2023年《安全环境环保技术》之养殖废水处理技术进展.docx

养殖废水处理技术进展 ：目前，我国沿海大局部地区存在富营养化，养殖废水的大规模排放导致局部海区N、P含量进一步升高，成为赤潮爆发的主要诱因之一。水质污染反过来也制约着水产养殖业的开展。如何能够做到水产养殖业的增产不增污，是目前亟需解决的问题，也是水产养殖业长期健康开展的方向。本文从物理化学法、生物法、人工湿地法等不同废水治理方式入手，分类阐述水产养殖业废水处理的主要技术进展情况。 关键词：养殖废水；处理技术；物理法；生物化学法 1水产养殖废水污染物组成 养殖水体中的污染物主要有：有机物、氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、磷等。其特点主要有：水量大，污染物种类较少而含量变化小等特点，污染物主要为有机物和氮、磷等营养盐，大局部水产养殖废水属于微污染水，污染负荷相比照拟低，处理也较为容易，有些养殖废水甚至不需要物理化学处理，而直接采用生物法处理即可满足排放要求。 1.1有机物 水环境中有机物含量过高易造成水质恶化，在有机物分解时将会极大的消耗溶解氧。水产养殖废水有机物主要来自未被鱼虾蟹等利用的残饵和养殖水产品的排泄物。 1.2氮 氨氮：当水体中TN的浓度超过0.5mg/L时，对鱼类有毒害作用。水体中的氨氮包括非离子氨氮(NH3-N)和离子氨氮(NH4+-N)，其中NH3-N的毒性很强，其浓度在0.02-0.05mg/L之间时，就会使水产品降低免疫力，导致水产品疾病甚至死亡。养殖废水中的氨氮主要来源于饲料残饵、水产品的排泄物、死亡并腐化的植物以及池底沉积物的氨化分解形成的物质。 硝态氮：硝态氮主要包括硝酸盐和亚硝酸盐。硝酸盐对水生生物毒害作用较小，亚硝酸盐对水生生物的危害很大，因为亚硝酸盐会把亚铁血红蛋白氧化成为不具有运输氧气功能的高铁血红蛋白，氧气不能正常运输，造成缺氧。 亚硝酸盐是硝化菌分解氨化养殖水体中的饵料和粪便转化而成，是养殖污水中污染物的中间产物，很不稳定。 硝酸盐是含氮有机物经过无机化作用的最终阶段的产物，在有氧的条件下，亚硝酸盐可以氧化成硝酸盐，在无氧的条件下，硝酸盐可以在微生物的作用下，转化成亚硝酸盐。 1.3磷 饲料中的磷的含量都很高，但是养殖水产品只能吸收很少的一局部，约17.4%，绝大局部的磷被排放到附近水域，导致了富营养化。水体中的磷主要来源于饲料残饵，磷是鱼类的鱼鳞和骨骼的的必须的营养成分。 1.4总悬浮颗粒物 TSS包括直径在1～100μm之间的悬浮于水体中的非沉淀悬浮物和直径大于100μm的悬浮物可沉淀。TSS会对鱼类产生毒害作用，导致鱼类生长速度缓慢甚至死亡。总悬浮颗粒物(TSS)也来自于残饵和水产品的排泄物。 2水产养殖废水理化处理法 2.1物理法 在水产养殖废水物理处理中，最常用的为机械过滤和泡沫别离技术，两者都用于废水的初步处理。 机械过滤原理是阻隔吸附，属于最根本的污水处理法。养殖废水中的残饵和水产品排泄物，大局部以悬浮颗粒物形式存在，采用物理过滤技术去除是最为方便有效的方法。在养殖废水处理中，机械过滤器过滤效果较好，也是目前应用较多的过滤器；砂滤池也能较好地将大颗粒的养殖残饵和粪便去除，经常被用于循环水养殖类养殖场。但机械过滤对COD、BOD、N和P的去除效果不佳。 泡沫别离技术也经常被用于水产养殖废水的初步处理，向被养殖废水中通入空气后，形成微小气泡。废水中的具有外表活性的局部污染物就会被微小气泡吸附，随气泡一起上浮形成泡沫。对泡沫进行别离，即可去除该局部溶解态和悬浮态污染物。