知識(shí)儲(chǔ)備：水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水生物處理技術(shù)
一些臨海城市的港灣眾多，淺海灘涂遼闊，海洋生物資源豐富。目前，養(yǎng)殖方式已由以前的粗養(yǎng)、半精養(yǎng)向精養(yǎng)過(guò)渡，但由于片面追求經(jīng)濟(jì)效益，養(yǎng)殖密度過(guò)大，養(yǎng)殖品種單一，養(yǎng)殖水體中自然生態(tài)體系的平衡被打破，自身污染嚴(yán)重。另外，由于工業(yè)廢水、生活污水的亂排亂放，導(dǎo)致養(yǎng)殖水體的外源污染也日益嚴(yán)重，養(yǎng)殖病害頻繁發(fā)生。目前，養(yǎng)殖業(yè)者常使用廣譜性抗生素來(lái)控制病害的發(fā)生，但這只是暫時(shí)性的解決辦法，因?yàn)槭褂每股夭恢箽埩粜詮?qiáng)、增加了細(xì)菌的抗藥性，更破壞了養(yǎng)殖水域正常生物區(qū)系的平衡，以致形成惡性循環(huán)。
2水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水特點(diǎn)
水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中主要的污染物有氨氮、亞硝酸鹽、有機(jī)污染物、磷及污損生物。目前，我國(guó)已開展了一些港灣及傳統(tǒng)網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)的污損生物調(diào)查研究。與工業(yè)、生活污水不同，水產(chǎn)魚污水屬污染物成分簡(jiǎn)單的低濃度有機(jī)污水，BOD一般不超過(guò)80mg/L。但水產(chǎn)生物對(duì)水質(zhì)的要求較高，氨氮和硫化氫是育苗水體中最普遍的有害物質(zhì)，水體中的氨氮和硫化氫濃度會(huì)隨著育苗的進(jìn)行而逐漸升高。氨氮是水產(chǎn)生物的排泄物，也是殘餌、糞便以及動(dòng)植物尸體等含氮有機(jī)物分解的終產(chǎn)物。硫化氫則是由于含硫有機(jī)物在缺氧條件下，由厭氧細(xì)菌分解形成。水質(zhì)和底質(zhì)敗壞而誘發(fā)弧菌等致病菌的大量繁殖，導(dǎo)致疾病發(fā)生;更多的是由于生態(tài)系統(tǒng)的破壞和放養(yǎng)密度的增加而導(dǎo)致生態(tài)失衡的綜合因素所致，水生物的抗病力降低，造成更易感染致病菌。
3水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的主要處理工藝
國(guó)內(nèi)外已經(jīng)發(fā)展了許多養(yǎng)殖廢水的處理方法，其中包括物理、化學(xué)處理方法和生物膜法、耐鹽植物處理法、人工濕地處理法、沉淀-貝類過(guò)濾-藻類吸附的綜合處理法等。此外，還有專門針對(duì)懸浮顆粒物的處理方法。
3.1物理處理法
依據(jù)水體及水體中污染物的理化性質(zhì)，采取曝氣、過(guò)濾、沉淀、吸附、氣浮等方法凈化水質(zhì)，除去水中懸浮物質(zhì)或有害氣體。
3.2化學(xué)處理法
利用化學(xué)反應(yīng)來(lái)處理水中的污染物或懸浮膠粒。包括絮凝、中和、絡(luò)合、氧化還原、消毒等方法。3.3生物方法利用微生物和自養(yǎng)性植物(如綠色藻類、高等水生植物)改良水質(zhì)，有助于防止殘餌與代謝產(chǎn)物積累所引起的水質(zhì)敗壞。3.3.1活性污泥法
活性污泥法中活性污泥由細(xì)菌、原生動(dòng)物等組成，常見的有酵母、霉菌、草履蟲等。該法的應(yīng)用歷史較長(zhǎng)，原理、方法及工藝技術(shù)已經(jīng)成熟，應(yīng)用于養(yǎng)殖水處理，去處氮磷的效果比較好，但該法占地大，產(chǎn)生的污泥如處理不好會(huì)產(chǎn)生二次污染，并且運(yùn)行費(fèi)用高。
現(xiàn)有的生物法中，活性污泥法只在鹽度不高的情況下有比較理想的效果，不適于處理海水養(yǎng)殖廢水。
3.3.2生物膜法
生物膜法具有高效、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。生物膜的載體不同，附著在載體上的微生物的生長(zhǎng)量不同，對(duì)養(yǎng)殖廢水的處理效果也不同。目前多采用紫外線殺菌器、臭氧發(fā)生器、蛋白質(zhì)分離器和生物過(guò)濾器4部分構(gòu)成養(yǎng)殖污水生物膜處理工藝系統(tǒng)。
