文章綜述了水產(chǎn)養(yǎng)殖處理的物理化學(xué)處理技術(shù)和生物處理技術(shù)，以及水產(chǎn)養(yǎng)殖的循環(huán)利用工藝流程和生物工程在水產(chǎn)養(yǎng)殖處理中的應(yīng)用。并展望隨著世界性水資源短缺環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，養(yǎng)殖廢水的綜合利用與無(wú)害化排放技術(shù)具有極大的研究開(kāi)發(fā)價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。

1　引　言

近20年來(lái)，集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在國(guó)內(nèi)外迅速發(fā)展。世界水產(chǎn)量在1996年達(dá)到112億t，其中25%為人工養(yǎng)殖。在此條件下，養(yǎng)殖過(guò)程中投放的飼料所含的氮、磷大約只有9.1%和17.4%被魚(yú)同化，其殘剩飼料和魚(yú)類(lèi)排泄物形成的污染物對(duì)水體、沉積物等造成嚴(yán)重污染，引起淺水湖泊的退化，造成局部海域發(fā)生赤潮;水產(chǎn)養(yǎng)殖中使用的各類(lèi)化學(xué)藥品和抗生素的殘留物也污染了水域環(huán)境，使一些生物棲息地遭到破壞，干擾了野生種群的繁衍和生存，使生物多樣性減少;同時(shí)水體污染反過(guò)來(lái)制約水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展，因此，水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的處理和循環(huán)利用逐漸受到關(guān)注。

2　水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水物理化學(xué)處理技術(shù)

2.1　機(jī)械過(guò)濾

過(guò)濾裝置是從傳統(tǒng)的砂濾池不斷發(fā)展起來(lái)的，其基本原理是阻隔吸附作用。在處理水產(chǎn)養(yǎng)殖水體中，用砂濾池能很好地去除SS，但是去除N和P效果不佳;改用斜發(fā)沸石去可以吸附一定量的氨。Palacios等[8]在砂濾床種植植物，控制滲透率和干濕循環(huán)時(shí)間，在水力負(fù)荷為3.5cm/d，去除93%總磷;在處理鮭魚(yú)養(yǎng)殖廢水中，其水力負(fù)荷分別為1.35、25、80～240和2000～2700cm/d，SS去除效果差異性不大。對(duì)于機(jī)械過(guò)濾裝置，美國(guó)開(kāi)發(fā)的一種筒狀的，筒體四周附有，筒體置于水中工作時(shí)，部分浸沒(méi)在水中，廢水從開(kāi)口端流入筒內(nèi)，污物被留在網(wǎng)上，過(guò)濾過(guò)的水又回流到池中，而污物被噴頭沖到漏斗內(nèi)而排出。

瑞典一種高度為3140～4725mm，直徑900～1910mm的在工作時(shí)，污水由裝置的下部經(jīng)過(guò)中心管和吸附污物的砂混合在一起，由升液器上升到裝置上部，在此分離，污物清除后，經(jīng)管道流入，沙子靠錐形分解器的作用均勻降下，上升的水和下降的沙相遇，這樣，水被凈化后從另一根管道放回到魚(yú)池。日本有一種，其工作原理是水泵將池水吸上后，經(jīng)噴灑管?chē)娙脒^(guò)濾池，過(guò)濾池內(nèi)一層小顆粒沸石和一個(gè)特制，過(guò)濾后的水流回養(yǎng)魚(yú)池。