由于泡沫别离技术在去除了有毒有害污染物质同时，也为养殖水体提供了必需的溶解氧，有效地维护了养殖水体的水环境，促进养殖水产品的成长发育。 2.2化学法 用于养殖废水处理的化学法通常为化学氧化，常用的氧化剂有臭氧、过氧化氢、二氧化氯、液氯等。氧化剂具有氧化分解难生物降解溶解态有机物的作用，是养殖废水深度处理的主要手段。 臭氧具有很强的氧化性，其原理是，在水中分解的中间物质经基自由基(-OH)，可以分解那生物降解且难以被一般氧化剂氧化的溶解态有机物。用臭氧处理废水，既能增加水中溶解氧，增加养殖水体的氧含量，又能够快速消灭细菌、病毒和氨等有毒有害成分，从而到达净化养殖废水，改善养殖水体的目的。据相关资料记载，臭氧在鱼虾养殖废水处理中实际应用效果良好。日本伊腾慎悟用臭氧处理海水，研究发现海水中99.9%各种细菌可被臭氧消除[1]。在1994-1995年间，Jack进行过13次臭氧水处理试验，当臭氧投放量到达0.59mg/L，灭菌率可达99.12%；此外，臭氧能快速降低养殖废水的COD，增加溶解氧含量，并且可大大降低水中NH3-N和亚硝态氮浓度，但所消耗的臭氧量也相对较大。 总体而言，化学氧化虽然具有处理效率很高的优点，但需要特定仪器设备，费用高，而且过量的试剂，很容易引起二次污染。目前，臭氧氧化技术已在美国、欧洲和亚洲的日本被广泛应用于海水养殖的循环水处理。 2.3理化学法 物理化学法相结合的综合方法，是废水处理的主要方法之一，如化学沉淀法，通过添加一定的化学絮凝剂，再经过沉淀，去除废水中的颗粒物及无机物。 近些年，许多研究者对臭氧氧化与膜的结合技术产生了浓厚的兴趣。Zhu等人发现在陶瓷微滤膜之前使用臭氧进行初级处理，不仅可以提高污染物的去除率，而且对缓解膜污染具有很重要的作用；Schlichter等人将臭氧与地表水混合后通入膜组件，能够提高有机物的降解率，并同样缓解了膜污染；Choi等人通过一个膜与臭氧结合的中试研究，证明在臭氧存在的条件下，膜的通量会保持在一个稳定值，并且能够很好的降解污染物质。将膜别离技术与高级氧化技术相耦合用于废水的深度处理过程，不仅能够利用膜截留来浓缩废水中的有毒有害物质，而且还可以用高级氧化技术中的氧化剂来降解膜截留的污染物质。如此一来，这种耦合技术在一方面解决了膜别离中浓缩水的二次污染问题和缓解膜污染问题，另一方面也提高了高级氧化技术中氧化剂与污染物接触的几率，提高了其氧化基团的利用效率[2]。该技术目前有诸多学者正在研究实验，是未来污水处理的主要开展方向之一。 3养殖废水生物处理法 相比于物理法对BOD、N、P去除效率效率低，化学法费用高且易造成二次污染，以生物为核心的技术，既能有效去除养殖废水中污染物，又不会对环境造成二次污染。目前，该方法已被广泛应用于水产养殖废水处理及其它污水治理中。 采用生物法处理养殖废水，主要是利用藻类、微生物等对养殖废水中有机物和N、P进行吸收降解。 3.1生物法 3.1.1藻类治理法 （1）大型海藻对养殖废水的治理 大型藻类能通过光合作用吸收固定水中的有机物、N、P等营养物质，同时向水中释放氧气，其具有生命周期长、生长快的特点，是海区重要的初级生产者。在福建、广东、江苏、山东、浙江沿海进行的龙须菜栽培试验说明，龙须菜可以在海水中生长增重20-800倍。杨宇峰对江蓠组织N、P的含量分析，发现江蓠含0.25%的N和0.03%的P，即每养殖收割1吨江蓠，相当于从水体转移出2.5kg的N和0.03kg的P。由此说明，大型海藻减轻水体营养负荷的效果非常明显[3]。 （2）微藻对养殖废水的治理 微藻由于都要吸收水体中N、P等营养盐，对养殖废水均具有一定的治理效果，微藻在污水处理效果研宄已有报道。 