水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理技術(shù)研究進展

于建霖　康會會　孔慶霞

摘? ? 要：隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)集約化、規(guī)模化發(fā)展，水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水的處理成為了水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中的重要問題。養(yǎng)殖尾水中的有害物質(zhì)多種多樣，對養(yǎng)殖水域及其他天然水體造成了巨大危害。經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者的長期研究，養(yǎng)殖尾水處理技術(shù)形成了物理處理技術(shù)、化學(xué)處理技術(shù)和生物處理技術(shù)3類技術(shù)手段。為探討解決當(dāng)下水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水污染問題的有效方案，本文以水域生態(tài)學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合國內(nèi)外文獻，對三類水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理技術(shù)的原理、設(shè)備、工藝的研究現(xiàn)狀進行了綜述，分析了3種處理手段各自存在的優(yōu)勢和局限性，又通過分析3類技術(shù)手段綜合運用的效果，提出了對水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理技術(shù)未來研究方向的展望，為改進現(xiàn)有養(yǎng)殖尾水處理工藝提供了理論依據(jù)，為養(yǎng)殖環(huán)境的修復(fù)工作提供資料參考。

關(guān)鍵詞：水產(chǎn)養(yǎng)殖；尾水處理；研究進展

中圖分類號：S949? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2023.S.018

Research Progress of Aquaculture Tailwater Treatment Technology

YU Jianlin， KANG Huihui， KONG Qingxia

（College of Aquaculture， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300392， China）

Abstract：With the intensive and large-scale development of aquaculture industry， the treatment of aquaculture tailwater has become an important problem in the aquaculture production process. The harmful substances in the aquaculture tailwater are diverse， which cause great harm to the aquaculture waters and other natural water bodies. After long-term research by scholars at home and abroad， the aquaculture tailwater treatment technology has formed three types of technical means： physical treatment technology， chemical treatment technology and biological treatment technology. In order to explore the effective solution to solve the problem of tailwater pollution in aquaculture， this paper took the theory of aquatic ecology， combined with domestic and foreign literature， summarized the research status of principle， equipment and craft of three types of aquaculture tail water treatment technology， and analyzed the advantages and limitations of the three treatment methods. By analyzing the effect of the comprehensive application of three types of technology， the prospects of the future research direction of aquaculture tailwater treatment technology were put forward. It provides a theoretical basis for improving the existing treatment craft of tailwater in aquaculture， and offers data reference for the restoration of aquaculture environment.

Key words： aquaculture industry; tailwater treatment; research progress

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)集約化、規(guī)模化發(fā)展，水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水的處理在水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中成為了一個重要的問題。由于養(yǎng)殖尾水中污染物及其引發(fā)災(zāi)害的多樣性、復(fù)雜性，水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理成為了制約水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的瓶頸。對此，國內(nèi)外學(xué)者進行了深入且細(xì)致的研究探索，基本形成了3種技術(shù)手段，即物理處理技術(shù)、化學(xué)處理技術(shù)和生物處理技術(shù)[1-8]。現(xiàn)有的研究成果大多是針對一種技術(shù)工藝參數(shù)的變量化研究[9]，而對于綜合、完善、有效的處理方案的研究較少。

為了探索解決當(dāng)下水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水污染問題的有效方案，本文對3種技術(shù)手段的研究進展和應(yīng)用案例進行總結(jié)歸納，通過分析各類技術(shù)的原理，對比它們之間的優(yōu)劣，為養(yǎng)殖環(huán)境修復(fù)工作提出一些意見參考。

1 水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水污染物的特點

水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水中的主要有害物質(zhì)包括氮、磷、有機物、懸浮物和重金屬等，同時pH值過高或過低也同樣會對水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境造成危害。氮、磷和有機物的來源主要是人工餌料和有機肥料，過量投放的餌料和肥料中只有大約9.1%和17.4%的N和P能被魚類吸收用于生長[10]，剩余部分就沉積在水體中，被養(yǎng)殖作物吸收的餌料和肥料中又有部分N和P以糞便的形式排入養(yǎng)殖水中。這些排泄物、殘餌、其他次級代謝物就組成了水體中的懸浮物質(zhì)[11-13]。此外，水體中各種微生物和魚體脫落物也是固體懸浮物的來源[14]。重金屬污染分為外源性污染和內(nèi)源性污染，前者是指在養(yǎng)殖過程中有外來重金屬污染源的排入導(dǎo)致水產(chǎn)品受到污染，或是養(yǎng)殖區(qū)域原有環(huán)境曾經(jīng)遭受重金屬污染，從而在養(yǎng)殖過程中通過底泥釋放、水體交換等途徑，對養(yǎng)殖水產(chǎn)品造成的污染；后者是在養(yǎng)殖過程中，由于飼料的投放、魚藥的施用等養(yǎng)殖行為所導(dǎo)致的重金屬污染，其中以Cu、Zn為主[15]。

