【精选文章】不同生物炭对水产养殖尾水中磷的去除研究

某鳗鱼场尾水回用及处理工艺示意图

生物炭对不同养殖尾水中TP的去除效果

磷超标的水产养殖尾水易导致受纳水体富营养化，而目前常用处理方法存在二次污染、费用高、稳定性较差等弊端。生物炭作为经济除磷材料已被广泛研究，但缺乏其处理实际养殖尾水的基础数据。

本研究选取杉木、万古霉素菌渣和鳗鱼粪便为生物质原料制备了WBC、VBC、MBC及SBC吸附剂处理3种实际水产养殖尾水，考察不同生物炭对养殖尾水中磷的去除效果，通过动力学分析及不同表征方法揭示不同水质背景下生物炭对不同形态磷的去除效果及去除机理。

本研究有望为生物炭处理实际含磷废水提供有效指导，以期促进生物炭材料在废水处理领域从基础研究走向实际应用。

（1）本研究所采用的3种养殖尾水TP均超出《池塘养殖尾水排放标准》排放限值，且含有一定浓度有机磷。表征结果表明所选用的四种生物炭表面形貌和物相结构差异明显，其中WBC表面光滑；SBC表面较粗糙，且主要含有Mg(OH) ₂ 纳米片；VBC表面主要含有块状的CaSO ₄ 和纳米颗粒状的Fe ₃ O ₄ ,；MBC表面含有AlPO4和SiO ₂ 。

（2）WBC、SBC和VBC对尾水中磷的去除效果随投加量的增加而提高，SBC效果最优，VBC次之，WBC性能较差，而MBC则会向水中释放磷。经SBC处理后，淡水、浓缩养殖尾水中TP低于上述标准淡水受纳水域的一、二级排放限值，海水养殖尾水满足海水受纳水域一级排放要求。

（3）SBC对3种养殖尾水中的活性磷具有较快的吸附速率，在30~60 min后可达到吸附平衡，去除率介于76.78%~93.07%；而对尾水中的有机磷去除效果较低（14%~17%），且可能存在脱附现象。SBC对活性磷、有机磷吸附过程符合拟二级动力学模型。

（4）SBC对活性磷的吸附机理主要包括配体交换和化学沉淀作用。

当前已有较多关于生物炭或改性生物炭除磷的报道，但大多除磷研究对象仅限于实验室模拟废水。不同类型的水产养殖尾水通常水质差别较大，且远比模拟废水复杂。

本研究以实际水产养殖尾水为处理对象，对比不同生物炭的除磷性能，有望为生物炭处理实际含磷废水提供有效指导，以期促进生物炭材料在废水处理领域从基础研究走向实际应用。

水产养殖业在保证蛋白质供给，解决全球粮食短缺问题中发挥着至关重要的作用。近年来，我国水产品产量呈逐年增加的趋势。在养殖过程中会投放大量饵料，磷是饵料中不可或缺的元素，但鱼类对饵料中磷的利用率普遍较低。

研究表明，养殖过程投入的磷大多以活性磷的形式残留在残饵、粪便中，最终滞留在养殖尾水里。活性磷易被植物、细菌和藻类利用，当其达到一定浓度会刺激藻类增殖、降低水体溶解氧浓度，导致水体富营养化，进而影响生态平衡、人类健康及造成一定程度的经济损失。因此，亟需采取适当的方法处理养殖尾水，以降低其对养殖区生态环境的危害。

目前养殖尾水中常用的除磷方法是化学/混凝沉淀法，通过金属离子与磷酸根的沉淀反应或铁盐、铝盐的混凝反应使液相中磷酸盐转移至固相。该法虽然操作简便，但存在明显缺陷，例如处理后的水体存在色度（Fe ³⁺ 造成）、溶液呈强酸性（pH小于3）、二次污染严重、化学污泥需谨慎处置等问题。

此外，人工湿地、电化学等方法也用于实际工程中对养殖尾水中磷的去除，但这些方法存在处理效果欠佳、基建或运行费用高、稳定性较差等问题。因此，开发/应用新材料或新方法以实现养殖尾水高效除磷迫在眉睫。

生物炭是一种原料廉价易得的吸附材料，当前已有较多关于生物炭或改性生物炭除磷的报道。在前期研究中考察了杉木生物炭（WBC）、菌渣生物炭（VBC）和改性杉木生物炭（SBC）对模拟废水中磷的吸附特性，其中WBC几乎没有除磷效果，VBC、SBC对磷的最大吸附容量分别为86.70、181.07 mg/g。但这3种生物炭在不同水质背景的实际养殖尾水中对磷的去除效果尚不清楚。在实际生产中，不同类型的水产养殖尾水通常水质差别较大，且远比模拟废水复杂。

另外，以鳗鱼粪便制备生物炭对促进水产养殖业绿色发展具有重要意义，但鳗鱼粪便生物炭（MBC）是否具备除磷能力也尚不明晰。

因此，本研究选取杉木、万古霉素菌渣和鳗鱼粪便为生物质原料制备了WBC、VBC、MBC及SBC吸附剂处理3种实际水产养殖尾水，考察不同生物炭对养殖尾水中磷的去除效果，通过动力学分析及不同表征方法揭示不同水质背景下生物炭对不同形态磷的去除效果及去除机理。

研究结果表明，在四种生物炭中，SBC效果最优，而MBC则会向水中释放磷。经SBC处理后，淡水、浓缩养殖尾水中TP低于《池塘养殖尾水排放标准》（DB 32/4043—2021）淡水受纳水域的一、二级排放限值，海水养殖尾水满足海水受纳水域一级排放要求。

SBC对3 种养殖尾水中的活性磷具有较快的吸附速率，在30~60 min 后可达到吸附平衡，去除率76.78%~93.07%；而对尾水中的有机磷去除效果较低（14%~17%），且可能存在脱附现象。SBC对活性磷、有机磷吸附过程符合拟二级动力学模型。SBC对活性磷的吸附机理主要包括配体交换和化学沉淀作用。

本研究有望为生物炭处理实际含磷废水提供有效指导，以期促进生物炭材料在废水处理领域从基础研究走向实际应用。