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養殖廢水處理方法技術發展詳解

目前,我國沿海大部分地區存在富營養化,養殖廢水的大規模排放導致局部海區N、P含量進一步升高,成爲赤潮爆發的主要誘因之一。水質汙染反過來也制約著水産養殖業的發展。如何能夠做到水産養殖業的增産不增汙,是目前亟需解決的問題,也是水産養殖業長期健康發展的方向。本文從物理化學法、生物法、人工濕地法等不同廢水治理方式入手,分類闡述水産養殖業廢水處理的主要技術進展情況。


關鍵詞:養殖廢水;處理技術;物理法;生物化學法


1水産養殖廢水汙染物組成


養殖水體中的汙染物主要有:有機物、氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽、磷等。其特點主要有:水量大,汙染物種類較少而含量變化小等特點,汙染物主要爲有機物和氮、磷等營養鹽,大部分水産養殖廢水屬于微汙染水,汙染負荷相對比較低,處理也較爲容易,有些養殖廢水甚至不需要物理化學處理,而直接采用生物法處理即可滿足排放要求。


1.1有機物


水環境中有機物含量過高易造成水質惡化,在有機物分解時將會極大的消耗溶解氧。水産養殖廢水有機物主要來自未被魚蝦蟹等利用的殘餌和養殖水産品的排泄物。


1.2氮


氨氮:當水體中TN的濃度超過0.5mg/L時,對魚類有毒害作用。水體中的氨氮包括非離子氨氮(NH3-N)和離子氨氮(NH4+-N),其中NH3-N的毒性很強,其濃度在0.02-0.05mg/L之間時,就會使水産品降低免疫力,導致水産品疾病甚至死亡。養殖廢水中的氨氮主要來源于飼料殘餌、水産品的排泄物、死亡並腐化的植物以及池底沈積物的氨化分解形成的物質。


硝態氮:硝態氮主要包括硝酸鹽和亞硝酸鹽。硝酸鹽對水生生物毒害作用較小,亞硝酸鹽對水生生物的危害很大,因爲亞硝酸鹽會把亞鐵血紅蛋白氧化成爲不具有運輸氧氣功能的高鐵血紅蛋白,氧氣不能正常運輸,造成缺氧。


亞硝酸鹽是硝化菌分解氨化養殖水體中的餌料和糞便轉化而成,是養殖汙水中汙染物的中間産物,很不穩定。


硝酸鹽是含氮有機物經過無機化作用的最終階段的産物,在有氧的條件下,亞硝酸鹽可以氧化成硝酸鹽,在無氧的條件下,硝酸鹽可以在微生物的作用下,轉化成亞硝酸鹽。


1.3磷


飼料中的磷的含量都很高,但是養殖水産品只能吸收很少的一部分,約17.4%,絕大部分的磷被排放到附近水域,導致了富營養化。水體中的磷主要來源于飼料殘餌,磷是魚類的魚鱗和骨骼的的必須的營養成分。


1.4總懸浮顆粒物


TSS包括直徑在1~100μm之間的懸浮于水體中的非沈澱懸浮物和直徑大于100μm的懸浮物可沈澱。TSS會對魚類産生毒害作用,導致魚類生長速度緩慢甚至死亡。總懸浮顆粒物(TSS)也來自于殘餌和水産品的排泄物。


2水産養殖廢水理化處理法


2.1物理法


在水産養殖廢水物理處理中,最常用的爲機械過濾和泡沫分離技術,兩者都用于廢水的初步處理。


機械過濾原理是阻隔吸附,屬于最基本的汙水處理法。養殖廢水中的殘餌和水産品排泄物,大部分以懸浮顆粒物形式存在,采用物理過濾技術去除是最爲方便有效的方法。在養殖廢水處理中,機械過濾器過濾效果較好,也是目前應用較多的過濾器;砂濾池也能較好地將大顆粒的養殖殘餌和糞便去除,經常被用于循環水養殖類養殖場。但機械過濾對COD、BOD、N和P的去除效果不佳。


泡沫分離技術也經常被用于水産養殖廢水的初步處理,向被養殖廢水中通入空氣後,形成微小氣泡。廢水中的具有表面活性的部分汙染物就會被微小氣泡吸附,隨氣泡一起上浮形成泡沫。對泡沫進行分離,即可去除該部分溶解態和懸浮態汙染物。由于泡沫分離技術在去除了有毒有害汙染物質同時,也爲養殖水體提供了必需的溶解氧,有效地維護了養殖水體的水環境,促進養殖水産品的成長發育。