2.2　臭氧

臭氧的凈化原理在于它在水中的氧化還原電位為2.07V，高于氯(1.36V)和二氧化氯(1.5V)。它能夠破壞和分解細(xì)胞的細(xì)胞壁(膜)，迅速擴(kuò)散滲入細(xì)胞內(nèi)，從而殺死病原菌。臭氧在水中分解的中間物質(zhì)羥基自由基(·OH)，具有很強(qiáng)的氧化性，可以分解一般氧化劑難分解的有機(jī)物。因此，用臭氧處理廢水，既能夠迅速滅除細(xì)菌、病毒和氨等有害物質(zhì)，又能增加水中溶解氧，從而達(dá)到凈化養(yǎng)殖廢水的目的。有報(bào)道，臭氧在魚(yú)蝦養(yǎng)殖中應(yīng)用效果顯著，Jack在1994～1995年進(jìn)行13次臭氧水處理試驗(yàn)，其臭氧投放量0.59mg/L，滅菌率可達(dá)99.12%;日本伊騰慎悟用臭氧處理海水研究表明，海水中99.9%各種細(xì)菌可被臭氧消滅。臭氧與生物濾池結(jié)合，出水中溶解氧含量高，回用可以提高養(yǎng)殖密度。

2.3電化學(xué)

用電化學(xué)法去除水中溶解的亞硝酸鹽和氨氮的研究結(jié)果表明，亞硝酸鹽完全去除的時(shí)間和能耗隨著傳導(dǎo)率的增加而降低，輸入電流最大為2A時(shí)，耗能最少，pH相對(duì)于輸入電流和電導(dǎo)率來(lái)說(shuō)幾乎沒(méi)有影響;在酸性條件下有利于亞硝酸鹽的去除，堿性條件有利于氨的去除，氨的去除速度低于亞硝酸鹽的去除速度。

3　水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的生物處理技術(shù)

3.1　活性污泥法活性污泥法

處理系統(tǒng)是污水生物處理技術(shù)的主要技術(shù)之一，在傳統(tǒng)的活性污泥法上發(fā)展成氧化溝、間歇式活性污泥法(SBR)和AB法處理工藝等。Meske等通過(guò)活性污泥法處理水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)用水研究表明，NH+42N含量不能達(dá)到回用的要求;Umble等在水產(chǎn)養(yǎng)殖排水溝渠中用接近SBR的操作方式進(jìn)行好氧厭氧處理，效果良好;Nugual等用SBR法處理海水養(yǎng)殖廢水，探討鹽度影響，結(jié)果表明，在鹽度不是很高情況下，脫氮效果良好。

3.2生物膜法

生物膜法主要有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤(pán)、生物接觸氧化設(shè)備和生物硫化床等，這些技術(shù)因?yàn)槠湮⑸锏亩鄻踊�，在水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的封閉循環(huán)使用中得到廣泛利用。

3.2.1　生物濾池

在集約化養(yǎng)魚(yú)裝置中配用的生物濾池有平流式、升流式和降流式[9]。生物濾池中填料是生物的載體，填料主要有碎石、卵石、焦炭、煤渣、塑料蜂窩和各種人工合成產(chǎn)品等;生物濾池能連續(xù)使用，不需要更換。生物濾池設(shè)計(jì)中很重要的就是填料的選擇，填料的結(jié)構(gòu)和表面積要有利于生物膜的生長(zhǎng)和有機(jī)懸浮顆粒的捕集。在臺(tái)灣，Yang等用一個(gè)十字交叉的高孔隙率的填料(塑料鮑爾環(huán)，孔隙率87%)的生物濾池，后跟一個(gè)有很大表面積填料(粉末焦炭顆粒，孔隙率35%)的生物濾池，在停留時(shí)間為2.5h，SS和BOD去除率分別為98.8%和80.2%。

