海水养殖废水的处理

海水养殖废水的处理葛和威，廖博洋，浦书隽（复旦大学环境科学与工程系）摘要：本文综叙了海水养殖废水的处理先状，从物理处理技术、化学处理技术、生物处理技术三个方面对海水养殖废水处理技术进行介绍，并做出总结与展望。一、引言近年来，我国的海水养殖业发展迅速，已成为全球最大的海水养殖国家【1】，这一方面可以更好的满足市场上对水产品的需求，另一方面也导致养殖场废水排放量不断提升。海水养殖废水污染结构具有特殊性，再加上海水的盐度的影响，导致海水养殖废水处理难度较高。未处理的养殖废水排入海中会导致近海水域环境遭到污染，甚至还会给近岸海域生态系统带来严重的威胁。本文将对这些因素进行详细综述，分析比较相关技术的利弊，并探讨未来水产养殖废水处理的趋势和挑战。二、废水处理标准2.1水质标准2.2渔业水质标准2.3浙江地方海水养殖尾水排放标准三、废水的来源与特征目前规模化海水养殖主要采用人工投饵，这种投喂方式导致大量残饵及排泄物在水体中形成悬浮固体颗粒。海水水养殖废水中的杂质主要来源于养殖生物的排泄物、残留的饲料、生物药物以及水生生物的新陈代谢产物。养殖过程中投放的饲料所含的氮、磷大约两到三成被鱼同化，其残剩饲料和鱼类排泄物形成的污染物对水体、沉积物等会造成严重污染。目前，处理这类污水的主要办法分为的物理方法、化学方法和生物处理方法。四、污水处理方法4.1物理处理法物理处理法主要通过物理手段，如过滤、沉淀、吸附等，去除废水中的悬浮物、漂浮物、杂质等。物理处理技术设施造价和运行费用低，主要针对海水养殖废水中的悬浮物和部分化学耗氧量(COD)的去除，但对可溶性有机物、无机物及N、等的去除效果不佳。以下是一些常用的处理海水养殖废水物理方法：4.1.1固液分离技术固液分离技术能够有效去除养殖废水中的悬浮固体，鉴于悬浮颗粒物大小以及密度等因素，可以将固液分离技术分为两种----机械过滤及重力分离。机械过滤是固液分离的主要手段，采用过滤装置，根据颗粒物粒径大小不同的特点实现固液分离。通过这种方式，能够将养殖废水中粒径60-200μm的颗粒物REF_Ref14520\r\h【2】去除，效果十分明显。通常情况下，应用的过滤装置主要包括砂滤器、固定筛、振动筛等。以砂滤器为例，应用砂滤器可以有效去除悬浮物（SS），而针对N和P的去除效果则不够明显。因此不同的过滤装置的作用和效果也不相同，在实际的应用过程中应合理选择过滤装置，这样才能确保过滤的效果。重力分离，是指利用颗粒本身重力来分离固体颗粒物的方法。相较于液体，固体颗粒物的密度更高，在液体处于静止状态下，因为重力的作用，固体颗粒会发生沉积。为进一步提升海水养殖废水的处理效果，还可以介入明矾等化学絮凝剂，添加化学絮凝剂，不仅有助于悬浮颗粒物的去除，还有助于去除废水中的P，P的去除效果十分显著，去除率可以达到89%-93%REF_Ref14520\r\h【2】。

4.1.2泡沫分离技术最初，泡沫分离技术主要用于处理溶解于水的各种表面活性物质，我国最初应用该技术处理洗煤水，后来逐渐在食品工业废水处理以及造纸废水处理中得到了推广应用，近年来被广泛应用于海水养殖废水处理之中，并且效果十分显著。泡沫分离技术又被称为气除法，其原理在于向水中充入气体，在气体的作用下会在水中形成气泡，利用气泡的吸附作用，实现对小颗粒固体废物的分离。在海水养殖废水处理过程中应用泡沫分离技术，能够有效清除粒径小于50μm的固体废物REF_Ref18239\r\h【3】，同时对溶解性有机物的清除效果也十分显著。应用该技术，可以及时有效的清除有机物，避免其转化为胺化物等有毒物质，同时还可以提供溶解氧，有助于提升海水养殖废水的处理效果。影响气泡分离技术的因素较多，比如气泡与废水接触时气流的速率以及气泡的大小等。但总体来讲，该技术具有施工简便、成本低廉以及效果显著的特点，因此在海水养殖废水处理过程中的应用十分广泛。4.1.3曝气吹脱和汽提法曝气吹脱法是通过压缩空气与海水养殖废水接触，使海水养殖废水中的溶解性化合物从液相扩散到气相，从而去除污染物的方法。目前，曝气吹脱法已广泛应用于饮用水源中挥发性有机物的去除和养殖废水的净化等领域。汽提法是让海水养殖废水与水蒸汽直接接触，利用两分压之差使海水养殖废水中的挥发性有毒有害物质按一定比例扩散到气相中去，从而达到从海水养殖废水中去除污染物的目的。