海水养殖尾水有哪些处理办法?

简述了海水养殖现状及海水养殖污染物,介绍了海水养殖尾水的资源化处理方法,包括物理处理、化学处理、生物处理和综合以上2种或3种处理技术的方法。提出,利用水产养殖与植物或藻类种植相结合的系统进行尾水处理,能有效防止或减少养殖尾水污染。随着人们对鱼、贝、甲壳类和其他水产品需求的增长,全球水产养殖业得到迅速发展,工厂化循环水养殖成为未来水产养殖发展的重要方向。在海水循环水养殖中会产生大量尾水,尾水中包含了可溶性营养盐及有机物质,若不经处理随意排放,不仅会危害水生生物,还会恶化周边水域环境,甚至引发赤潮灾害[1]。因此,对海水养殖尾水进行净化与再利用显得十分重要。01海水养殖现状据世界粮农组织(FAO)报道,2005~2014年,全球水产养殖产量以5.8%的年平均增长率升高至7380万t[2]。我国是世界上最大的海水养殖国家,2020年我国水产养殖总产量为5224.2万t,其中海水养殖产量为2135.31万t,居世界首位[3-4]。21世纪以来,我国水产养殖业逐渐由粗放式、中低密度养殖向工厂化、集约型高密度养殖模式转变[5-6]。尽管我国海水养殖规模小于淡水养殖,但总体呈上升趋势。02海水养殖污染物通常认为,有机物、总悬浮颗粒物、氮、磷和海水中的盐是海水养殖尾水中的主要污染物[7-8]。内源污染物主要来源于残余饵料、生物代谢物、药物残留和病原体等,超过85%的污染物来源于养殖本身,包括残余饵料与养殖生物代谢物。污染物中的化合物及有害物质(氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和磷酸盐等)为养殖废水的资源化利用提供了物质基础[9]。03海水养殖尾水处理方法相较于淡水养殖尾水,海水养殖尾水具有高盐度、盐度效应、离子强度效应等特点,其处理难度增加,比传统的处理尾水的设备与工艺更为复杂[10]。目前,国内外海水养殖尾水的处理方法包括物理处理、化学处理、生物处理方法以及综合以上2种或3种处理技术的方法[11]。3.1 物理处理方法物理处理是目前研究较深入、应用范围较广的海水养殖尾水处理方法,用于去除养殖尾水中固体悬浮颗粒、细菌、病毒等物质,主要包括过滤、沉淀、泡沫分离等多种方法[12-13]。物理方法去除尾水中悬浮颗粒物及少量有机物的效果明显,但对可溶性氮、磷无机盐等几乎没有去除效果。在养殖尾水的预处理及处理后的资源化利用方面,为机械过滤提供了有效方法和途径[14-15]。3.1.1 沉淀技术沉淀技术又称重力分离技术,即通过自然沉降或机械旋流沉降,去除海水养殖尾水中的固体颗粒物,实现固液分离。沉淀技术在很大程度上降低了后续水处理系统的负荷[16-17]。3.1.2 机械过滤机械过滤是海水养殖系统中去除固体颗粒物的主要手段,即在养殖过程中安装过滤装置,滤除废水中粒径较大的残余饵料、养殖生物粪便等颗粒物质。常见的过滤装置可分为固定筛、旋转筛和滤膜等。经机械过滤处理后的养殖尾水中的颗粒物直径通常小于50μm[18]。3.1.3 泡沫分离法泡沫分离法,即通过曝气形成大量气泡,气泡上浮过程中吸附废水表面活性物质或疏水的微小悬浮物,上浮至水面形成泡沫,从而去除污染物的方法。泡沫分离器根据其气泡产生、气液接触和气泡收集方式的差异大致分为五类,即直流式、逆流式、射流式、涡流式和气液下沉式[19-20]。泡沫分离法不仅可以去除海水养殖尾水中的溶解性蛋白质、小粒径颗粒物等物质,还可以为养殖生物提供溶解氧。