2.2化學法


用于養殖廢水處理的化學法通常爲化學氧化,常用的氧化劑有臭氧、過氧化氫、二氧化氯、液氯等。氧化劑具有氧化分解難生物降解溶解態有機物的作用,是養殖廢水深度處理的主要手段。


臭氧具有很強的氧化性,其原理是,在水中分解的中間物質經基自由基(-OH),可以分解那生物降解且難以被一般氧化劑氧化的溶解態有機物。用臭氧處理廢水,既能增加水中溶解氧,增加養殖水體的氧含量,又能夠快速消滅細菌、病毒和氨等有毒有害成分,從而達到淨化養殖廢水,改善養殖水體的目的。據相關資料記載,臭氧在魚蝦養殖廢水處理中實際應用效果良好。日本伊騰慎悟用臭氧處理海水,研究發現海水中99.9%各種細菌可被臭氧消除[1]。在1994-1995年間,Jack進行過13次臭氧水處理試驗,當臭氧投放量達到0.59mg/L,滅菌率可達99.12%;此外,臭氧能快速降低養殖廢水的COD,增加溶解氧含量,並且可大大降低水中NH3-N和亞硝態氮濃度,但所消耗的臭氧量也相對較大。


總體而言,化學氧化雖然具有處理效率很高的優點,但需要特定儀器設備,費用高,而且過量的試劑,很容易引起二次汙染。目前,臭氧氧化技術已在美國、歐洲和亞洲的日本被廣泛應用于海水養殖的循環水處理。


2.3理化學法


物理化學法相結合的綜合方法,是廢水處理的主要方法之一,如化學沈澱法,通過添加一定的化學絮凝劑,再經過沈澱,去除廢水中的顆粒物及無機物。


近些年,許多研究者對臭氧氧化與膜的結合技術産生了濃厚的興趣。Zhu等人發現在陶瓷微濾膜之前使用臭氧進行初級處理,不僅可以提高汙染物的去除率,而且對緩解膜汙染具有很重要的作用;Schlichter等人將臭氧與地表水混合後通入膜組件,能夠提高有機物的降解率,並同樣緩解了膜汙染;Choi等人通過一個膜與臭氧結合的中試研究,證明在臭氧存在的條件下,膜的通量會保持在一個穩定值,並且能夠很好的降解汙染物質。將膜分離技術與高級氧化技術相耦合用于廢水的深度處理過程,不僅能夠利用膜截留來濃縮廢水中的有毒有害物質,而且還可以用高級氧化技術中的氧化劑來降解膜截留的汙染物質。如此一來,這種耦合技術在一方面解決了膜分離中濃縮水的二次汙染問題和緩解膜汙染問題,另一方面也提高了高級氧化技術中氧化劑與汙染物接觸的幾率,提高了其氧化基團的利用效率[2]。該技術目前有諸多學者正在研究實驗,是未來汙水處理的主要發展方向之一。


3養殖廢水生物處理法


相比于物理法對BOD、N、P去除效率效率低,化學法費用高且易造成二次汙染,以生物爲核心的技術,既能有效去除養殖廢水中汙染物,又不會對環境造成二次汙染。目前,該方法已被廣泛應用于水産養殖廢水處理及其它汙水治理中。


采用生物法處理養殖廢水,主要是利用藻類、微生物等對養殖廢水中有機物和N、P進行吸收降解。


3.1生物法


3.1.1藻類治理法


(1)大型海藻對養殖廢水的治理


大型藻類能通過光合作用吸收固定水中的有機物、N、P等營養物質,同時向水中釋放氧氣,其具有生命周期長、生長快的特點,是海區重要的初級生産者。在福建、廣東、江蘇、山東、浙江沿海進行的龍須菜栽培試驗表明,龍須菜可以在海水中生長增重20-800倍。楊宇峰對江蓠組織N、P的含量分析,發現江蓠含0.25%的N和0.03%的P,即每養殖收割1噸江蓠,相當于從水體轉移出2.5kg的N和0.03kg的P。由此表明,大型海藻減輕水體營養負荷的效果非常明顯[3]。