養(yǎng)殖尾水中的污染物無論是對養(yǎng)殖水域還是其他天然水體都會造成巨大的危害。首先，N、P過高造成水體富營養(yǎng)化，赤潮等問題頻發(fā)；有機物質(zhì)大量消耗水體中的氧氣，造成養(yǎng)殖物種缺氧致死，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失；重金屬作為有毒物質(zhì)則造成養(yǎng)殖物種中毒或致病，同樣給養(yǎng)殖業(yè)帶來嚴(yán)重威脅。據(jù)報道[16]，2019年山東近岸海域出現(xiàn)富營養(yǎng)化站位35個，占總站位的19.1%，出現(xiàn)有機污染輕微污染及以上站位39個，占總站位的21.3%，且出現(xiàn)富營養(yǎng)化的站位均同時存在重度有機物污染問題。黎素菊[17]等根據(jù)2013—2018年柘林灣養(yǎng)殖區(qū)海域水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，對該水域氮、磷的季節(jié)性分布特征和富營養(yǎng)化狀況進行了分析，發(fā)現(xiàn)富營養(yǎng)化的季節(jié)分布特征與N、P的季節(jié)性分布特征完全一致，進一步說明養(yǎng)殖水體的富營養(yǎng)化現(xiàn)象與海水養(yǎng)殖的季節(jié)性生產(chǎn)密切相關(guān)。盧欣[18]對福建省閩東近海養(yǎng)殖區(qū)水域的重金屬空間分布特征及其影響因素、富集現(xiàn)狀進行了評估，結(jié)果顯示該地區(qū)Cr、Cu、Ni處于較高富集水平，且Cd含量存在中等潛在生態(tài)風(fēng)險，各類重金屬元素主要在沿岸地區(qū)工業(yè)、居民點、碼頭、網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)、水產(chǎn)養(yǎng)殖塘等地點附近富集。目前我國工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖發(fā)展迅速，養(yǎng)殖水經(jīng)過處理后要進行循環(huán)使用，若處理不達(dá)標(biāo)，污染物就會在循環(huán)利用中不斷積累，而部分沒有進行循環(huán)利用的養(yǎng)殖水，則會排入天然水體中，對自然水域環(huán)境造成污染。

2 處理技術(shù)與設(shè)備的研究進展

2.1 物理處理技術(shù)

水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水物理處理技術(shù)的主要手段是利用各種孔徑的濾材，阻隔或吸附水中的雜質(zhì)，從而保持水質(zhì)潔凈。其中，機械過濾和泡沫分離技術(shù)因效果明顯而在工廠化規(guī)模養(yǎng)殖的尾水處理中應(yīng)用最為廣泛，此外還有一些其他常用技術(shù)。

2.1.1 機械過濾 機械過濾是尾水處理中用于固液分離的基本技術(shù)手段，其原理是利用過濾設(shè)備的篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)和機械動力對養(yǎng)殖尾水進行過濾處理，一定孔徑的篩網(wǎng)將尾水中的顆粒物質(zhì)分離出來，達(dá)到初步凈化的作用。常用的機械過濾裝置包括弧形篩、轉(zhuǎn)鼓式微濾機、葉輪式過濾裝置和氣提式砂過濾裝置等[19-20]。

弧形篩的材質(zhì)一般為不銹鋼，具有較高的剛度和耐腐蝕性，其組成部分包括進水口、集水槽、布水板、篩網(wǎng)、集污槽、排污口、出水口、支架。進行尾水處理時，養(yǎng)殖池中排出的廢水從弧形篩進水口進入集水槽，之后流經(jīng)布水板和篩網(wǎng)，在離心力和重力作用下，懸浮顆粒物被濾出并進入集污槽，之后由排污口排出，而清水則進入水箱后經(jīng)出水口進入下一個處理環(huán)節(jié)。張正等[21]研究了弧形篩對大菱鲆（Scophthalmus maximus）養(yǎng)殖尾水的處理效果，結(jié)果表明廢水中的固體懸浮物經(jīng)弧形篩過濾后下降了約70%，弧形篩用作養(yǎng)殖廢水的初級過濾，可以有效去除水中的殘餌、糞便等大顆粒物質(zhì)；梁友等[22]對弧形篩對半滑舌鰨（Cynoglossus semilaevis）養(yǎng)殖尾水的凈化效果進行了測評，結(jié)果表明弧形篩有效凈化了廢水中的固體顆粒，篩除率高達(dá)90%，起到了很好的阻截固體污染物的作用，此外，還增加了水的含氧量，提高了pH值，降低了COD值，可為后續(xù)的水處理減輕負(fù)荷；陳石等[23]分析了篩縫規(guī)格、篩網(wǎng)安裝角度和水處理量對弧形篩處理效果的影響，結(jié)果顯示固體顆粒物去除率與篩縫間隙、水處理量均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，篩縫間隙應(yīng)以等于或略小于水體中平均固體顆粒物粒徑為宜，單位面積篩面的水處理負(fù)荷應(yīng)控制在50 m3·m-2·h-1左右。另外，在合理的篩網(wǎng)安裝角度范圍內(nèi)適當(dāng)增大安裝傾角有利于提高固體顆粒物去除率。