汽提法与曝气吹脱法的基本原理相同，只是两者使用的介质不同。用曝气吹脱法和汽提法处理海水养殖废水的过程中，污染物不断地由液相转入气相，易引起二次污染，因此，该技术一般不单独使用，需要和其他方法联合使用。4.2化学处理法化学处理法主要通过化学反应将废水中的有害物质转化为无害物质或易降解的物质。以下是一些海水养殖废水常用的化学处理方法：4.2.1臭氧处理技术臭氧处理技术属于化学氧化法，氧化能力较强，在海水养殖废水的处理过程中优势十分明显。臭氧在水中分解的中间物质羟基自由基（·OH），其氧化性较强，相较于普通氧化剂，对有机物的分解能力更强，不仅可以有效杀灭水中的细菌、病毒等有害物质，而且还可以促使水中溶解氧的增加，能够对海水养殖废水起到有效的净化作用。应用这种方法，杀菌率可以达到99.9%，同时还可以去除废水中亚硝酸盐等有害物质，同时能够快速降低海水养殖废水中的COD、亚硝态氮。应用臭氧处理技术，还可以结合生物滤池，提升树种溶解氧的含量，有助于提升养殖密度，进而帮助养殖户创造更大的经济效益。但是应用臭氧处理技术也存在一定的弊端，比如成本相对较高，同时还很容易造成臭氧的残留，很容易造成养殖对象中毒。4.2.2絮凝法絮凝法能够去除海水养殖废水中的溶胶体、悬浮物及部分可溶性杂质。无机絮凝剂价格便宜、适应性强，对海水养殖废水中细微悬浮物的去除效果好;但其用量比较大，而且具有一定腐蚀性和毒性，易产生二次污染，这限制了其在海水养殖废水处理中的应用。有机絮凝剂具有用量少、絮凝速度快、受环境影响小、生成污泥量少等优点，但有机絮凝剂会产生致癌、致畸、致突变等有害效应。4.3生物处理法生物处理法利用微生物的代谢作用，将废水中的有机物转化为无机物。以下是一些海水养殖废水常用的生物处理方法：4.3.1植物处理技术水生植物通过光合作用吸收利用水体中的CO2、N等物质，从而使水质得到净化。植物处理技术是利用水生植物的根系或茎叶吸收、降解海水养殖废水中的污染物，从而达到净化水质的目的。在海水养殖废水中种植水生植物，不仅净化海水养殖废水的水质，还能够增加养殖者的收入。伍华雯等的研究表明，种植水生植物和未种植水生植物的海水养殖塘中沉积物的沉积速率分别为63g/m2·h和14g/m2·h【5】。AmirNeori等将鱼塘和海藻塘结合在一起构成集约化养殖系统，系统中的溶解氧、氨氮、磷和pH值等均保持在对鱼类的安全范围内。Troell等在大马哈鱼养殖池内种植蓠，发现江蓠能够去除50%～90%的可溶性铵【6】。Chuntapa等发现蓝藻可以显著降低黑虎虾养殖池中的氨氮和硝态氮含量【7】。但海水养殖废水中的污染物质浓度较低时，水生植物对污染物质的吸收速率会明显降低。4.3.2水生生物处理技术近年来，水生动物越来越多地应用于海水养殖废水的治理，目前应用于海水养殖废水处理的水生动物主要有扇贝、牡蛎等贝类品种。赵志东等的研2016年5月究发现将贝类和南美白对虾混养可以显著降低养殖系统中的COD、亚硝酸盐、硝酸盐、氨氮、磷酸盐及悬浮物等水环境因子含量［8］。张少军等在海水鱼类半滑舌鳎养殖池内配养滤食性双壳贝类长牡蛎，发现海水流速100L/h时，牡蛎对悬浮物的生物沉积速率为40．28mg/ind·d～45．30mg/ind·d［9］。贝类可以摄食水体中的有机碎屑，在海水养殖池中饲养贝类既能达到净化水质的目的，又能提高饵料的利用率。但贝类有可能会和养殖对象产生竞争关系，影响养殖对象的生长，因此，需要针对不同的养殖对象选择不同的贝类。4.3.3微生物处理技术微生物作为生态系统中的分解者，在海水养殖系统的氮、磷等物质的循环中起着关键作用，海水养殖水体中有机氮的矿化、分解以及无机氮的硝化、反硝化等反应主要是通过微生物来完成的。微生物处理技术是指利用具有特殊功能的微生物的新陈代谢作用对海水养殖废水进行净化处理的一种技术。具体有以下细分：微生物制剂。微生物制剂是能够降解海水养殖废水中的有机污染物且对养殖动物无致病危害的微生物，它们能够降低海水养殖水体中的污染物的含量，改善海水养殖水体的水质。莫照兰等分离得到的菌株在2d时对对虾饵料的降解率为46.5%—59.5%【10】，5d时对对虾饵料的降解率为50.8%—70.2%。