20世纪90年代,欧洲国家广泛采用泡沫分离法进行水处理。近年来,随着我国海水工厂化养殖业的迅速发展,泡沫分离法更多被应用于封闭式循环水养殖系统中[21-22]。3.2 化学处理方法化学处理方法通过絮凝沉淀、氧化还原等化学反应去除养殖水体中有害污染物,包括电化学技术、臭氧氧化、絮凝沉降、化学氧化还原、高锰酸钾消毒、氯氧化消毒、化学中和等方法。部分传统的化学处理方法虽然净化了养殖水体,但易造成二次污染,不适合大规模推广应用[23]。3.2.1 电化学技术电化学技术的本质是电子传递,即通过原位产生羟基自由基、游离氯等强氧化剂去除废水中的有害物质[24]。海水养殖尾水的高盐度特征保证了电化学方法的应用可行性,国内外已有多项电化学法研究成果,用于处理孵化池、育种场、循环水养殖系统等海水养殖尾水[25]。3.2.2 臭氧氧化技术臭氧氧化技术借助臭氧的强氧化特性,在进行杀菌、除臭、脱色,并去除氨氮、亚硝酸盐氮和有机物[26]。在处理废水过程中,臭氧分解为氧分子,因此经臭氧处理后的养殖尾水中富含溶解氧,尤其适用于集约型工厂化水产养殖的尾水处理[27]。然而,残留的臭氧对养殖生物具有毒性效应,该技术尚未得到广泛推广。3.3 生物处理方法生物处理方法是通过生物体同化吸收和代谢废水中的营养盐及有机物质来净化水质。同上述物理、化学方法相比,生物处理方法投资成本低,不易产生二次污染,并且处理尾水的同时产生副产品,实现了对养殖尾水的资源化利用[28]。目前,生物处理技术是国内外海水养殖尾水净化的主要方式。根据使用生物种类的不同,常用的生物处理技术包括微生物处理、植物处理和动物处理技术。3.3.1 微生物处理技术微生物处理技术指使用具有特定功能的微生物,通过吸收和代谢去除废水中的营养盐和有机物质。常见的微生物包括硝化细菌、反硝化细菌、光合细菌和枯草芽孢杆菌等。用于海水养殖尾水处理的微生物技术主要包括生物膜法、人工添加微生物制剂以及固定化微生物技术[29]。生物膜法包括生物滤池、生物转盘、生物流化床等,即通过在滤料表面附着的微生物膜处理海水养殖尾水,在海水封闭式循环水养殖系统中得到了广泛应用。3.3.2 植物处理技术植物处理技术,即利用水生植物进行光合作用,同化吸收养殖尾水中的氮、磷营养盐和二氧化碳等物质,在净化尾水的同时,可以收获植物,并获得富含氧气的养殖用水[30]。国内外已有许多利用植物处理技术处理海水养殖尾水的案例。在养殖大马哈鱼的同时种植江蓠,可以去除养殖池中50%~90%的含氮营养盐[31]。在我国,晏小霞[32]基于海水种植-海水养殖耦合的农业系统开展研究,发现海水蔬菜对养殖尾水中硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮、总氮、总磷、化学需氧量的去除率依次为58.1%,58.6%,62.9%,46.8%,54.5%和52.6%。但是,当海水养殖尾水中营养盐浓度处于较低水平时,水生植物对营养盐的吸收速率显著下降。3.3.3 动物处理技术常见水生动物主要为滤食性贝类,如牡蛎和扇贝等。滤食性贝类可摄食养殖水体中的有机碎屑,与其他养殖生物置于养殖池中混养时,既能净化水质,又可以提高养殖饲料的利用率。04结语水产养殖过程中会产生大量尾水,尾水中含有悬浮固体、总氮和总磷等化合物。综合看来,利用水产养殖与植物或藻类种植相结合的系统进行尾水处理,能有效防止或减少养殖尾水污染,可实现养殖尾水资源利用最大化的目标。