微濾機的種類包括轉(zhuǎn)鼓式、轉(zhuǎn)盤式、格柵式和履帶式，其中在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中常用的是轉(zhuǎn)鼓式微濾機。轉(zhuǎn)鼓式微濾機的工作原理是利用外部附有一層篩網(wǎng)的滾筒，由電機驅(qū)動其轉(zhuǎn)動，當(dāng)養(yǎng)殖尾水進入微濾機時，顆粒懸浮物在離心力作用下被截留在篩網(wǎng)上，并由反沖洗水流將顆粒物沖入接污槽內(nèi)并流出轉(zhuǎn)筒，水體中的懸浮污染物便得以有效地去除。篩網(wǎng)和反沖洗裝置中噴嘴的選擇是決定微濾機工作效率的2個關(guān)鍵因素。篩網(wǎng)的網(wǎng)目數(shù)（孔徑）直接影響轉(zhuǎn)鼓式微濾機的總懸浮顆粒物（TSS）去除效率、反沖洗頻率和耗水耗電等指標(biāo)。宿墨等[24]選取了5種不同網(wǎng)目規(guī)格的不銹鋼篩網(wǎng)，對錦鯉（Cyprinus carpio haematopterus）養(yǎng)殖尾水中TSS的去除效率和能耗情況進行了對比研究，結(jié)果表明200目篩網(wǎng)的技術(shù)經(jīng)濟效果最為明顯，其TSS平均去除率達(dá)到54.90%。潘雁艷[25]則指出，在食用水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)備中，反沖洗裝置中的噴嘴應(yīng)選擇輕質(zhì)無毒、耐腐蝕的樹脂材質(zhì)，為了兼顧節(jié)能和沖洗效果，應(yīng)選擇中低壓力的扇形噴嘴，噴射角度以65°或50°為最佳。此外，為了便于安裝及損壞時的更換和維修，可選擇可調(diào)夾扣式噴嘴。

葉輪式過濾裝置主要由殼體、齒輪、傳動軸、過濾網(wǎng)、葉輪、收集蓋帽、出水口，以及進水口組成[26-27]。基本原理為：待濾液體由泵送入殼體內(nèi)，在葉輪旋轉(zhuǎn)加壓作用下，廢液中的顆粒物沉積在濾網(wǎng)上，過濾后的液體從出水口排出。沉積在濾網(wǎng)上的顆粒物會形成濾餅，當(dāng)濾餅積到一定厚度，需停止過濾，對濾網(wǎng)進行洗滌。為了對此作出改進，黃平[28]發(fā)明了一種自動反沖洗葉輪式過濾器，它依靠流體動能提供自清洗動力，不需要電機減速機，更加節(jié)能環(huán)保，可用于持續(xù)性的過濾工作。于冬冬[29]設(shè)計并制作了一種葉輪式氣浮過濾裝置，其實質(zhì)是利用了泡沫分離法的凈水原理，讓空氣通過氣體通道進入殼體內(nèi)，在高速旋轉(zhuǎn)的葉輪附近形成微氣泡，利用氣泡的吸附、濃縮作用去除污染物。同時，微氣泡與待濾液體組成水氣混合物，使得葉輪旋轉(zhuǎn)阻力降低，提高了動力增氧效率。通過對循環(huán)水養(yǎng)殖魚池進行采樣試驗，發(fā)現(xiàn)該裝置對水體中顆粒懸浮物的平均去除率可達(dá)到42.13%，同時還可以有效增加水體溶氧，此外還對色度、總氮、COD也有一定去除效果。

氣提式砂濾器是近年來受到廣泛應(yīng)用的一種新型砂過濾裝置，相比于傳統(tǒng)壓力式砂濾罐，具有無需定期停機進行反沖洗，耗能少，操作簡單等優(yōu)點[30-31]。其結(jié)構(gòu)包括進氣口、布水裝置、提砂管、洗砂裝置、砂層、排污口、進水口和出水口。工作時，待濾廢水由水泵從進水口送至砂濾器底部的布水器并與砂層混合的同時，從進氣口進入的空氣將砂層底部的砂粒連同廢水一起通過提砂管上升至洗砂裝置，這一過程中會產(chǎn)生大量氣泡將顆粒懸浮物包裹住，并隨部分養(yǎng)殖水從排污口排出，石英砂在重力作用下落回砂層底部，而處理后的凈水則從出水口排出進入下一處理環(huán)節(jié)。于冬冬等[31]設(shè)計的氣提式砂濾裝置對羅非魚（Oreochromis mossambicus）養(yǎng)殖尾水進行了處理試驗，最終該裝置對顆粒懸浮物的去除率最高可達(dá)48.33%，且對60 μm以下的細(xì)微顆粒物效果尤為顯著，同時也對COD、氨氮和亞硝酸氮有一定去除效果。

2.1.2 泡沫分離技術(shù) 泡沫分離法又稱為氣浮法，是利用泡沫在水中運動時會對周圍顆粒物進行吸附形成表聚物的特質(zhì)，對水中污染物進行去除的一種凈水技術(shù)。前文提到過的氣浮過濾裝置和氣提式砂濾器正是將傳統(tǒng)機械過濾與泡沫分離技術(shù)進行了結(jié)合。除此之外，國內(nèi)外還有很多關(guān)于泡沫分離器的研究均在養(yǎng)殖尾水處理中取得了良好的效果。單建軍等[32]利用機械氣浮裝置對吉富羅非魚（Tilapia sp.， GIFT Strain）循環(huán)水養(yǎng)殖尾水進行了凈化試驗，結(jié)果顯示其總懸浮物、化學(xué)耗氧量、總氮、總磷和色度的去除率最高分別可達(dá)到54.54%、33.7%、38.77%、30.27%、27.96%。Brambilla等[33]研究了泡沫分離法對鱸魚（Dicentrarchus）循環(huán)水養(yǎng)殖尾水中顆粒物質(zhì)和異養(yǎng)細(xì)菌的去除效果，提出泡沫分離器對60 μm以上和0.22～1.2 μm的懸浮顆粒物去除效果最好。泡沫分離器對懸浮污染物的分離效率還會受到多種因素的影響。Barrut等[34]評估了在不同條件（顆粒有機物濃度、氣流速度、水循環(huán)速率等）下泡沫分離器的分離效率，得出的結(jié)論是增加顆粒有機物濃度，降低水循環(huán)速率使泡沫分離效率提高，而增加氣流速度會使泡沫分離效率降低。