吴沛儒曾对微藻处理水产养殖废水中N、P的可行性作了研究，通过实验进行培养分析，微藻适用于处理水产养殖中的N、P[4]。王黎颖曾就微藻对红鳍东方飩养殖废水的净化效果如何进行了实验研究，小球藻、螺旋藻和杜氏盐藻对红鳍东方飩养殖废水都有一定的净化效果，其中小球藻的净化效果最好[5]。 3.1.2微生物治理法 养殖废水中的氮存在形式主要有三种：有机氮、NH3-N和NOx-N。在微生物的作用下，这几种形式的氮可以相互转化的。主要转化顺序为：氨化作用→吸收同化作用→硝化作用→反硝化作用。异养微生物通过氨化作用，将氨基酸等有机氮转化为NH3-N，硝化细菌通过硝化作用将NH3-N转化为NOx--N，在缺氧的状态下，NOx-N又通过微生物的反硝化作用转化为N2，不溶于水的N2溢出水面，从而到达了脱氮的目的。 生物除磷是主要是依靠聚磷菌（PAOs）来完成。在厌氧条件下，聚磷菌吸收低分子脂肪酸(VFAs)合成体内的高聚能贮存物聚B-羟基丁酸(PHB)，并从中获得能量，吸收污水中的有机物，在好氧或缺氧的环境下，聚磷菌分解体内的PHB，摄取废水中的磷酸盐形成聚磷酸盐，最终通过排泥的方式实现除磷。 通过大量研究发现，微生物对废水中N、P的治理效率均可到达90%以上。对于养殖废水，其污染物主要成分就是N、P，利用微生物进行治理具有很强的针对性。 生物超量吸磷现象的发现导致了污水生物除磷技术的开展。孙福临对聚磷菌对养殖废水的治理进行了研究，利用聚磷菌吸收的氧化沟工艺、序批式活性污泥法（SBR）对N、P的处理效果都极好[6]。 4人工湿地法 人工湿地(ConstructedWetlands)模拟自然湿地生态系统，也叫构建湿地。人工湿地从利用生态学出发，对废水的处理是系统内部植物、基质和微生物之间物理、化学与生物三者相互作用的综合结果。通过基质过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物进行吸收和微生物进行代谢等多种途径，去除养殖废水中的N、P、有机物、SS、重金属和病原微生物等。 通过查阅历史资料可发现，我国首例人工湿地是天津市环保所1987年建成的芦苇湿地工程，该湿地工程日处理废水规模为1400m3。1988~1990年，北京市环保所在北京昌平县也建成了芦苇湿地处理系统，日处理废水规模为500m3。1990年7月，国家环保总局华南环保所在深圳建造白泥坑人工湿地工程，日处理废水可达3100m3，经过出水检测，证明该湿地污染物去除效果良好，可以看作是首次湿地处理实践。自此，研究者开始对人工湿地的构建方法、污染去除效果及机理等方面进行了比较系统的研究。目前，人工湿地污水处理技术在我国开展迅速，具有良好的应用前景。一般情况下，人工湿地对BOD的去除率为85%~95%，对COD的去除率可达80%以上。 水产养殖废水的特点是污染物浓度低，废水排放量大，在水处理中不能有较长的停留在处理设备中的时间。因而，对于水产养殖废水，宜建立人工湿地生态系统进行集中处理。 结语 近些年中国社会的快速开展很多以环境为代价，水产养殖业的规模扩大，产量提高，同样产生更多的养殖污染物。但想要实现建设富强、民主、文明、和谐、美丽洁净的社会这一伟大目标，离不开环境保护，离不开可持续开展。所以我们要认真研究水产养殖的废水处理技术以及其应用的情况，进一步推动水产养殖业向着生态健康可持续的方向开展。从目前现有的成熟的水产养殖废水处理技术，以及正在研究实验的处理技术来看，物理化学生物结合的综合处理方向，是最有效和最为广发使用的手段。生物膜处理和湿地处理技术是今后大力开展的方向