我國水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理現(xiàn)狀與技術應

劉延秋 李色東

(1.廣東恒興飼料實業(yè)股份有限公司, 廣東 湛江 524073; 2.湛江市海洋與漁業(yè)發(fā)展研究中心,廣東 湛江 524039；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南海水產(chǎn)動物育種與養(yǎng)殖重點實驗室，廣東 湛江 524073)

水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)為人類提供了優(yōu)質(zhì)的動物蛋白，在解決全球糧食問題中發(fā)揮著重要作用。我國是水產(chǎn)養(yǎng)殖大國，2019 年，我國水產(chǎn)品總產(chǎn)量達到了6 480.36 萬噸，其中有5 079.07 萬噸來源于養(yǎng)殖。我國水產(chǎn)品的養(yǎng)殖產(chǎn)量呈逐年增加的趨勢，而水產(chǎn)養(yǎng)殖面積卻逐年減少，這意味著高密度養(yǎng)殖成為主流。與此同時，含有大量殘餌、糞便等有機污染物的養(yǎng)殖尾水排放引發(fā)的環(huán)境問題得到了廣泛關注，水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水治理越來越得到重視。

一、水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水現(xiàn)狀與特征

水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水具有低污染的性質(zhì)。根據(jù)2020年的《第二次全國污染源普查公報》，水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水污染物排放占農(nóng)業(yè)總排放量的6%，污染物以氮和磷為主，主要影響是使水體富營養(yǎng)化。由于我國國情和漁業(yè)發(fā)展的歷史遺留問題，粗放型、小規(guī)模、散戶型的養(yǎng)殖模式和大型工廠化和集約化養(yǎng)殖模式并存，因此，水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水排放具有分散性的特征，且尾水處理情況良莠不齊，這增加了尾水治理推廣的難度。此外，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖種類和養(yǎng)殖模式呈多樣化，尾水的排污系數(shù)也不相同，因水處理污染物負荷不同，要因地制宜建設水處理系統(tǒng)。

二、尾水處理技術

根據(jù)性質(zhì)不同，尾水處理方法可以分為物理法、化學法和生物法。

1.物理處理法

物理處理法包括紫外消毒、曝氣、過濾、吸附、沉淀、泡沫分離等技術。機械過濾是最常用的固液分離方法，常用的機械過濾設施有微濾機和過濾篩(弧形篩和平面篩)，可以根據(jù)污染物的數(shù)量和粒徑選擇合適孔徑的過濾篩或網(wǎng)，可去除粒徑60～200微米的顆粒，但設備建設和維護費用較高。對于一些更為細小的有機顆粒以及可溶性有機物，宜采用泡沫分離法，設備產(chǎn)生的氣泡能將水中的溶解態(tài)物質(zhì)和小顆粒態(tài)有機雜質(zhì)帶離到水體表面。由于淡水水體電解質(zhì)含量少、泡沫分離效果差，目前泡沫分離技術多用于海水養(yǎng)殖。

2.化學處理法

化學處理法是通過絮凝、氧化及消毒去除水體中的有害物質(zhì)。

(1)絮凝法：主要包括電化學絮凝和添加絮凝劑兩種方法。電化學絮凝法是以金屬電極(鐵或鋁)作陽極，在直流電作用下，金屬電極被氧化為陽離子，在水中形成羥基絡合物及氫氧化物絮凝劑，從而發(fā)揮絮凝吸附的作用。電化學法絮凝技術無二次污染，但投入和運行成本較高，設備清理難度較大，一般適用于電解質(zhì)濃度較高的海水。絮凝劑主要通過加入和物質(zhì)相反電性的鋁鹽、鐵鹽等來減少離子之間的排斥作用，促進離子凝聚下沉，從而達到去除水體中的懸浮物的目的，絮凝劑添加要控制用量，防止過量造成二次污染。