2.1.3 膜分離技術(shù) 隨著現(xiàn)代生物學(xué)和物理學(xué)的發(fā)展，膜分離技術(shù)成為一種新型水處理技術(shù)。它是利用各類無機材料以及有機高分子材料制作多孔薄膜，基于外力作用影響，各類小分子物質(zhì)能穿過薄膜，大分子物質(zhì)會被薄膜截取，因此可以使分子量較小的水分子有效通過，將水中各類無機物、鹽類物質(zhì)有效分離，以達(dá)到凈化水質(zhì)的效果[35]。根據(jù)膜過濾孔徑，可劃分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜[36]。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，膜過濾技術(shù)常被用于處理直徑為20～25 μm的微顆粒，但詳細(xì)的應(yīng)用案例鮮有報道。

2.1.4 物理調(diào)水技術(shù) 物理調(diào)水技術(shù)也是一種較為常用的物理凈水方法，是由相關(guān)人員采取物理手段對受污染水體進行人工干預(yù)，目前常用的兩種物理調(diào)水技術(shù)包括加換水和機械增氧2種[1]。加換水最為簡單，但局限性也最大，僅在水體污染程度超過其自凈能力時使用，因此不用于養(yǎng)殖尾水的處理。機械增氧可以增加水體中溶氧并使溶氧分布均勻，同時促進氧化反應(yīng)，降低氧債，抑制有害化合物的生成，加快殘餌、糞便等有機物的分解[37]。

2.2 化學(xué)處理技術(shù)

化學(xué)處理技術(shù)是利用化學(xué)添加劑或外加電場，使水體中發(fā)生一系列物化反應(yīng)，使污染物轉(zhuǎn)化分解，從而去除污染物質(zhì)的水處理技術(shù)。目前，養(yǎng)殖水處理中常用的化學(xué)添加劑包括臭氧和絮凝劑。

2.2.1 臭氧處理法 臭氧具有極強的氧化性，可有效去除養(yǎng)殖尾水中的氨氮、亞硝酸氮等有害物質(zhì)，此外還有一定殺菌效果[38]。Summerfelt等[39]向虹鱒魚（Oncorhynchus mykiss）養(yǎng)殖循環(huán)水中添加了臭氧，結(jié)果表明添加臭氧使TSS（總懸浮固體）的平均濃度降低了35%，COD降低了36%，DOC（可溶性有機碳）降低了17%，亞硝酸鹽降低了82%。陳萍等[40]用臭氧處理大菱鲆（Scophthalmus maximus）養(yǎng)殖尾水，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)臭氧對氨氮和亞硝酸氮的平均去除率為56.30%，對細(xì)菌的滅除率達(dá)到51.82%。臧維玲等[41]使用了ZXY-30型臭氧發(fā)生器對凡納濱對蝦（Penaeus vannamei）苗種養(yǎng)殖水進行了處理試驗，測定結(jié)果顯示，經(jīng)1 h處理，亞硝酸氮含量降低67.74%，細(xì)菌殺滅率達(dá)到56.21%。

2.2.2 絮凝劑處理法 傳統(tǒng)的絮凝劑大多為鐵鹽、鋁鹽、石灰等，其原理是利用其與水中污染物相反的電性來減少離子之間的排斥作用，使尾水中的膠狀離子凝聚沉降，從而達(dá)到去除懸浮污染物的目的。但傳統(tǒng)的絮凝劑在使用過程中存在對環(huán)境造成二次污染的問題，甚至有很強的致癌、致畸、致突變作用。隨著水產(chǎn)行業(yè)對環(huán)境保護的重視，微生物絮凝劑逐漸開始取代傳統(tǒng)絮凝劑用于尾水處理中。與傳統(tǒng)絮凝劑相比，微生物絮凝劑不僅具有絮凝劑的特性，更具有高安全性、高效率和低成本等優(yōu)勢[42]。徐亮等[43]利用植生烏拉爾菌（Raoultella planticola）制取了微生物絮凝劑，并研究發(fā)現(xiàn)其對銅離子（0.2×10-6）的絮凝條件為：pH=5、絮凝時間1.62 h、助凝誘導(dǎo)劑氧化石墨烯（Graphene Oxide）濃度為13.11 mg·L-1時，絮凝效率可達(dá)到最高的86.01%。Hende等[44]利用微藻細(xì)菌絮凝序批式反應(yīng)器（MaB-floc SBRs）規(guī)模化處理梭鱸（Sander lucioperca）養(yǎng)殖污水，對C、N、P、COD、BOD5和懸浮物的去除效果進行了分析，經(jīng)過長達(dá)231 d的運行試驗，各項指標(biāo)除硝酸鹽和亞硝酸鹽外均達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，通過重力沉降和過濾脫水收獲大量微生物絮凝劑。此外，還有學(xué)者[45-47]將微生物絮凝劑用于Cr、Zn、Pb、Cd和Fe等重金屬的去除。