在新加坡，China等用→生物濾池→二沉池→生物工藝，其中填料為混合纖維(表面積>1000m2/m3，孔隙率85%)，對(duì)河口大面積集約化養(yǎng)殖水體處理后可回用。在澳大利亞，Abeysinghe等[17]用好氧淹沒(méi)升流式生物濾池去除鮭魚(yú)養(yǎng)殖廢水中TOC和N，其中填料有效表面積14.m2/m3，停留時(shí)間為4h時(shí)，去除40%的磷，氮完全硝化和40%反硝化，TOC可以降到12mg/L。曝氣后從生物濾池出水應(yīng)有足夠的溶解氧滿足回用需要，Eikebrokk利用一個(gè)淹沒(méi)式的鼓風(fēng)升流式的生物，在這個(gè)生物過(guò)濾器里可以進(jìn)行消化和氧的傳遞，把其放在魚(yú)塘里，使得污染物減少了90%～95%，池塘的溶解氧可保持在5mg/L。另外可通過(guò)控制溶解氧進(jìn)行生物濾池的硝化和反硝化作用，Sauthier等用池塘(曝氣)→機(jī)械濾池→紫外光消毒→淹沒(méi)式生物濾池(反硝化池)→魚(yú)塘回用，其中填料孔隙率>30%，氮負(fù)荷為2.4kgN/m3·d，反沖洗時(shí)間為3d。

3.2.2　生物轉(zhuǎn)盤(pán)

生物轉(zhuǎn)盤(pán)由一串固定在軸上的圓盤(pán)組成，盤(pán)片之間有一間隔，盤(pán)片一半放在水中，另一半露出水面。水和空氣中的微生物附在盤(pán)片的表面上，結(jié)成一層生物膜。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，浸沒(méi)在水中的片露出水面，盤(pán)片上的水因自重而沿著生物膜表面下流，空氣中的氧通過(guò)吸收、混合、擴(kuò)散和滲透等作用，隨轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)而被帶入水中，使水中溶解氧增加，水質(zhì)得到凈化。

3.2.3　生物轉(zhuǎn)筒

生物轉(zhuǎn)筒是生物轉(zhuǎn)盤(pán)的變型，是從20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來(lái)的，在丹麥、德國(guó)發(fā)展很快。丹麥研制了單轉(zhuǎn)筒型，德國(guó)則發(fā)展了多轉(zhuǎn)筒型，轉(zhuǎn)筒內(nèi)的填料有塑料球、塑料環(huán)和波紋盤(pán)片等。有些生物轉(zhuǎn)筒外還設(shè)有集氣裝置以增加水中溶氧量。其典型的3種生物轉(zhuǎn)筒形式為:(1)外殼結(jié)構(gòu)為硬聚乙烯塑料，內(nèi)裝聚氯乙烯波紋圓盤(pán)片，轉(zhuǎn)筒由16只小轉(zhuǎn)筒組成，轉(zhuǎn)筒直徑約1.8m，轉(zhuǎn)速為0.24～1.2r/min，轉(zhuǎn)筒耗能0.37kW;(2)筒體外殼為鋼制，長(zhǎng)1.57m，外殼開(kāi)6個(gè)孔，每個(gè)孔長(zhǎng)1.5m，寬0.32m，筒內(nèi)固定在軸上硬聚乙烯波紋的盤(pán)面呈多邊形，外接圓直徑3m，盤(pán)面總表面積120m2;(3)轉(zhuǎn)筒的筒體四周裝有小容器，當(dāng)轉(zhuǎn)筒向上轉(zhuǎn)時(shí)，小容器內(nèi)盛滿了水，向下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，水被灑在塑料球上，空容器內(nèi)充滿空氣進(jìn)入水中，凈化水的體積為生物轉(zhuǎn)筒體積的15～25倍。

3.2.4　生物硫化床

生物硫化床是高負(fù)荷的一種生物膜法，Arbi等用好氧的硝化滴濾和缺氧反硝化硫化床相結(jié)合的反應(yīng)器，懸浮在表面的富含硝酸鹽和溶解的有機(jī)物送到硫化床，處理效果良好。Jewell等在水產(chǎn)養(yǎng)殖水體循環(huán)中利用膨脹床的硝化和反硝化作用同時(shí)，處理BOD5、SS和氮，出水氨氮低于0.5mg/L。

3.3水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)的自然生物處理

用自然生物處理水產(chǎn)養(yǎng)殖水體主要有濕地、定塘和土地處理系統(tǒng)等，其優(yōu)點(diǎn)是處理含氮和磷的水體，能達(dá)到比較徹底的處理效果。