(2)微藻對養殖廢水的治理


微藻由于都要吸收水體中N、P等營養鹽,對養殖廢水均具有一定的治理效果,微藻在汙水處理效果研宄已有報道。


吳沛儒曾對微藻處理水産養殖廢水中N、P的可行性作了研究,通過實驗進行培養分析,微藻適用于處理水産養殖中的N、P[4]。王黎穎曾就微藻對紅鳍東方飩養殖廢水的淨化效果如何進行了實驗研究,小球藻、螺旋藻和杜氏鹽藻對紅鳍東方飩養殖廢水都有一定的淨化效果,其中小球藻的淨化效果最好[5]。


3.1.2微生物治理法


養殖廢水中的氮存在形式主要有三種:有機氮、NH3-N和NOx-N。在微生物的作用下,這幾種形式的氮可以相互轉化的。主要轉化順序爲:氨化作用→吸收同化作用→硝化作用→反硝化作用。異養微生物通過氨化作用,將氨基酸等有機氮轉化爲NH3-N,硝化細菌通過硝化作用將NH3-N轉化爲NOx--N,在缺氧的狀態下,NOx-N又通過微生物的反硝化作用轉化爲N2,不溶于水的N2溢出水面,從而達到了脫氮的目的。


生物除磷是主要是依靠聚磷菌(PAOs)來完成。在厭氧條件下,聚磷菌吸收低分子脂肪酸(VFAs)合成體內的高聚能貯存物聚B-羟基丁酸(PHB),並從中獲得能量,吸收汙水中的有機物,在好氧或缺氧的環境下,聚磷菌分解體內的PHB,攝取廢水中的磷酸鹽形成聚磷酸鹽,最終通過排泥的方式實現除磷。


通過大量研究發現,微生物對廢水中N、P的治理效率均可達到90%以上。對于養殖廢水,其汙染物主要成分就是N、P,利用微生物進行治理具有很強的針對性。


生物超量吸磷現象的發現導致了汙水生物除磷技術的發展。孫福臨對聚磷菌對養殖廢水的治理進行了研究,利用聚磷菌吸收的氧化溝工藝、序批式活性汙泥法(SBR)對N、P的處理效果都極好[6]。


4人工濕地法


人工濕地(ConstructedWetlands)模擬自然濕地生態系統,也叫構建濕地。人工濕地從利用生態學出發,對廢水的處理是系統內部植物、基質和微生物之間物理、化學與生物三者相互作用的綜合結果。通過基質過濾、吸附、沈澱、離子交換、植物進行吸收和微生物進行代謝等多種途徑,去除養殖廢水中的N、P、有機物、SS、重金屬和病原微生物等。


通過查閱曆史資料可發現,我國首例人工濕地是天津市環保所1987年建成的蘆葦濕地工程,該濕地工程日處理廢水規模爲1400m3。1988~1990年,北京市環保所在北京昌平縣也建成了蘆葦濕地處理系統,日處理廢水規模爲500m3。1990年7月,國家環保總局華南環保所在深圳建造白泥坑人工濕地工程,日處理廢水可達3100m3,經過出水檢測,證明該濕地汙染物去除效果良好,可以看作是首次濕地處理實踐。自此,研究者開始對人工濕地的構建方法、汙染去除效果及機理等方面進行了比較系統的研究。目前,人工濕地汙水處理技術在我國發展迅速,具有良好的應用前景。一般情況下,人工濕地對BOD的去除率爲85%~95%,對COD的去除率可達80%以上。


水産養殖廢水的特點是汙染物濃度低,廢水排放量大,在水處理中不能有較長的停留在處理設備中的時間。因而,對于水産養殖廢水,宜建立人工濕地生態系統進行集中處理。


結語


近些年中國社會的快速發展很多以環境爲代價,水産養殖業的規模擴大,産量提高,同樣産生更多的養殖汙染物。但想要實現建設富強、民主、文明、和諧、美麗潔淨的社會這一偉大目標,離不開環境保護,離不開可持續發展。所以我們要認真研究水産養殖的廢水處理技術以及其應用的情況,進一步推動水産養殖業向著生態健康可持續的方向發展。從目前現有的成熟的水産養殖廢水處理技術,以及正在研究實驗的處理技術來看,物理化學生物結合的綜合處理方向,是最有效和最爲廣發使用的手段。生物膜處理和濕地處理技術是今後大力發展的方向


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