海水工厂化养殖废水处理技术

随着海水养殖技术水平的提高和市场需求的扩大，近１０年来我国海水工厂化养殖得到了迅速发展，养殖废水中所含的剩余饵料、化学品残留物、以及富含氮、磷、有机质和毒性物质的养殖生物排泄物会加剧养殖邻近海域海水富营养化程度和水质污染，引发有害赤潮等海洋生态环境问题，同时水体污染反过来制约水产养殖的发展。因此，水产养殖废水的处理和循环利用逐渐受到关注。近年来国内外学者针对海水工厂化养殖废水的特点，对常规的物理、化学和生物处理技术分别进行了应用研究，取得了许多实用性成果。经过物理化学和生物处理后,，养殖废水中化学耗氧量(COD)、悬浮物(SS)和氨氮(NH3-N)等物质浓度降低,然后进行循环利用。

常规物理处理技术主要包括过滤、中和、吸附、沉淀、曝气等处理方法,是废水处理工艺的重要组成部分。对于工厂化养殖废水的外排和循环利用处理,机械过滤、泡沫分离技术和臭氧净化处理效果较好。

2.1、机械过滤

由于养殖废水中的剩余残饵和养殖生物排泄物等大部分以悬浮态大颗粒形式存在,因此采用物理过滤技术去除是最为快捷、经济的方法。常用的过滤设备有机械过滤器、压力过滤器、沙滤器等。在实际处理工程中,机械过滤器(微滤机)应用较多、过滤效果较好。日本有一种过滤机,其工作原理是水泵将池水吸上后,经喷洒管喷入过滤池, 过滤池内一层小颗粒沸石和一个特制过滤器,过滤后的水流回养鱼池。

2.2、泡沫分离技术

泡沫分离技术已在工业废水处理中得到广泛应用,不仅可以将蛋白质等有机物在未被矿化成氨化物和其它有毒物质前就已被去除,避免了有毒物质在水体中积累,而且可向养殖水体提供所必需的溶解氧,对维护养殖水体生态环境有良好作用。

2.3、臭氧净化

臭氧在水中分解的中间物质羟基自由基(·ＯＨ),具有很强的氧化性,可以分解一般氧化剂难分解的有机物。因此,用臭氧处理废水,既能够迅速灭除细菌、病毒和氨等有害物质, 又能增加水中溶解氧,从而达到净化养殖废水的目的。有资料报道, 臭氧在鱼虾养殖中应用效果显著,日本伊腾慎悟用臭氧处理海水研究表明,海水中99 9%各种细菌可被臭氧消灭。臭氧与生物滤池结合,出水中溶解氧含量高,回用可以提高养殖密度。

用电化学法去除水中溶解的亚硝酸盐和氨氮的研究结果表明,亚硝酸盐完全去除的时间和能耗随着传导率的增加而降低,输入电流最大为2Ａ时,耗能最少,ｐＨ相对于输入电流和电导率来说几乎没有影响;在酸性条件下有利于亚硝酸盐的去除,碱性条件有利于氨的去除,氨的去除速度低于亚硝酸盐的去除速度。

养殖废水生物处理是一种典型的稳定有机污染物的方式,包括活性污泥法和生物膜法。

主要是利用微生物的吸收、代谢等作用, 达到降解水体中有机物和营养盐的目的, 是目前处理溶解态污染物最经济有效的方式。养殖过程中投放的饵料和养殖生物排泄物主要是由碳、氮、磷等元素组成的碳水化合物、蛋白质、脂肪等,生化降解性较好。因此,可采用生物处理技术有效处理工厂化养殖废水, 其中生物菌种的效能及其固定生长方式是决定处理效果的两个重要方面。

4.1、活性污泥法

活性污泥法处理系统是污水生物处理技术的主要技术之一, 它是由好样微生物及其吸附黏附的有机物质和无机物质所组成, 具有吸附和分解水中有机污染物的能力,显示其生物化学氧化活性。在传统的活性污泥法上发展成氧化沟间歇式活性污泥法(SBR)和AB法处理工艺等,Meske等通过活性污泥法处理水产养殖循环用水研究表明, NH4+-N含量不能达到回用的要求,Umbl等在水产养殖排水沟渠中用接近SBR的操作方式进行好氧厌氧处理,效果良好,Nugual等用SBR法处理海水养殖废水, 探讨盐度影响, 结果表明, 在盐度不是很高情况下,脱氮效果良好。

4.2、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,这些技术因为其微生物的多样化,在水产养殖废水的封闭循环使用中得到。筛选高效并能在海水环境中快速繁衍、生长的生物菌群是有效处理工厂化养殖废水的关键。目前, 国内外主要研究了光合细菌、玉垒菌和硝化细菌等在养殖废水处理中的应用[9]。由于固定化微生物密度高、活性强、反应速度快, 与常规的微生物挂膜生物处理技术相比,对氨氮和某些难生物降解有机物具有显著去除作用[10]，因此该技术有望成为海水工厂化养殖废水处理的重要生化处理技术。