3.3.1　濕地生態(tài)系統(tǒng)

人工濕地具有一定的污水處理能力，對(duì)氮、磷有機(jī)物懸浮物等的去除有良好的效果，人工濕地凈化工農(nóng)業(yè)廢水已有大量研究，近年來(lái)，用人工濕地處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水取得一定進(jìn)展。非集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖的自然水域本身是一個(gè)典型濕地系統(tǒng)，具有良好的自凈能力，只要合理利用和加強(qiáng)其自凈能力，會(huì)有良好的環(huán)境效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng);Kruzie等綜合土地處理濕地池塘水生植物系統(tǒng)進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖水體循環(huán)。Wood等利用人工濕地系統(tǒng)處理水體，濕地系統(tǒng)中藻類(lèi)密度高，在地表水利負(fù)荷1315cm/d時(shí)，COD的去除率59.2%、NH+42N為34.6%、PO-42P-為3.19%和SS為78%;如果水力停留時(shí)間在3d，則COD的去除率79.4%、NH+42N為82.8%、PO3-42P為54.1%、蛋白質(zhì)產(chǎn)率50t/hm2·a。Lin等用人工濕地處理水產(chǎn)養(yǎng)殖水體，在水力負(fù)荷為1.8～13.5cm/d之間，則NH+42N去除率為86%～98%，總無(wú)機(jī)氮(TIN)為95%～98%，磷的去除為32%～71%，出水NH+42N濃度<0.3mg/L，NO-22N<0.01mg/L。對(duì)于鹽度高的水體，用耐鹽性植物種植在沙性濕地上，可去除養(yǎng)殖水體中98%的總氮、94%的無(wú)機(jī)氮、99%的總磷和97%的溶解態(tài)磷。

3.3.2　魚(yú)塘水生生態(tài)系統(tǒng)

魚(yú)塘水生生態(tài)系統(tǒng)本身有很強(qiáng)的凈污能力，在水產(chǎn)養(yǎng)殖水體的處理中完全可以利用魚(yú)塘對(duì)污染物的凈化能力來(lái)凈化污水。養(yǎng)殖水體的綜合利用主要是用池塘的自凈能力和魚(yú)類(lèi)生理特性，如充氧、魚(yú)藻共生系統(tǒng)、魚(yú)類(lèi)白天和晚上不同活動(dòng)時(shí)間混養(yǎng)、耐污能力不同魚(yú)類(lèi)混養(yǎng)和對(duì)魚(yú)類(lèi)生理修正。Kirke從曝氣方面進(jìn)行了研究，對(duì)魚(yú)塘采用風(fēng)力曝氣;Logsdon從改變水生植物結(jié)構(gòu)著手，利用浮萍對(duì)氮和磷的吸收(1km2的浮萍能吸收約802kg氮和146kg的磷)和對(duì)重金屬的累積能力處理水產(chǎn)養(yǎng)殖水體。Wang用雙殼類(lèi)去除藻類(lèi)，沉降法去除懸浮物，通過(guò)蝦塘、蠔形成水的循環(huán)利用。Umble等用魚(yú)塘處理污水二級(jí)處理出水，利用二級(jí)處理出水提供的營(yíng)養(yǎng)，調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)比例(N∶P在16～23)，使得水生植物繁殖，作為魚(yú)類(lèi)的食料。養(yǎng)殖水體的綜合利用的安全是人們關(guān)心的問(wèn)題，Adamsson等進(jìn)行的研究結(jié)果表明，只要投加飼料成分恰當(dāng)，影響不大，但從保守的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，有待于進(jìn)一步證實(shí)。