常用的生物過(guò)濾器有浸沒式生物濾床、滴濾式生物濾床、生物轉(zhuǎn)盤等。但生物膜法存在抗沖擊力弱、易受污染、不能多次循環(huán)利用、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，尚不能廣泛的應(yīng)用于處理養(yǎng)殖污水。因此一些研究者在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)研究。如萬(wàn)紅等提出采用以組合填料為載體的序批式生物膜反應(yīng)器處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水;李軍等也設(shè)計(jì)出復(fù)合式膜生物反應(yīng)器(MBR)裝置，以粉末活性炭(PAC)作為填料，加入活性污泥經(jīng)過(guò)馴化培養(yǎng)，用該裝置處理污水，連續(xù)運(yùn)行100d，膜出水COD始終穩(wěn)定在25mg/L以下，NH3-N的去除率可以達(dá)到99%以上。PAC為硝化細(xì)菌的吸附生長(zhǎng)提供了良好的載體，使其能夠很好地繁殖，從而提高了膜生物反應(yīng)器的氨氮去除率;何潔等把篩選到的菌群附著在沙子、活性炭與沸石3種載體上，對(duì)養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理，研究表明以這3種載體的生物過(guò)濾器對(duì)養(yǎng)殖廢水的氨氮去除率差不多。
3.3.3人工濕地
以景觀水體為處理對(duì)象，構(gòu)建了植物浮床生態(tài)箱-植物浮床生態(tài)箱-人工濕地-沉水植物生態(tài)箱多級(jí)人工生態(tài)系統(tǒng)，在系統(tǒng)中引入了多種植物、魚類、螺螄、蝦等物種，且該系統(tǒng)在循環(huán)流方式下運(yùn)行，系統(tǒng)的平均水力停留時(shí)間為2d，模擬景觀水體4.2d被系統(tǒng)交換一次。試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行之后，景觀水體池中，DO平均值為4.93mg/L，NH4+-N平均值為0.673mg/L，TN平均值為17.303mg/L，TP平均值為0.703mg/L，COD平均值為20.967mg/L。
3.3.4大型藻類
除N/P及菌藻調(diào)控技術(shù)大型藻類的養(yǎng)殖技術(shù)一般比較成熟，種群數(shù)量容易控制，它們本身又可用作飼料、藥材、食品。因此自20世紀(jì)70年代開始，逐漸利用大型海藻來(lái)凈化養(yǎng)殖環(huán)境。目前，試驗(yàn)進(jìn)行的大型藻類生物凈化作用所涉及的大藻包括綠藻、褐藻、紅藻等，主要針對(duì)養(yǎng)殖自身污染，對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境的營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷以及可能造成的赤潮生物的爆發(fā)而進(jìn)行研究。一般采用石莼類和江籬類為吸收營(yíng)養(yǎng)鹽的素材，對(duì)赤潮生物的抑制一般以石莼類為研究材料。但利用大型海藻抑制自然水體的赤潮生物尚處于試驗(yàn)階段，還沒有在自然海區(qū)投人實(shí)際應(yīng)用。我國(guó)養(yǎng)殖病害一般發(fā)生在高溫季節(jié)和雨季，因此，應(yīng)當(dāng)積極篩選廣溫、廣鹽種的大型藻類，以滿足我國(guó)養(yǎng)殖水域凈化的需要。此外，目前還逐步發(fā)展了菌藻聯(lián)合調(diào)控技術(shù)。細(xì)菌和藻類是水生態(tài)體系中調(diào)節(jié)水質(zhì)的重要微生物它們能夠有效控制養(yǎng)殖水體中的NH4+-N、NO2--N等營(yíng)養(yǎng)鹽含量改善水質(zhì)，且具有無(wú)毒副作用、不污染環(huán)境的特點(diǎn)，符合健康養(yǎng)殖的要求。如黃翔鵠等(1998)人工引入波吉卵囊藻(Oocystisborgeisnow)和微綠球藻(Nannochloropsisoculata)于凡納濱對(duì)蝦(Penaeusvannamei)養(yǎng)殖環(huán)境中，結(jié)果表明，引入波吉卵囊藻和微綠球藻能改善養(yǎng)殖水體的水質(zhì)。
4提高水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水生物處理效率的研究
4.1生物強(qiáng)化技術(shù)
4.1.1高效菌(包括微生態(tài)制劑)
盡管改善水質(zhì)的方法很多，但由于上述方法都有一定的缺點(diǎn)，不盡如人意。所以，在養(yǎng)殖池中施放有益微生物，讓其參與養(yǎng)殖池的生態(tài)循環(huán)，一方面可改善水體質(zhì)量，清除有機(jī)廢物;另一方面可抑制、排斥病原微生物的繁殖生長(zhǎng)，達(dá)到防治病害的目的。目前，有益菌作為水產(chǎn)凈化劑已是水產(chǎn)養(yǎng)殖的必備，應(yīng)用范圍極其廣泛。微生態(tài)制劑可有效降解有機(jī)污染物的細(xì)菌有假單胞菌、枯草芽孢桿菌、多粘球菌、硝化細(xì)菌、腸道菌群等，它們發(fā)揮氧化、氨化、硝化、反硝化、解磷、硫化、固氮等作用，將動(dòng)物的排泄物、殘存飼料、浮游生物殘?bào)w、化學(xué)藥物等迅速分解為CO2、硝酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽等，是物質(zhì)循環(huán)流動(dòng)不可缺少的部分。微生態(tài)制劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)凈化中的效益是潛在的、長(zhǎng)期的，是未來(lái)研究、發(fā)展和應(yīng)用的主要方向，其前景十分廣闊。
