水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)研究進展

水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)研究進展

隨著我國水產(chǎn)養(yǎng)殖的快速發(fā)展，水產(chǎn)養(yǎng)殖模式已從傳統(tǒng)的粗放型轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)模和集約。此外，水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的獨立排放日益嚴重。淡水水產(chǎn)養(yǎng)殖水處理技術(shù)的研究受到越來越多的關(guān)注。引起水質(zhì)污染的物質(zhì)有以下幾種:有機物、氨氮、亞硝態(tài)氮等。通常養(yǎng)殖廢水中的營養(yǎng)性成分、溶解有機物、懸浮固體(SS)和病原體是處理的重點。國內(nèi)外學者針對養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)進行了大量研究,以期開發(fā)出實用的養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)和工藝。本文概述了國內(nèi)外在水產(chǎn)養(yǎng)殖水處理方面的研究進展,并對未來水產(chǎn)養(yǎng)殖水處理技術(shù)進行了展望。一、物理方法1.礦物懸浮物的凈化機械過濾是水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中用來進行固/液分離的主要手段,它利用液相中顆粒物粒徑大小不同的特點,以一定孔徑的篩網(wǎng)截留顆粒物,達到去除懸浮固體顆粒物的目的。除采用一般機械過濾去除較大懸浮物外,還采用如微濾機或弧形篩等去除小粒徑懸浮物,其去除率可以達到80%。如Ridha等(2001)用塑料生物過濾介質(zhì)對簡易羅非魚循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)廢水過濾取得了很好的凈化效果。丁永良(2001)應(yīng)用納米材料使養(yǎng)殖水體長期保持優(yōu)良水質(zhì)。2.濃縮表面活性物質(zhì)泡沫分離技術(shù)是近十幾年發(fā)展起來的新型分離技術(shù)之一。泡沫分離是根據(jù)吸附的原理,向含表面活性物質(zhì)的液體中鼓泡,使液體內(nèi)的表面活性物質(zhì)聚集在氣液界面(氣泡的表面)上,在液體主體上方形成泡沫層,將泡沫層和液相主體分開,就可以達到濃縮表面活性物質(zhì)(在泡沫層)和凈化液相主體的目的。泡沫分離技術(shù)常用于封閉和循環(huán)海水養(yǎng)殖系統(tǒng)中,因為在海水中易產(chǎn)生泡沫,而在淡水養(yǎng)殖系統(tǒng)中僅在有機物濃度較高的情況下才使用該技術(shù)。Timmons(1994)對水產(chǎn)養(yǎng)殖中的泡沫分離技術(shù)做了詳細的描述。杜守恩(1995)、林天生(1993)亦實現(xiàn)了泡沫分離法的除菌效果。3.微生物的凈化效果膜過濾技術(shù)分為微濾和超濾技術(shù),膜過濾技術(shù)主要采用不同孔徑的膜濾除顆粒物,是依膜孔徑截留不同粒徑顆粒物的過程。水產(chǎn)養(yǎng)殖中采用膜過濾技術(shù)主要處理直徑小于20μm~25μm的微顆粒。張寒冰等(2005)在室內(nèi)采用一種掛膜材料模擬研究生物膜法處理養(yǎng)殖廢水的效果及其影響因素,結(jié)果表明,曝氣條件下生物膜法對CODcr、NH4+—N、NO2-—N均有較好的凈化效果,CODcr、NH4+—N、NO2-—N的去除率分別達到78%、35%、76%。