(2)氧化法：臭氧是一種清潔氧化劑，能將水體中氨氮、亞硝酸鹽等有害物質(zhì)進行氧化分解，將有機物氧化為無機物，有效殺滅水體中的有害病菌，反應后產(chǎn)生氧氣，清潔無污染。但殺菌不具有選擇性，水體中的有益微生物也會一并殺死。

3.生物處理法

生物處理法主要依靠水生植物、微生物等的生態(tài)功能，降解水中的氮、磷等有機物。

(1)水生植物法：生態(tài)浮床和人工濕地是兩種常用的水生植物處理技術。生態(tài)浮床是以生物高分子材料為床基，根據(jù)需求選擇合適的水生植物進行種植。此外，基于經(jīng)濟植物水培技術的發(fā)展，與生態(tài)浮床技術相結(jié)合，能實現(xiàn)生態(tài)效益和經(jīng)濟效益雙收，如水稻、番茄、生菜、草莓、風信子等均可進行水培生產(chǎn)。人工濕地是一種復雜的多功能生態(tài)系統(tǒng)，因其成本低廉、生態(tài)友好、便于與景觀結(jié)合等特點，廣泛應用于尾水處理中。水生植物的選擇是建設濕地生態(tài)系統(tǒng)的重點，因地制宜地選擇合適的濕地植被種植種類，才能有效發(fā)揮人工濕地的生態(tài)功能。

(2)微生物法：利用微生物處理尾水的手段主要有活性污泥法、生物膜法、微生物固定化和微生態(tài)制劑。

活性污泥法是利用懸浮生長的微生物絮團對污染物進行凝聚、吸附、氧化和分解達到去污目的，一般由曝氣池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排出系統(tǒng)組成，處理效率較高，技術工藝已經(jīng)相當成熟，在早期循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中便開始應用，但傳統(tǒng)的活性污泥法占地面積較大。

氧化溝是活性污泥法的一種變形，其設計多為環(huán)形溝渠，極大減少了污水處理的占地面積。環(huán)狀設計增加了溝渠的長度，通過設置曝氣設備的位置，可以獲得不同的溶氧濃度梯度，可以在一條溝渠內(nèi)實現(xiàn)硝化和反硝化作用，增加了污水處理效率。相對于傳統(tǒng)的活性污泥法，其產(chǎn)污泥量也得到了降低，但污泥膨脹的問題仍未解決。

通過人工填料為水中微生物提供附著場所，在物料表面形成由微生物群組成的一層具有生化活性的膜。生物膜法克服了污泥膨脹問題，最早的應用是生物濾池，方法簡單，處理效果較好且能耗低，不產(chǎn)生二次污染，但填充濾料用久了易發(fā)生堵塞而且清理難度大。

生物過濾刷也是基于生物膜法建造的一種凈化設施，具有攔截污染物和生物膜凈化的功能，較其他填料易清洗。生物流化床將生物膜技術與流化床工藝結(jié)合，附著顆粒的體積減小，生物膜與污水的接觸面積增大，有機負荷能力極大提高，處理效率更高，而且不存在物料阻塞的問題，占地面積較小。目前這種技術存在的主要問題是運行成本高、運行管理復雜，但其穩(wěn)定性高、處理效果好和適應性強。

固定化微生物和微生態(tài)制劑是利用有益的微生物進行污染物和水質(zhì)調(diào)控。常用的微生物包括單細胞藻類如小球藻、柵藻等，有益細菌包括硝化細菌、光合細菌、枯草桿菌、放線菌、乳酸菌、芽孢桿菌等多種細菌，既可以單獨使用，又能制成復合型微生態(tài)制劑。固定化技術是由發(fā)酵工藝中固定化酶、固定化細胞反應器發(fā)展而來，通過包埋、交聯(lián)、吸附等技術，使有益微生物以高濃度的狀態(tài)進行有機廢水處理，獲得生物增效。固定化的微生物既可以用于尾水處理，也可以作為微生態(tài)制劑進行原位治理，用于水質(zhì)調(diào)控。

