海水養殖尾水集成處理技術

劉小沙　李飛　高欣東　楊建欣

摘要：探討現有三種海水尾水處理技術及優缺點，綜合分析海水養殖尾水的污染物及生態效應，將現有三種技術進行有機融合，針對性地設計出了一種高效生態的海水養殖尾水集成處理技術。尾水經處理后，水質凈化效果明顯，能夠達標排放，其中TSS的去除率約為55%～60%，COD的去除率約為50%～60%，NH+4-N的去除率約為75%～90%，TP的去除率約為75%～80%。

關鍵詞：尾水處理;海水養殖;生態修復;集成處理

高密度的海水人工養殖飼料利用率低，大部分營養物質流入水體，BOUWMAN等[1]研究表明，貝類、魚類、蝦類養殖過程中N的吸收分別占固體顆粒飼料33%、36%和15%，對P的吸收分別占固體顆粒飼料的22%、33%和10%。海水養殖尾水中大量的剩余飼料、養殖生物排泄物、肥料等將引起水體有機物、N和P等營養物質含量過高，肆意排放將加劇近岸海域環境污染。2020年發布的《第二次全國污染源普查公報》[2]顯示，水產養殖業單位水產品養殖產量的排污強度分別為：化學需氧量13.6 kg/t、氨氮0.45 kg/t、總氮2.02 kg/t、總磷0.33 kg/t。《中國漁業環境生態狀況公報（2018）》[3]顯示，海水重點增養殖區的主要超標因子為無機氮和活性磷酸鹽。

高密度海水養殖尾水輸出的營養物質將為附近海域赤潮的發生提供物質基礎，威脅近岸海域生態系統的穩定性。因此海水養殖尾水的排放引起的環境問題日益受到重視，海水養殖尾水的處理技術也開始成為養殖者及研究者關注的重點。

1海水養殖尾水處理技術

目前海水尾水處理技術總體可分為三大類：物理處理技術、化學處理技術和生物處理技術。

1.1海水養殖尾水物理處理技術

物理處理技術主要采用沉淀、過濾、泡沫分離除去養殖尾水中可見的懸浮物和顆粒性物質[4]。

沉淀分離：主要利用重力的原理使固體顆粒與水分離。沉淀形式包括設置沉淀池或設置迂回排水渠，使尾水中殘餌、排泄物等大顆粒物質沉于水底。同時可在沉淀池加入混凝劑等化學藥劑加快沉淀速率，加強沉淀的效果。沉淀分離設施比較簡單，維護費用低。

過濾分離：利用界面截留的方式有效去除尾水中的顆粒性物質，達到凈化水體的目的。過濾可截留6～120 mm 顆粒物質，常用設備有機械過濾器、壓力過濾器和砂濾器（池）。機械過濾器可根據要截留顆粒的大小制定不同孔徑的篩網，其中微濾機使用比較普遍。砂濾器（池）以石英砂為介質，可有效除去尾水中的TSS（總懸浮物），但對N和P的去除效果不佳。

泡沫分離：通過向水體通入氣體形成氣泡對活性物質進行吸附和濃縮，將有機物和懸浮物帶至水面，起到分離凈化作用。泡沫分離一方面可去除養殖水體的懸浮物質、有機物質，降低有毒物質的積累，另一方面可為水體帶入氧氣，提高養殖水體必需的溶解氧。此技術在養殖尾水循環利用處理中應用十分廣泛。

物理處理技術可快速去除尾水中的懸浮物，但對可溶性有機物、無機物及總氮、總磷的去除效果不理想[5]。

1.2海水養殖尾水化學處理技術

化學處理技術是利用化學的原理破壞、吸附和沉淀尾水中的微生物和污染物，從而達到去污殺菌的作用。養殖尾水中常用的化學處理技術為氧化還原和混凝。

氧化還原：向水中投入氧化劑，利用其強氧化性徹底分解有機物，有效降低水中有害因子。現階段應用較多的是臭氧氧化法，臭氧具有極強的氧化性，可以有效分解尾水中的污染物質，去除尾水中的氨、亞硝酸鹽等有害物質，消殺水中的病毒、微生物等。臭氧在殺菌去污的同時，生成大量氧氣可為養殖水體提供充足的溶解氧，但過量的臭氧會對養殖生物產生毒害作用。因此在實際生產中為了防治臭氧的毒害作用，常采用活性炭吸附或配制鼓風機等方式消除多余的臭氧[6]。