4水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的循環(huán)利用工藝流程

進(jìn)行水處理裝置有多種，其結(jié)構(gòu)各不相同，其工藝流程也不一樣，下面介紹幾種典型的流程。魚(yú)池排水→集水池塘→氧化池→→增溫增氧池→魚(yú)池回用的工藝在德國(guó)使用較多，這種工藝流程中氧化池為生物轉(zhuǎn)筒，水力負(fù)荷4.5～514m3/m3·d，沉淀池回流50%～100%到氧化池。魚(yú)池排水→沉淀池→升流式生物濾池→淋水塔式增氧→加熱、消毒→魚(yú)池回用的工藝在加拿大使用較多，在沉淀池能夠去除60%的SS，在升流式生物濾池的填料粒徑為1～10mm左右，可以去除99%氨氮，新鮮水/回用水為1/9。魚(yú)池排水→充氧→升流式石灰?guī)r濾池→沉淀池→增氧→回用的工藝在美國(guó)使用較多，其中新鮮水/循環(huán)水為1/5。魚(yú)池排水→升流式碎石濾池→降流式碎石濾池→增溫池→回用的工藝在上海集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)水體循環(huán)中使用較為普遍，其中濾池水力負(fù)荷110.5～140.0m3/m3。魚(yú)池排水→集水池→升流式沸石濾池→降流式沸石濾池→補(bǔ)充新鮮水、調(diào)溫→魚(yú)池回用在北京集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)水體循環(huán)中使用較多，其中濾池水力負(fù)荷為150～194m3/m3。

5生物工程在水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理中的應(yīng)用

伴隨著生物技術(shù)的發(fā)展，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)越來(lái)越多地運(yùn)用生物工程技術(shù)來(lái)減少?gòu)U水排放量和污染物數(shù)量。比如用微生物發(fā)酵生產(chǎn)和遺傳工程技術(shù)將合成特定氨基酸的基因克隆進(jìn)入微生物的細(xì)胞質(zhì)中，然后借助微生物的增殖來(lái)生產(chǎn)蛋白質(zhì)魚(yú)類(lèi)飼料，可以提高魚(yú)對(duì)飼料的利用率，降低氮的排泄物，減少?gòu)U水中氮的濃度;利用生物篩選技術(shù)和基因工程培育一些去污能力強(qiáng)的植物(特別是藻類(lèi))和微生物來(lái)凈化水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水;利用生物工程對(duì)魚(yú)類(lèi)進(jìn)行生理修正，使魚(yú)類(lèi)提高耐污能力和減少排泄物，比如Phelps培育的魚(yú)類(lèi)對(duì)沙門(mén)氏菌屬形成抗體，這種魚(yú)類(lèi)就可以在污染水體中生長(zhǎng)。鄭耀通等對(duì)具有高效凈化水產(chǎn)養(yǎng)殖水體的紫色非硫光合細(xì)菌進(jìn)行了分離和篩選，篩選出來(lái)的紫色非硫光合細(xì)菌既有很強(qiáng)的凈水能力，又是魚(yú)類(lèi)的飼料。目前國(guó)內(nèi)的研究主要集中在光合細(xì)菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖水體凈化中的應(yīng)用。

6　展望

展望隨著世界性水資源短缺和環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，今后各國(guó)將采用封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖方式。其中，養(yǎng)殖廢水的綜合利用與無(wú)害化排放技術(shù)具有極大的研究開(kāi)發(fā)價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。雖然生物濾池去除氨氮和有機(jī)物的效果比較好，卻會(huì)使水中硝酸鹽含量增加，硝酸鹽的毒性雖比氨氮低，但過(guò)度積累同樣會(huì)影響魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)，而且含氮高的廢水排放到環(huán)境中，又會(huì)引起二次污染。2l世紀(jì)的水產(chǎn)養(yǎng)殖將由單一型向生態(tài)型發(fā)展。近年來(lái)，美國(guó)、丹麥、日本和中國(guó)等國(guó)家發(fā)展魚(yú)菜共生、魚(yú)藻共生系統(tǒng);利用養(yǎng)殖廢水培育蔬菜、花卉、水果和藻類(lèi)，既能最大限度地提高水產(chǎn)品和蔬菜等的產(chǎn)量，又能凈化水質(zhì)，把污染降至最低程度，從而形成小環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。

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