Yang等(2001)利用不同生物膜和流程安排研究了生物濾池的效率,結(jié)果表明,膜的性質(zhì)比生物濾池的流程安排更能影響生物濾池的效率,且裝有十字交叉和多孔生物膜的生物濾池對水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的處理效果良好。4.活性炭過濾系統(tǒng)養(yǎng)殖過程中機械增氧和換水也是常用方法,傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖也用篩網(wǎng)或柵欄過濾敵害魚蝦、漂浮物和懸浮物達到凈化水體的目的?；钚蕴恳灿休^好的吸附作用,能去除水體異臭物、色素、游離氨等物質(zhì)。但是這些吸附介質(zhì)易被堵塞,處理水量小,應(yīng)用較少。二、臭氧好氧生化水化學方法研究較多的是臭氧氧化。臭氧是自然界氧化性最強的氧化劑之一,臭氧能夠氧化大部分的無機物和有機物,且反應(yīng)后的產(chǎn)物是氧氣,所以臭氧是高效的無二次污染的氧化劑。章亞芳等(2010)對臭氧改善水產(chǎn)養(yǎng)殖水體質(zhì)量的機理進行了探索,表明臭氧在降解有害有毒物質(zhì)氨氮、硫化氫、藍綠藻、致病微生物方面有顯著效果。在周曉見等(2002)的試驗中,臭氧活化水對尼羅羅非魚養(yǎng)殖水體中pH、DO、COD和N等有良好的去除效果,且對羅非魚的生長有促進作用。除此之外,氨水、高錳酸鉀等化化學物也常用來殺死養(yǎng)殖水體有害微生物,提高水體質(zhì)量量。絮凝劑也常被用于水體懸浮物的去除。天然水體中膠狀狀離子大多帶負電荷,加入具有相反電性的鋁鹽、鐵鹽、氫氫氧化鈣、聚丙烯酰胺等絮凝劑能減少膠狀離子之間的排斥斥作用,使離子凝聚在一起下沉,從而達到去除目的。但有有些殘留在水體中的絮凝劑對魚類有一定的毒性效應(yīng),如何何減少水體中殘留的鋁鹽等含量是用絮凝劑處理養(yǎng)殖廢水面面臨的問題。三、生物方法1.水培番茄在魚養(yǎng)殖廢水的凈化作用國內(nèi)外利用水生植物處理養(yǎng)殖廢水有較多的報道。植物物在生長的過程中能吸收利用、富集、吸附和固定水產(chǎn)養(yǎng)殖殖水體中的有機物、營養(yǎng)鹽、重金屬等,將富營養(yǎng)水體中中的元素轉(zhuǎn)化為自身生長所需物質(zhì);同時,植物能通過發(fā)發(fā)達的通氣組織和根系傳輸氧氣,為微生物和其他生物的代謝活動提供條件。趙迪等(2010)研究了刺苦草對富營營養(yǎng)化水體的凈化作用,結(jié)果顯示:刺苦草對富營養(yǎng)化水體體的TN、TP、NH4+—N、COD的去除率分別為66.64%、90.02%、91.94%、71.17%。張士良等(2002)研究了水培培番茄對甲魚養(yǎng)殖水的凈化作用,試驗結(jié)果顯示,水培番茄茄對養(yǎng)殖廢水中的COD、NO2-—N、NH4+—N、P等有較高的凈化率,其值分別為77%、33%、97%、100%。蔣艾青(2003)研究了鳳眼蓮對魚塘的凈化效果,結(jié)果證明,鳳鳳眼蓮能有效去除城郊污水魚塘的NH4+—N、NO2-—N、CCOD、TN。王海鷗等(2009)研究了植物的投放密度對富富營養(yǎng)化水體凈化作用的影響,結(jié)論為適當控制植物的投投放密度有利于去除富營養(yǎng)化物質(zhì)。Haglund(1993)及TTroell(1997)等分別利用細基江籬處理魚類養(yǎng)殖用水獲得得了良好的效果。許桂芳(2010)以紅梗葉甜菜、羽衣甘甘藍、紅花石蒜3種觀賞植物為試驗材料,研究了其對冬季季富營養(yǎng)水體的凈化效果,結(jié)果顯示,在冬季低溫條件下下,3種植物均生長良好,且對TN、NH4+—N有良好的去處處效果。陳力等(2009)研究了不同種植方式對陸生植物物凈化富營養(yǎng)水體中氮的影響,其動態(tài)過程擬合模型說明明各植物處理組對水體中不同形態(tài)的氮有持續(xù)的凈化作用。