混凝：向水體投加混凝劑破壞尾水中難沉降的小顆粒和膠體物質的穩定性，使其碰撞聚集形成粗大顆粒而沉淀，從而達到凈化尾水的效果。目前常用的混凝劑為無機的鋁鹽、鐵鹽和有機混凝劑，混凝劑的添加可有效去除水中的高分子有機物、重金屬等污染物質，可降低尾水的濁度和色度。

海水尾水的化學處理技術有明顯的水質凈化作用，但要嚴格控制化學添加劑的用量，使用不當將會造成二次污染。

1.3海水養殖尾水生物處理技術

生物處理技術主要是向水中投加具有清潔能力的生物，利用生物的吸收、分解作用達到凈化尾水的效果，目前主要包括水生植物、水生動物和微生物處理法。

水生植物法：海水尾水處理選取的植物要能夠高效吸收尾水中的有機物、營養物、重金屬等污染物，并能適應海水高鹽度的生長環境。利用海馬齒構建生態浮床，可有效降低尾水中污染物和底泥的有機物含量[7];利用北美海蓬子構建生態浮床可降低海水養殖尾水中的N和COD（化學需氧量） [8]。另外蘆葦、龍須菜、堿蓬、堿菀等水生植物對海水養殖尾水的污染物均具有一定的去除能力。

水生動物法：利用濾食性魚類和貝類過濾吸收尾水中的浮游動植物和有機顆粒從而達到增加水體透明度，凈化水質的目的。有研究表明，在流水狀態下泥蚶能夠有效降低海水尾水的SS（懸浮物）、氨態氮和亞硝酸鹽氮;縊蟶能有效降低尾水氨態氮、亞硝酸鹽氮，文蛤能降低弧菌的含量[9]。另外向養殖尾水中投養大型魚類可有效控制水體藻類生長，降低有害藻類的生物量。

微生物法：通過微生物吸收利用尾水中的氨氮、亞硝酸鹽和有機物達到降低水體污染物的目的。其中應用最廣泛的為微生物制劑法，可調節水體微生物的群落結構，吸收分解水體有機物質，抑制有害菌群的生長。常見的微生物制劑包括光合細菌、硝化細菌、芽孢桿菌及藻類等。另外微生物技術還有生物膜法如曝氣生物濾池、膜生物反應器等均已在海水尾水處理中應用，并取得了一定的效果[10]。

海水生物處理技術是一種生態、安全的海水養殖尾水處理技術，但處理周期長、見效慢，單一的生物處理技術無法滿足大規模養殖尾水處理的需求。

2海水養殖尾水集成處理技術

傳統的物理、化學、生物處理技術均具有自身的優缺點，但單一的處理技術無法滿足養殖尾水處理系統的要求，因此為了更有效地降低和降解海水養殖尾水中的污染物，達到排放或循環使用的標準，筆者對物理、化學、生物處理技術進行了有機融合，取長補短，研發出一套具有高效性、生態性、可操作性的海水尾水集成處理技術，該套技術主要應用于工廠化海水養殖和規模化海水池塘養殖模式。

2.1工藝流程

尾水處理流程如圖1：海水養殖尾水收集后經排水管道或生態渠道進入沉淀池，經過初步沉淀處理去除懸浮物后進入曝氣池，在曝氣池進行增氧和生物掛膜處理后進入過濾壩，經過過濾作用進一步除去懸浮物，尾水再進入生物凈化池，在池中經過多層生物吸收分解作用達到凈化的目的。處理后的尾水可達標排放或循環再利用。

2.2處理設施要求及作用

2.2.1排水管道或生態渠將尾水收集后，可根據池塘具體情況選擇排水管道或生態渠。排水管道或生態渠需設置一定的坡度，使水流順暢。若采用生態渠可局部種植蘆葦、龍須菜等水生植物或底播牡蠣、文蛤等，實現排水過程降低污染物負荷，減輕后續處理壓力，但生態渠中的水生動植物要以保證不影響水流的通暢為前提。在排水管道或生態渠末端設置簡易人工格柵，攔截較大的顆粒物質和懸浮物，格柵上的污物需定期進行清理。

2.2.2沉淀池沉淀池池深一般不低于2.5 m，池底和四周進行防滲處理。為增加水體在沉淀池的停留時間，加強沉淀效果，在沉淀池內利用擋水壩設置2～3個區域來增長沉淀池水流的路徑。沉淀池可根據沉淀情況和水質加入適量的絮凝劑來加強處理效果，沉淀池底部采用吸污泵定期清淤。另外若尾水中含有大量的蝦類蛻殼，可配備固液分離設備對固體物質進行分離去除。