利用微生物制剂处理海水养殖废水对废水中污染物的去除率高且不会产生二次污染，但游离微生物抵抗水体冲击能力较弱，再加上海水养殖过程中频繁的换水导致菌体流失，因此限制了微生物制剂在海水养殖中的应用。固定化微生物技术。游离微生物抵抗水体冲击能力弱，对温度、压力、水流等环境因子的变化反应敏感，而固定化微生物技术因具有密度高、反应速率快、二次产物少、功能微生物流失少以及对环境要求低等优点，近几年来被广泛用于海水养殖废水处理领域。固定化微生物技术是通过物理或化学的方法将游离微生物限制或定位在某一特定的空间区域内，保留其固有的催化活性，且能够被反复和连续使用的现代生物工程技术。黄正等将固定化硝化细菌用于处理海水养殖废水，24h内能够去除74.9%的COD、82.5%的氨、氮【11】。但目前该技术在海水养殖水体中的应用还停留在实验室模拟阶段，在实际应用中仍存在许多问题，如功能菌及水环境等组成的微生态结构较简单，抗干扰能力弱，难以长时期发挥稳定作用等，还需要进一步研究和完善。另外，固定化微生物的保存及批量生产技术目前也有待于进一步完善。生物膜法。生物膜法主要有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化设备和生物流化床等，其通过生长在滤料（或填料）表面的微生物膜来处理海水养殖废水，这些技术因其微生物多样化在海水养殖废水的封闭循环利用中得到广泛应用，对海水养殖废水中的TOC（总有机碳）、氮和磷有明显的去除效果。但由于海水养殖废水的盐度效应和寡营养性导致生物膜的单位体积处理负荷较低。在澳大利亚，Abeysinghe等将好氧淹没升流式生物滤池用于处理海水养殖废水，在填料有效面积为14m2/m3、停留时间为4h时，可以去除40%的磷，硝化100%的氮，使TOC含量降低到12mg/L【12】。总结与展望上述各项技术优缺点总结为以下表格技术类别优点缺点物理处理技术固液分离技术可以有效除去悬浮物对N的除去率较低泡沫分离技术施工简便、成本低廉以及效果显著对N、P的除去率较低，二次回收困难曝气吹脱和汽提法可除去溶解性化合物与有机物容易造成二次污染，无法单独使用化学处理技术臭氧处理技术有效杀菌，增加溶解氧成本相对较高，容易造成臭氧的残留絮凝法絮凝速度快、受环境影响小、生成污泥量少易产生二次污染，易残留有害物质生物处理技术植物处理技术可有效除去N、CO2等物质，产生额外收益受污水成分影响大水生生物处理技术可以显著降低养殖系统中的COD等水环境因子含量需针对养殖对象选取不同生物微生物处理技术处理效果显著，不易产生二次污染抗干扰能力较弱参考资料【1】McGinnAP．Ｒockingtheboat:conservingfisheriesandprotectingjobs［J］．Worldwatchpaper，1998，142(1):23－26【2】/view/66c9cf6bdf88d0d233d4b14e852458fb760b3873.ht【3】黄鑫海水养殖废水的处理技术及应用前景《农民致富之友》2021年第5期【4】郑瑞东，刘鹰．泡沫分离法的研究进展［J］．现代渔业信息2005，20（9）：3-7【5】伍华雯固定化微生物联合粉绿尾狐净化养殖废水的研究【D】宁波：宁波大学，2013【6】AmirNeori,MichealDKrom,SlevePEllener.Seaweedbiofiltersasregulatorsofwaterquailtyinintegeratedfishseaweedcultureunits.Aquaculture,1996141(3):183-198【7】TroellM,RonnbackP,HallingC.Ecologicalengineeringinaquacultureuseofseaweedsforremovingnutrientsfromintensivemariculteru.JournalofAppliedPhycology,1999,11(1):89-97【8】]赵志东,常抗美,吴雄飞,童转苗,葛柏林.养虾废水经贝类滤食净化后池塘主要水环境因子的变化分析[J].宁波大学学报(理工版),2004,(01):52-57.【9】张少军,周毅,张延青,刘鹰,徐洋.滤食性双壳贝类对工厂化养殖废水中悬浮物的生物滤除研究[J]