賀鋒(2003)等介紹了水生植物在污水處理和水質(zhì)改善善中的應(yīng)用,還對高等水生植物的選擇標準作了描述。邵邵志鵬(2002)利用多花黑麥草設(shè)計的循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水水生物過濾處理系統(tǒng)對廢水污染物的去除率分別為:TN81.4%~89.1%,BOD573.9%~85.2%。錢名全等(2006)將將挺水植物、浮葉植物和漂浮植物應(yīng)用于工廠化雙循環(huán)水養(yǎng)養(yǎng)鱘模式的組建,6個月的模擬試驗結(jié)果顯示,魚池各項水質(zhì)指標均符合漁業(yè)水質(zhì)標準。文樂元等(2003)用多花黑黑麥草、早熟禾和空心蓮子草等植物組成的草濾帶處理甲魚魚養(yǎng)殖廢水,結(jié)果表明該草濾帶有較好的氨氮和硝態(tài)氮去除除效果。2.復(fù)合生物系統(tǒng)處理養(yǎng)殖廢水藻類在生長繁殖過程中能富集和吸收大量的有機物、無機物和重金屬,并在富積有機物的同時發(fā)生代謝降解。陳春云(2009)等研究了小球藻對對蝦養(yǎng)殖廢水中N、P的去除率,結(jié)果表明,小球藻能很好地去除水體中的N、P,水體中NH4+—N的去除率達到80%以上、PO4—P的去除率達到85%以上,同時,小球藻的增長量達初始量的10倍。胡海燕等(2009)利用馴化的淡水螺旋藻處理養(yǎng)殖廢水,試驗結(jié)果顯示,馴化后的螺旋藻對實際的養(yǎng)殖廢水有較好的凈化效果。除了單獨利用藻類處理養(yǎng)殖廢水外,國內(nèi)外許多學者也利用有益菌和濾食性魚蝦等和藻類組成的復(fù)合生物系統(tǒng)綜合處理養(yǎng)殖廢水取得了良好的效果。Benjamas等(2003)的研究表明,藍藻和黑虎蝦共同培養(yǎng)可以顯著降低養(yǎng)殖系統(tǒng)中氨氮和硝氮含量。李卓佳等(2008)用細基江蘺繁枝變種與有益菌協(xié)同凈化對蝦養(yǎng)殖廢水有較好的降解效果。文國樑等(2010)進行了尼羅羅非魚與細基江蘺繁枝變種綜合凈化養(yǎng)殖廢水試驗,結(jié)果顯示,COD、TN和TP的去除率分別為89.2%、26.1%和47.5%。曾愛平等(2009)利用黑藻、苦草、伊樂藻和金魚藻等4種沉水植物對富營養(yǎng)化水體的凈化效果進行了研究,結(jié)果表明,4種沉水植物均能降低水體中總氮、總磷、NH3-N濃度,其中,黑藻的治污效果最好。王高學等(2006)建立了由柵藻、小球藻、亞硝化細菌、硝化細菌組成的復(fù)合藻-菌凈化系統(tǒng)凈化養(yǎng)殖水體,結(jié)果表明,該系統(tǒng)對氨態(tài)氮和亞硝酸態(tài)氮的去除率分別達到97.3%和68.8%,同時具有增加養(yǎng)殖水體溶解氧的作用。3.生物沉積與懸浮物凈化濾食性雙殼貝類,如牡蠣、貽貝和扇貝,具有很強的濾水能力,能夠過濾大量細小的顆粒物質(zhì),包括浮游植物、浮游動物、微生物以及有機碎屑等,以貝類糞便及假糞的形式,使較難沉積的懸浮物沉積下來,這種過程被稱為生物沉積。Jones等(2002)利用牡蠣凈化養(yǎng)殖廢水,結(jié)果表明:細菌數(shù)量、總顆粒物濃度、總氮和總磷分別僅為對照組的35%、29%、66%和56%。張少軍等(2010)選擇濾食性貝類長牡蠣和紫貽貝對養(yǎng)殖廢水中懸浮物的去除進行了研究,結(jié)果表明:這兩種貝類對半滑舌鰨養(yǎng)殖池出水中懸浮物具備很強的生物濾除潛力,且能吸收和利用懸浮物中的有機質(zhì)實現(xiàn)養(yǎng)殖廢物的生物資源化利用。濾食性魚類和貝類在濾食懸浮有機物的同時也大量濾食藻類,而藻類光合作用增氧占池塘氧總輸入的90%以上。