2.2.3 電化學(xué)法 電化學(xué)法也是一種常用的化學(xué)凈水方法，它是指向水體中施加直流電以產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，從而實現(xiàn)將電解質(zhì)溶液中的污染物氧化、降解、析出或沉淀的一種技術(shù)，根據(jù)原理的不同又可以分為電氧化技術(shù)、電還原技術(shù)、電芬頓（Fenton）技術(shù)、電絮凝技術(shù)、電氣浮技術(shù)等[48]。尹延明等[49]采用雙室電解池，通過電氧化法處理模擬養(yǎng)殖循環(huán)水中的氨氮，結(jié)果發(fā)現(xiàn)陽極電勢為1.4 V時處理效果最佳，電解3 h后，產(chǎn)生的用于去除氨氮的活性氯含量最高（濃度為1.9 mg·L-1），NH4+-N去除率可達(dá)98.4%，氮元素轉(zhuǎn)化NO3 -? -N比例達(dá)到12.9%，總氮去除率達(dá)到84.4%。Mook等[50]闡述了一種生物電化學(xué)反應(yīng)器（BERs），在陰極和陽極分別發(fā)生還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)，可去除99%的污染物（TAN、TOC和BOD等）。電芬頓技術(shù)以Fe2+和H2O2為芬頓試劑，在催化作用下生成具有高度活性的羥基自由基，使有機物得到降解。Jurate等[51]用鉑鈦電極對模擬廢水進行電芬頓脫氮試驗，通過改變Fe2+和H2O2的比例、初始硝酸鹽濃度和電流密度，優(yōu)化了反應(yīng)條件，提高了電芬頓法降解硝酸鹽的反硝化效率，結(jié)果顯示最佳反應(yīng)條件為Fe2+ ∶ H2O2=1∶20，400 mg·L-1初始硝酸鹽濃度和0.34 mA·cm-2電流密度。Islam[52]通過綜述電絮凝法處理工業(yè)廢水的機理，總結(jié)出該項技術(shù)的最佳處理工藝為：處理時間50～60 min，電流密度10～150 A·m-2，使用Al或Fe電極，在中性pH下去除污染物的效率最高。Hamdan等[53]研究了一種可用于除去水中Cr（VI）等金屬離子的新型電絮凝柱，并探究在25 ℃溫度下，進流流量、施加電流密度、初始濃度、pH和空氣混合對系統(tǒng)的影響，研究結(jié)果表明，Cr（VI）的去除率與進口流量成反比，與外加電流密度成正比，在pH=8，進口流量為30 mL·min-1，電流密度為7.61 mA·cm-2時，除鉻率達(dá)到100%。Xing等[54]采用電氣浮法處理寬溝對蝦（Penaeus latisulcatus）養(yǎng)殖尾水，經(jīng)過對比試驗得到最佳操作條件為：電流密度25 A·m-2，水力停留時間40 min，在此條件下可同時去除總氨氮（TAN）、亞硝酸鹽（NO2 -? -N）和化學(xué)需氧量（COD），并有效分離細(xì)懸浮顆粒（SS）。

2.3 生物處理技術(shù)

生物處理技術(shù)即利用水生動植物和微生物及其副產(chǎn)物除去污染物的方法，常用的有活性污泥技術(shù)、生物過濾技術(shù)和生態(tài)處理技術(shù)。

2.3.1 活性污泥技術(shù) 活性污泥是微生物群體及它們所依附的有機物質(zhì)和無機物質(zhì)的總稱，根據(jù)微生物繁殖條件又可分為好氧活性污泥和厭氧顆粒活性污泥。活性污泥法即利用微生物絮凝體與水體中污染物發(fā)生各類反應(yīng)，從而去除有害物質(zhì)的一種凈水方法，常被用于城市污水的處理。活性污泥技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的應(yīng)用也被稱為“生物絮團技術(shù)”，由Avnimelech在1999年首次提出[55]，對養(yǎng)殖水體中氨氮、亞硝態(tài)氮具有良好的去除效果。孫楊[56]向鳙魚（Aristichthys nobilis）和鰱魚（Hypophthalmichthys molitrix）養(yǎng)殖池中添加了生物絮團，并監(jiān)測水質(zhì)在31 d內(nèi)的變化趨勢，結(jié)果顯示試驗組的TN、NH4 + -N、COD、NO3 - -N和NO2 -? - N濃度均顯著低于對照組，且對鳙魚和鰱魚的特定生長率有顯著提升，說明生物絮團不僅可以調(diào)控水質(zhì)，還可替代傳統(tǒng)飼料。李慧耀等[57]以蔗糖為碳源，芽孢桿菌、光合細(xì)菌和嗜酸乳桿菌為異養(yǎng)菌加入凡納濱對蝦養(yǎng)殖池，試驗持續(xù)整個冬季，結(jié)果顯示與對照池相比，生物絮團在不同養(yǎng)殖階段均能有效調(diào)節(jié)養(yǎng)殖水質(zhì)，總磷、活性磷酸鹽、氨氮和無機氮含量最高降低比例分別為45.37%、94.82%、90.14%、20.74%，浮游植物多樣性和對蝦生長速度顯著提高，驗證了絮團養(yǎng)殖技術(shù)在凡納濱對蝦淡化養(yǎng)殖中的可行性。