三、尾水處理技術的應用

在實際的尾水治理中，往往是運用多種處理技術，因地制宜地進行工藝設計。

1.池塘養(yǎng)殖尾水處理模式

(1)“三池兩壩”模式：一般由生態(tài)溝渠、沉淀池、過濾壩、曝氣池、過濾壩、生物凈化池組成。尾水經(jīng)過生態(tài)溝渠和沉淀池逐級沉淀后，去除了部分大顆粒物質(zhì)，再經(jīng)第一道過濾壩進一步去除和分解細微懸浮物，然后進入曝氣池中，經(jīng)氧化、揮發(fā)、分解等過程使水中化學需氧量和氨氮等降低，最后經(jīng)過第二道過濾壩進入到生態(tài)池中，通過在生物凈化池中種植水生植物、放養(yǎng)水生動物等構(gòu)建綜合立體生態(tài)位處理系統(tǒng)，有效降低水體中氮、磷濃度，實現(xiàn)水達標排放或循環(huán)再利用。通常尾水處理區(qū)面積為養(yǎng)殖水域的6%～10%，高排污的水域應適當增加處理區(qū)面積，各單元面積占比也要有所調(diào)整。

(2)底排污模式：在尾水處理要求不高或水體污染物含量少的情況下，一些更簡單的處理模式在池塘養(yǎng)殖中也很常見。底排污池底通常呈漏斗形，增氧設備推動水流產(chǎn)生離心力，使固體污染物集中于池底中心，通過低排污口和管道導出并收集，收集的污染物經(jīng)過沉淀實現(xiàn)簡單的固液分離后，液體可用于灌溉，或流經(jīng)人工濕地處理，固體顆粒物可以作為農(nóng)家肥使用。

(3)陸基三池模式：由沉淀池、曝氣池和多級生物凈化池組成，這種模式成本低、運行簡單，在多級生物凈化池中往往還能產(chǎn)生一些其他收益，例如濾食性魚、貝類、魚菜共生系統(tǒng)產(chǎn)出等。

2.集裝箱＋生態(tài)池塘養(yǎng)殖尾水處理模式

集裝箱養(yǎng)殖是一種新型的養(yǎng)殖模式，它將傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖從自然空間里解放出來，實現(xiàn)養(yǎng)殖尾水零排放和循環(huán)利用。從池塘中抽取上層富氧水體用于集裝箱養(yǎng)殖，養(yǎng)殖尾水返回池塘進行生態(tài)凈化。集裝箱內(nèi)斜面環(huán)流集污，箱外固液分離過濾后，進入多級生態(tài)凈化池，實現(xiàn)水體凈化。集裝箱尾水處理模式綜合運用物理過濾和生物凈化，分離出的殘餌、糞便可作為有機肥料；集裝箱養(yǎng)殖尾水處理模式與稻田種養(yǎng)、魚菜共生等模式結(jié)合，提高資源利用率。

3.工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖尾水處理模式

水處理系統(tǒng)是工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖的核心，其水處理系統(tǒng)包括懸浮物和可溶性蛋白去除設備：三級沉淀池、微濾機、過濾篩、泡沫分離器等裝置；有機物分解和氨氮去除設備：厭氧生化池、生物膜反應器等；殺菌增氧設施：紫外、臭氧、曝氣設備。現(xiàn)有的工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)將機械過濾、生物過濾和殺菌增氧等環(huán)節(jié)串聯(lián)，尾水處理循環(huán)路線為單循環(huán)(圖1A)，采用24 小時連續(xù)運行模式，日循環(huán)次數(shù)可達20 次。生物過濾往往需要更多的停留時間，這種單循環(huán)模式不利于生物過濾的穩(wěn)定發(fā)揮，后來發(fā)展出物理過濾與生物過濾并聯(lián)的間歇式雙循環(huán)模式(圖1B)，物理過濾采用連續(xù)運行模式，生物過濾為間歇式，這種方式提高了循環(huán)水系統(tǒng)的處理效率。

圖1 單循環(huán)和間歇式雙循環(huán)工廠化養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)