4.2.1、生物滤池

在集约化养鱼装置中配用的生物滤池有平流式、升流式和降流式。生物滤池的运行最关键的部分在于挂膜, 滤料表面不能形成生物膜,那么就无从谈起滤池对污水的处理。挂膜,从微生物学的角度来讲,就是菌体接种,既使微生物吸附在滤料表面上。生物滤池中填料是生物的载体, 填料主要有碎石、卵石、焦炭、煤渣、塑料蜂窝和各种人工合成产品等;生物滤池能连续使用,不需要更换滤料。生物滤池设计中填料的选择也很重要, 填料的结构和表面积要有利于生物膜的生长和有机悬浮颗粒的捕集。China等用沉淀池→生物滤池→二沉池→生物过滤器工艺，其中填料为混合纤维，对河口大面积集约化养殖水体处理后可回用。    Sauthier等用池塘(曝气)→机械滤池→紫外光消毒→淹没式生物滤池(反硝化池)→鱼塘回用，处理效果很好。田文华等研究用沸石作为滤料的曝气生物滤池处理废水效果不错。

4.2.2、生物转盘

生物转盘由一串固定在轴上的圆盘组成, 盘片之间有一间隔,盘片一半放在水中,另一半露出水面。水和空气中的微生物附在盘片的表面上, 结成一层生物膜。转动时, 浸没在水中的片露出水面,盘片上的水因自重而沿着生物膜表面下流,空气中的氧通过吸收、混合、扩散和渗透等作用,随转盘转动而被带入水中,使水中溶解氧增加,水质得到净化。

4.2.3、生物转筒

生物转筒是生物转盘的变型,是从20世纪70年代中期发展起来的,在丹麦、德国发展很快。丹麦研制了单转筒型,德国则发展了多转筒型,转筒内的填料有塑料球、塑料环和波纹盘片等。有些生物转筒外还设有集气装置以增加水中溶氧量。其典型的3种生物转筒形式为:(1)外壳结构为硬聚乙烯塑料,内装聚氯乙烯波纹圆盘片,转筒由16只小转筒组成;(2)筒体外壳为钢制,筒内固定在轴上硬聚乙烯波纹的盘面呈多边形;(3)转筒的筒体四周装有小容器,当转筒向上转时,小容器内盛满了水,向下转动时,水被洒在塑料球上,空容器内充满空气进入水中,净化水的体积为生物转筒体积的15～25倍。

4.2.4、生物流化床

生物流化床(biological fluidized beds ,简称BFBS)是高负荷的一种生物膜法，应用于污水的二级处理(有机物氧化、部分硝化), 用于处理有机废水和脱氮的报道。Michael等用好氧的硝化滴滤和缺氧反硝化流化床相结合的反应器, 悬浮在表面的富含硝酸盐和溶解的有机物送到硫化床，处理效果良好。Jewell等在水产养殖水体循环中利用膨胀床的硝化和反硝化作用同时，处理BOD5、SS和氮,出水氨氮低于0 5ｍｇ/Ｌ。技术广泛应用于水和废水的有机物氧化、硝化和反硝化处理，作为水处理方法的一项革新技术，生物流化床工艺将在水处理工程中发挥更大的作用。

4.3、水产养殖技术的自然生物处理

用自然生物处理水产养殖水体主要有湿地、稳定塘和土地处理系统等,其优点是处理含氮和磷的水体,能达到比较彻底的处理效果。非集约化水产养殖的自然水域本身是一个典型湿地系统,具有良好的自净能力,只要合理利用和加强其自净能力,会有良好的环境效应和经济效应。鱼塘水生生态系统本身有很强的净污能力,在水产养殖水体的处理中完全可以利用鱼塘对污染物的净化能力来净化污水。

进行水处理装置有多种,其结构各不相同,其工艺流程也不一样，下面有几种几种典型的流程。鱼池排水→集水池塘→氧化池→沉淀池→增温增氧池→鱼池回用，这种工艺流程中氧化池为生物转筒；鱼池排水→沉淀池→升流式生物滤池→淋水塔式增氧→加热、消毒→鱼池回用，可以去除99%氨氮，新鲜水/回用水为1/9；鱼池排水→充氧→升流式石灰岩滤池→沉淀池→增氧→回用，其中新鲜水/循环水为1/5；鱼池排水→升流式碎石滤池→降流式碎石滤池→增温池→回用；鱼池排水→集水池→升流式沸石滤池→降流式沸石滤池→补充新鲜水、调温→鱼池回用。根据生态设计的基本原理和水产养殖环境工程技术，刘长发等[17]研究认为以水产养殖系统零污水环境排放为目标，可以对水产养殖系统进行生态工程和生态工艺设计,开发一个典型的零污水排放工厂化复合水产养殖系统。