影響活性污泥技術(shù)的因素包括碳氮比、碳源的種類、pH值與堿度，以及光照、水溫等[58]。Gordo等[59]研究了補料間歇反應(yīng)器（FBR）處理含鹽循環(huán)水養(yǎng)殖廢水的能力，評估了不同外部碳源和內(nèi)部碳源對處理效果的影響，使用醋酸鹽作為外部碳源的脫氮率最高。Panigrahi等[60-61]研究表明，碳氮比保持在1∶15～1∶20時效率最高，且生物絮團生長較快，水質(zhì)較為穩(wěn)定。姚志通[62]提出用沸石強化活性污泥性能，并對尼羅羅非魚循環(huán)水養(yǎng)殖進行試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在污泥接種體積為25%，HRT為18 h，溫度22～25 ℃，溶氧保持在2.5 mg·L-1以上，沸石投加量為6 g·L-1，調(diào)節(jié)pH值在6.5～8.0條件下，該方法能有效去除養(yǎng)殖水體中的NH4 +? -N和NO2 -? -N等物質(zhì)，且尼羅羅非魚存活率達(dá)到85.6%，特定生長率為1.37%。

2.3.2 生物過濾技術(shù) 生物過濾技術(shù)又可稱為生物吸附技術(shù)，是利用水生動植物和微生物的吸收代謝作用，降解養(yǎng)殖尾水中的有機物和氮磷營養(yǎng)鹽，或富集重金屬離子，從而達(dá)到凈水目的。

水生植物在生長過程中能富集水中的氮、磷、有機物和重金屬等有害物質(zhì)。李丹[63]分析了紫萼、鴨舌草、水蓼、紅蓼、澤瀉5種水生植物對水體富營養(yǎng)化的凈化作用，結(jié)果表明5種植物對TP和TN均有明顯去除作用，且對TN的去除率均能達(dá)到90%以上。黃樂等[64]對水葫蘆處理廢水在國外的研究進展進行了綜述，水葫蘆對有機物、無機物和重金屬均有良好的去除效果，但其生長過快的特性存在一定隱患。竇寅[65]將水雍菜與克氏原螯蝦（Procambarus clarkii）共同培養(yǎng)120 d，將水花生與克氏原螯蝦共同培養(yǎng)5周，研究2種水生植物對氮、磷、COD與懸浮物等指標(biāo)的凈化效果，結(jié)果顯示2種水生植物均可有效降低螯蝦養(yǎng)殖水體的富營養(yǎng)化程度，并大幅提高苗種存活率。

藻類在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中有著廣泛的應(yīng)用，其中又可分為大型藻類和微藻的應(yīng)用。關(guān)于大型藻類，根枝藻（Rhizoclonium）[66]、龍須菜（Gracilaria sjoestedtii）[67]、孔石莼（Ulva pertusa）[68]、海帶（Laminaria japonica）和條斑紫菜（Porphyra yezoensis）[69]等在生長過程中可大量吸收氮磷營養(yǎng)鹽，是大規(guī)模處理養(yǎng)殖廢水的優(yōu)良材料。關(guān)于微藻，鄧祥元等[70]比較分析了蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）和斜生柵藻（Scenedesmus obliquus）對氮、磷的去除能力，發(fā)現(xiàn)小球藻對氮磷的去除能力強于斜生柵藻；Deng等[71]對萊茵衣藻（Chlamydomonas reinhardti）去除廢水中氮磷的性能進行了研究，考察了初始氮磷濃度、氮磷比、光照條件、pH值和細(xì)胞固定化等因素對去除效率的影響，結(jié)果表明萊茵衣藻對氮磷的去除率在初始氮磷濃度分別在55 mg·L-1、7 mg·L-1以下時接近 100%，當(dāng)?shù)妆葹?∶1和10∶1時，衣藻在3 d內(nèi)完全吸收水體中的氨氮，L/D為24 h∶0 h時去除速率更快且去除率為100%，最適pH值范圍為6～7，藻細(xì)胞固定化后對氨氮的去除能力顯著提高；方祥[72]選用了斜生柵藻、萊茵衣藻、微綠球藻、杜氏鹽藻等9種藻類進行了去除重金屬離子微藻的篩選和馴化的試驗研究，結(jié)果表明經(jīng)過馴化的微藻吸附重金屬的能力提高了50%～70%；王逢武[73]利用周叢生物反應(yīng)器富集天然水體中的微藻類，研究其對Cu的去除效果及機制，最終該反應(yīng)器對藻類富集效果較好，去除Cu效率高，可達(dá)99%。