2.2.3曝氣池曝氣池池深一般設置為1.5～2 m，池底及四周均做防滲處理，池邊安裝曝氣增氧設備。曝氣池使用分為兩部分：前一半池底鋪設曝氣管道及曝氣盤;另一半池上層和底層分別固定一條尼龍繩，在繩子中間每隔20 cm懸掛一束毛刷進行掛膜。曝氣池中為好氧環境有利于有氧微生物的生長，在此池中可添加微生物制劑，增加有益菌群，加快水體有機物分解。

2.2.4過濾壩過濾壩寬度設置不低于1.5 m，過濾壩四周為空心磚結構，壩中填充固定濾料層，濾材可選用鵝卵石、火山石、陶粒等。上層、中層和下層濾材的粒徑依次為3～5 cm、5～8 cm、8～10 cm，上層和中層填料高度為60 cm左右。為了防止濾料層阻塞影響過濾效果，濾材需根據使用情況定期進行清洗和更換。

2.2.5生物凈化池生物凈化池是本系統的主要處理環節，池深一般設置2.5 m。池底養殖牡蠣、文蛤等貝類，池中吊養牡蠣，池上建立生態浮床。選擇有一定承重的生態浮板種植海馬齒、龍須菜等，在池周圍種植蘆葦等大型挺水植物。另外根據養殖周期定期施用芽孢桿菌、硝化細菌或EM菌等微生物制劑，加強水體污染物的分解。生物凈化池通過水生動物的濾食作用，水生植物的吸收作用，微生物的降解作用有效降低尾水中氨氮、有機物等含量，從而達到凈化水體的效果。經生物凈化池處理后尾水可循環利用或達標排放。

2.3處理效果

該系統對養殖尾水中的TSS、COD、NH+4-N（氨氮）、TP（總磷）均有較好的去除效率，水質凈化效果明顯，能夠達標排放。其中TSS的去除率約為55%～60%，COD的去除率約為50%～60%，NH+4-N的去除率約為75%～90%，TP的去除率約為75%～80%，另各個指標的去除效果均與源養殖尾水中污染物的濃度相關。

此系統處理設施包括了生態渠道（排水管道）、沉淀池、曝氣池、過濾壩和生物凈化池，其處理設施占地面積約為養殖水域的6%～10%左右，可結合具體的養殖模式和當地地勢進行適當調整。另外此系統需配備水質監測系統或水質監測實驗室，定期監測各個設施中主要水質指標，并根據監測結果及時對系統進行調整，保證整個處理系統的穩定性和處理效果。

3結語

適當的尾水處理技術可大幅度地降低海水養殖尾水中的污染物質，削減尾水排放對周邊海域生態環境的破環。在海水養殖業迅速發展的今天，養殖尾水的處理已經成為影響我國海水養殖行業健康發展的關鍵因素，因此我們要高度重視海水養殖尾水處理技術的研究和推廣。我國各地可借鑒現有尾水處理技術開發適合當地海水養殖的尾水處理模式，并利用典型案例示范引領，大力推廣尾水處理技術和生態養殖的理念，實現海水養殖的綠色發展。

參考文獻：

[1] BOUWMAN L，BEUSEN A，GLIBERT P M，et al.Mariculture： Significant and expanding cause of coastal nutrient enrichment[J].Environmental Research Letters，2013，8（4）：26-44.

[2] 第二次全國污染源普查公報[J].環境保護，2020，48（18）：8-10.

[3] 中國水產科學研究院（農業農村部漁業生態環境監測中心）.中國漁業生態環境狀況公報（2018） [DB/OL].https：www.cafs.ac.cn/info/1387/33583.htm，2019-10-22.

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[9] 黃琳，徐勝威，王雪磊，等.3種灘涂貝類對凡納濱對蝦養殖尾水凈化效果的比較研究[J].寧波大學學報（理工版），2020，33（6）：7-12.

[10] 葉麥，童家歆.海水對蝦養殖尾水處理技術與發展趨勢[J].華中農業大學學報，2021，40（5）：241-252.

（收稿日期：2022-04-10;修回日期：2022-05-20）

基金項目：河北省職業教育科學研究“十四五”規劃2021年度一般項目：“新時代”背景下高職實訓指導教師教學水平提升途徑的研究（JZY21113）;唐山海運職業學院2020年度院級課題：“雙師”背景下教師專業能力提升模式研究—以本校水產養殖專業為例（QN2020005）。

作者簡介：劉小沙（1986.12-），女，工程師，研究方向：海洋生態環境與水產養殖。E-mail： liuxiaosha19@126.com。DOI：10.3969/j.issn.1004-6755.2022.06.005