4.1.2固定化
近年來(lái)固定化微生物技術(shù)是研究比較多的污水處理技術(shù)之一，關(guān)于閉合養(yǎng)殖系統(tǒng)中固定化微生物研究也有報(bào)道。如黃正、趙興利等加入馴化污泥，以聚乙烯醇(PVA)為包埋載體，粉末活性炭作為無(wú)機(jī)載體，制備固定化小球，處理養(yǎng)殖廢水，COD的去除率達(dá)74.9%，NH3-N的去除率為82.5%左右。鄭耀通等以PVA為主要包埋骨架，添加SiO2、CaCO3等載體，固定菌藻系統(tǒng)去除水體中的氨氮，NH3-N的去除率達(dá)96.8%。目前固定化微生物脫氮主要應(yīng)用于污水處理、工廠化養(yǎng)殖循環(huán)廢水處理的室內(nèi)模擬，尚未見到在養(yǎng)殖池塘中應(yīng)用的報(bào)道，關(guān)于浮游動(dòng)物對(duì)水體氮的吸收、轉(zhuǎn)換及釋放的循環(huán)機(jī)制，也有待進(jìn)一步研究。
4.2預(yù)處理研究
4.2.1沉淀、泡沫分離法
考慮到養(yǎng)殖污水中的主要污染物是未食餌料和動(dòng)物排泄物，重力分離法比較適合對(duì)這部分污水進(jìn)行先期預(yù)處理。早在1998年D.R.Teichert-Coddington等對(duì)高密度集約化養(yǎng)蝦池的出水進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)對(duì)蝦池出水的營(yíng)養(yǎng)物及固體懸浮物的含量相當(dāng)高，如采用沉降法處理出水，沉降時(shí)間大約需要6h。經(jīng)過(guò)6h的沉淀，可以去除全部可沉淀的固體物、88%的懸浮物、77%的揮發(fā)性物質(zhì)、63%的BOD、31%的總氮、55%的總磷。
4.2.2提高溫度與DO
溫度和溶氧是影響硝化細(xì)菌硝化率的重要因素，溫度升高和提高水體含氧量，采用適宜的增氧方式、高效的增氧裝備及合理的布局形式，都可提高硝化率。
4.2.3利用水生維管束植物凈化養(yǎng)殖廢水
利用水生維管束植物凈化養(yǎng)殖廢水，如茄子-養(yǎng)鱉廢水，鳳眼蓮-螺廢水，番茄-養(yǎng)甲魚廢水等凈化濾器的試驗(yàn)表明，植物濾器在凈化廢水方面表現(xiàn)出了巨大的潛力，經(jīng)過(guò)處理的水即使達(dá)不到使用要求，還需要后續(xù)處理，但低成本的植物濾器已利用了污水中大部分的營(yíng)養(yǎng)物，從而大大減輕了后續(xù)處理的工作量。
4.3水質(zhì)控制的自動(dòng)化與機(jī)械化
目前通常所采取的凈化水措施的處理水平不盡如人意，而一些先進(jìn)國(guó)家在高密度養(yǎng)殖系統(tǒng)中采用了先進(jìn)的自動(dòng)控制及水處理、監(jiān)測(cè)等技術(shù)，取得了較好的效果，對(duì)于養(yǎng)殖水質(zhì)控制的自動(dòng)化和機(jī)械化研究方面的經(jīng)驗(yàn)值得我們借鑒，并應(yīng)用于工廠化養(yǎng)殖水處理流程中。高密度養(yǎng)殖是今后水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展方向。高效、快速處理養(yǎng)殖污水，使其循環(huán)利用，是發(fā)展大規(guī)模高密度養(yǎng)殖業(yè)的關(guān)鍵。完全可以借鑒現(xiàn)有的處理工業(yè)、生活污水的成套設(shè)施和技術(shù)，結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)水質(zhì)的要求，設(shè)計(jì)出適用于工廠化高密度養(yǎng)殖的污水處理系統(tǒng)。3.3.3人工濕地
以景觀水體為處理對(duì)象，構(gòu)建了植物浮床生態(tài)箱-植物浮床生態(tài)箱-人工濕地-沉水植物生態(tài)箱多級(jí)人工生態(tài)系統(tǒng)，在系統(tǒng)中引入了多種植物、魚類、螺螄、蝦等物種，且該系統(tǒng)在循環(huán)流方式下運(yùn)行，系統(tǒng)的平均水力停留時(shí)間為2d，模擬景觀水體4.2d被系統(tǒng)交換一次。試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行之后，景觀水體池中，DO平均值為4.93mg/L，NH4+-N平均值為0.673mg/L，TN平均值為17.303mg/L，TP平均值為0.703mg/L，COD平均值為20.967mg/L。