因此,須要合理配養(yǎng)濾食性動物,以避免影響到水體溶氧功能的恢復(fù)。4.芽孢桿菌和乳酸菌微生物能將水體或底質(zhì)沉積物中的有機物、氨氮、亞硝態(tài)氮分解吸收,轉(zhuǎn)化為有益或無害物質(zhì),達到凈化環(huán)境的目的。Grommen等(2002)向養(yǎng)魚池廢水中投加復(fù)合菌液,4天內(nèi)可使氨氮由10mg/L降到低于可檢測范圍。馮俊榮等(2005)用正交試驗研究了芽孢桿菌和乳酸菌混合微生態(tài)制劑對養(yǎng)殖水體的影響,結(jié)果表明,芽孢桿菌對降低低水體氨氮和COD有較強作用,而乳酸茵對分解亞硝酸鹽有有幫助。孟睿等(2009)用地衣芽孢桿菌、硝化細菌、月芽芽藻、四尾柵藻組成的菌—藻體系凈化水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水,結(jié)果果顯示,COD、NH4+—N、NO2-—N、NO3-—N和DP的去除除率分別為44.05%,89.16%,100%,98.62%和100%。5.污染物的去除通過構(gòu)建人工濕地的方式來處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水,具有有很高的凈化能力和實用價值。人工濕地是由人工基質(zhì)和和生長在其上的水生植物、微生物組成的一個獨特的土壤壤一植物一微生物生態(tài)系統(tǒng)。人工濕地凈化技術(shù)是一種綜綜合技術(shù),結(jié)合物理過濾、化學吸附共沉淀、植物過濾濾及微生物作用等方法,用于水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理效果良好好,能有效去除水中氮磷等營養(yǎng)元素,還能去除一定的BBOD、COD和SS。吳振斌(2004)構(gòu)建的池塘養(yǎng)殖—復(fù)合合垂直流人工濕地系統(tǒng)經(jīng)過9個月的運行后,污染物去除率范圍分別為TSS80.5%~82.9%、COD45.2%~64.2%、BBOD61.0%~77.0%、NH3—N51.5%~67.8%、NO3-—N90.6%~40.0%、TN29.1%~68.6%和TP72.7%~89.1%。陳陳家長(2007)構(gòu)建的池塘養(yǎng)殖—表面流人工濕地系統(tǒng)統(tǒng),污染物平均去除率分別為NH3—N76.9%、NO2-—N53.1%、NO3-—N60.9%、TN54.2%、TP59.2%和CODMn441.7%。彭劍峰(2007)通過構(gòu)建穩(wěn)定塘—濕地組合生態(tài)態(tài)處理系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn),浮萍塘去除氨氮效果最佳。CComeau等(2001)使用含有蘆葦人工濕地的三階段系統(tǒng)處處理鱖魚養(yǎng)殖廢水,中試結(jié)果表明,該系統(tǒng)對有機物和磷的去除率分別高達95%和80%以上。Schwart等(1995)用構(gòu)構(gòu)建的人工濕地處理斑點叉尾鮰養(yǎng)殖池廢水取得了良好的效果。何玉明等(2006)用30余種觀賞水草構(gòu)建生態(tài)型循環(huán)環(huán)水處理系統(tǒng)進行工廠化鱘魚養(yǎng)殖,結(jié)果表明,該套系統(tǒng)具有理想的水處理效果。Copper(1997)發(fā)現(xiàn),種植水燭和和燈芯草的人工濕地中氮、磷的含量分別比無植物的對照基基質(zhì)中的含量低18%~28%和20%~31%。研究發(fā)現(xiàn),人工工濕地系統(tǒng)中植物根系釋放的酶等物質(zhì)也可以直接降解污染染物,且速度很快。人工濕地已被各地廣泛使用,由于各個個區(qū)域之間氣候等條件差異很大,因此,濕地植物的選擇要要因地制宜,要