濾食性魚類和貝類以水體中的懸浮有機顆粒物為營養(yǎng)來源，因此可有效處理養(yǎng)殖尾水中的懸浮物質(zhì)。水生動物過濾技術(shù)即利用濾食性魚類或貝類組成生物濾池或直接將其與其他養(yǎng)殖物種混養(yǎng)，以達(dá)到尾水處理目的。Zhang等[74]選取太平洋牡蠣（Crassostrea gigas）和紫貽貝（Mytilus galloprovincialis）2種濾食性雙殼類動物進行懸浮顆粒的生物沉積實驗，計算了它們在不同時間點的生物沉積速率（BDR），結(jié)果表明：當(dāng)水庫溫度為17～25 ℃時，2種濾食性雙殼類生物沉積速率分別為1.08～1.32 g·ind-1·d-1、0.65～0.85 g·ind-1·d-1。李俊偉等[75]在凡納濱對蝦（Litopenaeus Vannmei）養(yǎng)殖池塘中混養(yǎng)鯔魚（Mugil cephalus）幼魚，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鯔魚的生物擾動會促進底層顆粒物質(zhì)向上層水體遷移，降低顆粒物在池塘底部的堆積，同時可降低氨氮和硝酸氮在水體中的積累，加速營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和循環(huán)。

微生物過濾技術(shù)通常利用由微生物附著在濾器載體上產(chǎn)生的生物膜來進行水處理，即生物膜法。生物濾器的種類多種多樣，目前國內(nèi)工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖常用的有毛刷狀彈性填料濾池、結(jié)構(gòu)化填料濾池、移動床、流化砂床和珠式生物濾器等[76]。不同載體（填料）的生物濾器有著不同的處理效果。何潔等[77]比較了沙子、活性炭和沸石3種載體對牙鲆養(yǎng)殖廢水的處理效果，發(fā)現(xiàn)沸石的處理效果最優(yōu)。Lekang等[78]比較了Leca（1種干燥的膨脹性黏土）和3種塑料材質(zhì)載體的性能，結(jié)果顯示Leca的效果最佳，對總氨氮的去除率可達(dá)到95%以上。不同的生物濾器之間在掛膜效果、硝化速率和生物膜微生物群落結(jié)構(gòu)等方面也存在差異。周洪玉等[79]研究指出，與移動床生物膜反應(yīng)器（Moving bed biofilm reactor， MBBR）相比，掛簾式生物濾池掛膜速度快且生物量較多，其中以碳纖維為填料的掛簾式生物濾池對氨氮的去除率最高；微生物群落結(jié)構(gòu)方面，MBBR中主要富集的是叢毛單胞菌科（Comamonadaceae），而在掛簾式生物濾池中主要是腐螺旋菌科（Saprospiraceae）。

2.3.3 生態(tài)處理技術(shù) 生態(tài)處理技術(shù)對于水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理是比較前沿的研究領(lǐng)域，這一技術(shù)是對水生動植物及微生物生態(tài)功能的綜合運用，主要包括生態(tài)浮床和人工濕地。

生態(tài)浮床又稱生態(tài)浮島，是針對富營養(yǎng)化水體，基于原位修復(fù)的理念，利用生態(tài)工學(xué)原理，降低水中氮、磷和COD的含量。包浚欽等[80]對生態(tài)浮床做出優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)“加環(huán)”原理，在生態(tài)浮床基礎(chǔ)上插入水動物層，綜合了植物根系的吸收、吸附、富集功能，微生物降解功能和水生動物攝食功能，使各種技術(shù)凈化功能得到充分發(fā)揮。Zhang等[81]利用生態(tài)浮床處理富營養(yǎng)化水體，最終總氮的去除率最高達(dá)58.9%，總磷最高達(dá)59.1%。Yan等[82]采用Mg-Al合金陽極、Ir-Ta-Ti金屬氧化物包覆鈦陽極和Fe石墨陰極，設(shè)計了電解強化生態(tài)浮床（EEEFB），當(dāng)電流密度為0.37 mA·cm-2，電解時間為24 h·d-1時，對NH3-N和PO4 3? --P的凈去除率分別為62%和99.4%，效果顯著優(yōu)于傳統(tǒng)生態(tài)浮床。

人工濕地是指由人工建造和控制運行的與沼澤地類似的地面，人工濕地凈水即利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用，對污水進行處理的一種技術(shù)。余俊霞等[83]以表流—潛流—沉水植物塘構(gòu)建的復(fù)合人工濕地系統(tǒng)為研究對象，研究該系統(tǒng)對低污染水中總氮的處理效果，結(jié)果表明復(fù)合人工濕地系統(tǒng)在0.12～0.24 m3·m-2·d-1的水力負(fù)荷下出水達(dá)到地表Ⅳ類水質(zhì)，對總氮的去除率為62.35%～76.86%。浙江省海寧市海昌街道水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)塊將人工潛流濕地與沉淀池、生態(tài)凈化池等結(jié)合起來，組成復(fù)合凈化系統(tǒng)來處理養(yǎng)殖尾水，實現(xiàn)氨氮最終凈化率72.57%～90.54%，總磷最終凈化率83.18%～93.97%，高錳酸鹽指數(shù)最終凈化率10.23%～53.02%[84]。Hang等[85]將人工濕地作為凡納濱對蝦（Litopenaeus vannamei）封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的水處理過濾器并測定其性能，結(jié)果表明，該系統(tǒng)可完全去除亞硝酸鹽，硝酸鹽和COD去除率分別為78%和76%，同時還可殺滅弧菌。唐小雙[86]研究了水力負(fù)荷和運行時間對人工濕地處理海水養(yǎng)殖尾水效果的影響，綜合分析對氮、磷和COD的去除效果，得到該系統(tǒng)的最佳進水負(fù)荷為10～11 m·d-1，最佳運行時間為3.0 h。

