研究了不同种植方式对陆生植物物净化富营养水体中氮的影响,其动态过程拟合模型说明明各植物处理组对水体中不同形态的氮有持续的净化作用。贺锋(2003)等介绍了水生植物在污水处理和水质改善善中的应用,还对高等水生植物的选择标准作了描述。邵邵志鹏(2002)利用多花黑麦草设计的循环水产养殖废水水生物过滤处理系统对废水污染物的去除率分别为:TN81.4%~89.1%,BOD573.9%~85.2%。钱名全等(2006)将将挺水植物、浮叶植物和漂浮植物应用于工厂化双循环水养养鲟模式的组建,6个月的模拟试验结果显示,鱼池各项水质指标均符合渔业水质标准。文乐元等(2003)用多花黑黑麦草、早熟禾和空心莲子草等植物组成的草滤带处理甲鱼鱼养殖废水,结果表明该草滤带有较好的氨氮和硝态氮去除除效果。2.复合生物系统处理养殖废水藻类在生长繁殖过程中能富集和吸收大量的有机物、无机物和重金属,并在富积有机物的同时发生代谢降解。陈春云(2009)等研究了小球藻对对虾养殖废水中N、P的去除率,结果表明,小球藻能很好地去除水体中的N、P,水体中NH4+—N的去除率达到80%以上、PO4—P的去除率达到85%以上,同时,小球藻的增长量达初始量的10倍。胡海燕等(2009)利用驯化的淡水螺旋藻处理养殖废水,试验结果显示,驯化后的螺旋藻对实际的养殖废水有较好的净化效果。除了单独利用藻类处理养殖废水外,国内外许多学者也利用有益菌和滤食性鱼虾等和藻类组成的复合生物系统综合处理养殖废水取得了良好的效果。Benjamas等(2003)的研究表明,蓝藻和黑虎虾共同培养可以显著降低养殖系统中氨氮和硝氮含量。李卓佳等(2008)用细基江蓠繁枝变种与有益菌协同净化对虾养殖废水有较好的降解效果。文国樑等(2010)进行了尼罗罗非鱼与细基江蓠繁枝变种综合净化养殖废水试验,结果显示,COD、TN和TP的去除率分别为89.2%、26.1%和47.5%。曾爱平等(2009)利用黑藻、苦草、伊乐藻和金鱼藻等4种沉水植物对富营养化水体的净化效果进行了研究,结果表明,4种沉水植物均能降低水体中总氮、总磷、NH3-N浓度,其中,黑藻的治污效果最好。王高学等(2006)建立了由栅藻、小球藻、亚硝化细菌、硝化细菌组成的复合藻-菌净化系统净化养殖水体,结果表明,该系统对氨态氮和亚硝酸态氮的去除率分别达到97.3%和68.8%,同时具有增加养殖水体溶解氧的作用。3.生物沉积与悬浮物净化滤食性双壳贝类,如牡蛎、贻贝和扇贝,具有很强的滤水能力,能够过滤大量细小的颗粒物质,包括浮游植物、浮游动物、微生物以及有机碎屑等,以贝类粪便及假粪的形式,使较难沉积的悬浮物沉积下来,这种过程被称为生物沉积。Jones等(2002)利用牡蛎净化养殖废水,结果表明:细菌数量、总颗粒物浓度、总氮和总磷分别仅为对照组的35%、29%、66%和56%。张少军等(2010)选择滤食性贝类长牡蛎和紫贻贝对养殖废水中悬浮物的去除进行了研究,结果表明:这两种贝类对半滑舌鳎养殖池出水中悬浮物具备很强的生物滤除潜力,且能吸收和利用悬浮物中的有机质实现养殖废物的生物资源化利用。滤食性鱼类和贝类在滤食悬浮有机物的同时也大量滤食藻类,而藻类光合作用增氧占池塘氧总输入的90%以上。因此,须要合理配养滤食性动物,以避免影响到水体溶氧功能的恢复。4.芽孢杆菌和乳酸菌微生物能将水体或底质沉积物中的有机物、氨氮、亚硝态氮分解吸收,转化为有益或无害物质,达到净化环境的目的。Grommen等(2002)向养鱼池废水中投加复合菌液,4天内可使氨氮由10mg/L降到低于可检测范围。冯俊荣等(2005)用正交试验研究了芽孢杆菌和乳酸菌混合微生态制剂对养殖水体的影响,结果表明,芽孢杆菌对降低低水体氨氮和COD有较强作用,而乳酸茵对分解亚硝酸盐有有帮助。孟睿等(2009)用地衣芽孢杆菌、硝化细菌、月芽芽藻、四尾栅藻组成的菌—藻体系净化水产养殖废水,结果果显示,COD、NH4+—N、NO2-—N、NO3-—N和DP的去除除率分别为44.05%,89.16%,100%,98.62%和100%。5.污染物的去除通过构建人工湿地的方式来处理水产养殖废水,具有有很高的净化能力和实用价值。人工湿地是由人工基质和和生长在其上的水生植物、微生物组成的一个独特的土壤壤一植物一微生物生态系统。人工湿地净化技术是一种综综合技术,结合物理过滤、化学吸附共沉淀、植物过滤滤及微生物作用等方法,用于水产养殖废水处理效果良好好,能有效去除水中氮磷等营养元素,还能去除一定的BBOD、COD和SS。吴振斌(2004)构建的池塘养殖—复合合垂直流人工湿地系统经过9个月的运行后,污染物去除率范围分别为TSS80.5%~82.9%、COD45.2%~64.2%、BBOD61.0%~77.0%、NH3—N51.5%~67.8%、NO3-—N90.6%~40.0%、TN29.1%~68.6%和TP72.7%~89.1%。陈陈家长(2007)构建的池塘养殖—表面流人工湿地系统统,污染物平均去除率分别为NH3—N76.9%、NO2-—N53.1%、NO3-—N60.9%、TN54.2%、TP59.2%和CODMn441.7%。彭剑峰(2007)通过构建稳定塘—湿地组合生态态处理系统的研究发现,浮萍塘去除氨氮效果最佳。CComeau等(2001)使用含有芦苇人工湿地的三阶段系统处处理鳜鱼养殖废水,中试结果表明,该系统对有机物和磷的去除率分别高达95%和80%以上。Schwart等(1995)用构构建的人工湿地处理斑点叉尾鮰养殖池废水取得了良好的效果。何玉明等(2006)用30余种观赏水草构建生态型循环环水处理系统进行工厂化鲟鱼养殖,结果表明,该套系统具有理想的水处理效果。Copper(1997)发现,种植水烛和和灯芯草的人工湿地中氮、磷的含量分别比无植物的对照基基质中的含量低18%~28%和20%~31%。研究发现,人工工湿地系统中植物根系释放的酶等物质也可以直接降解污染染物,且速度很快。人工湿地已被各地广泛使用,由于各个个区域之间气候等条件差异很大,因此,湿地植物的选择要要因地制宜,要