3 討論與展望

通過梳理和分析上述3類尾水處理技術(shù)的研究進展，可以發(fā)現(xiàn)各項技術(shù)都有各自在某一方面的優(yōu)勢，但也同時存在一些缺點，如表1所示。

筆者認(rèn)為，在尾水處理的實際操作中應(yīng)綜合運用各種技術(shù)手段，做到揚長避短，充分發(fā)揮各項技術(shù)的優(yōu)勢，規(guī)避其弊端，才能達(dá)到最理想的處理效果。

對于上述觀點，已有不少學(xué)者做出了實踐研究。吳小軍等[88]將1個長120 m，寬8 m的集裝箱養(yǎng)殖尾水沉淀池改造成受控式集裝箱養(yǎng)殖尾水生態(tài)化處理池，構(gòu)建了“養(yǎng)殖尾水→沉淀池→一級生物浮床生物凈化區(qū)→生物濾壩→轉(zhuǎn)筒式生物膜凈化區(qū)→二級生物浮床凈化區(qū)→一級臭氧氧化區(qū)→三級生物浮床凈化區(qū)→臭氧消毒區(qū)→循環(huán)再利用”的生態(tài)化養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)，經(jīng)指標(biāo)測定，該生態(tài)化水處理系統(tǒng)對COD、總氮、氨氮和總磷的去除率分別達(dá)到39.8%、85.7%、88.16%和86.5%，均達(dá)到相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。何俊等[89]針對南美白對蝦池塘養(yǎng)殖采用了三級凈化循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)，即設(shè)立三級凈化區(qū)（沉淀區(qū)、生態(tài)凈化區(qū)和曝氣區(qū)）來處理養(yǎng)殖尾水，在三級凈化區(qū)內(nèi)分別種植覆蓋面積為水面的30%左右的水生植物并放養(yǎng)規(guī)格為每尾100 g左右的鰱和鳙，在第一級和第三極凈化區(qū)還分別設(shè)有生物刷裝置和噴泉式曝氣機。王曉璐等[90]也設(shè)計了一種對蝦綠色養(yǎng)殖模式尾水處理工藝，整個處理流程涵蓋了重力沉淀、機械過濾、生物濾食凈化、人工濕地和臭氧殺菌等技術(shù)，提高了餌料的利用率，養(yǎng)殖生物的產(chǎn)量大幅度提高，且對環(huán)境無任何損害，真正做到了綜合運用3類養(yǎng)殖尾水處理技術(shù)，實現(xiàn)了綠色、高效的健康養(yǎng)殖。

展望未來，關(guān)于水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理技術(shù)還有著廣闊的發(fā)展前景，筆者認(rèn)為可以著眼于以下幾個方面：

第一， 深入研究微生態(tài)制劑，豐富微生物絮凝劑等產(chǎn)品的種類，使之能適用于多種養(yǎng)殖環(huán)境。同時，從原材料、制取工藝等方面降低微生態(tài)制劑的成本，使之在市場中占據(jù)優(yōu)勢，從而逐漸取代傳統(tǒng)化學(xué)凈水劑，避免對環(huán)境造成二次傷害。

第二， 將3類水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理技術(shù)綜合運用于更多的養(yǎng)殖品種。目前來看，綜合性的尾水處理系統(tǒng)主要在蝦類的養(yǎng)殖生產(chǎn)中收獲了良好的效果，今后可試驗于魚、蟹、貝類的養(yǎng)殖生產(chǎn)中，并根據(jù)物種的生態(tài)習(xí)性、養(yǎng)殖方式和產(chǎn)生污染物的成分比重，借助算法模型對系統(tǒng)做出優(yōu)化。

第三， 嘗試用機械設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)池壩的處理方式，解決養(yǎng)殖尾水系統(tǒng)占地面積過大的問題。

第四， 利用傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、軟件技術(shù)對尾水處理系統(tǒng)進行整合，實現(xiàn)對水質(zhì)在整個生產(chǎn)過程中的實時監(jiān)測，對污染物的來源追蹤，以及后續(xù)的智能化污染物處理等，以保證在排放時達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

如今，養(yǎng)殖水環(huán)境問題依然嚴(yán)峻，是限制水產(chǎn)行業(yè)健康發(fā)展的重要問題，而從業(yè)者對于綠色、環(huán)保、高收益的追求不會改變，因此研究人員必須不斷探求實現(xiàn)行業(yè)健康發(fā)展的道路，解決問題，造福社會。

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收稿日期：2023-04-02

基金項目：天津市水產(chǎn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系尾水處理崗位（ITTFR2018047）；國家自然科學(xué)基金面上項目（31170442）

作者簡介：于建霖（1998—），男，天津人，在讀碩士生，主要從事養(yǎng)殖尾水處理研究。

通信作者簡介：孔慶霞（1978—），女，山東濟寧人，副教授，博士，主要從事水域環(huán)境學(xué)研究。