水产养殖中非溶性污染物的处理方法

0引言

随着水产养殖业的迅猛发展以及水资源的日益紧张，高密度水产养殖系统因养殖密度高、水资源利用率高而成为减轻环境压力的有效措施[1]。在一个养殖系统中，水质的好坏是系统能否正常运行的关键之处。对水环境的管理与控制是高密度养殖的核心技术，也一直是国内外研究的热点。然而，在多数情况下，研究者只关心系统内排放出的废水部分，对系统内产生的非溶性污染物的处理，尤其是深度处理，未引起足够重视，而且在这方面的研究还鲜有报道。以养殖水循环利用为特征的循环流水水产养殖系统利用优化组合水处理系统虽然能高效地处理氨等可溶性的污染物，但对处理难度较高的非溶性污染物，还缺少切实有效的解决办法。许多养殖系统（尤其是国内），将处理难度大、成本高的非溶性污染物直接排放到自然界中，不可避免地引起环境污染等问题。随着人们环保意识的加深以及法律法规的日趋严格，对非溶性污染物的处理渐渐被提上议事日程[2]。

1非溶性污染物的来源和特性

在养殖水体这个特定的生态系统中，存在着能量输入和产出之间的不平衡，饲料只有部分被鱼类同化吸收，经过鱼类的新陈代谢而产生尿、粪等废物，与未被鱼类摄食的剩余饲料一起进入水体中。据报道，进入水体的鱼类代谢产物（含剩余饲料）占到总投饵量的80%左右，剩余的饲料和代谢产物在适宜温度下迅速分解，易产生养殖污染[3,4]。Liao和Mayo[5]在对鲑鱼的废物产生量和投饲量关系的研究中发现，在水温10～o15℃时，每千克饲料投喂会产生氨0.289kg，亚硝酸氮0.024kg，磷0.0162kg，悬浮物0.52kg。在养殖水体中，非溶性污染物产生于排放废水的处理过程中，一部分来自于机械过滤，如沉淀池的固体沉淀和过滤筛对悬浮固体的拦截以及反冲洗水所携带的物质；另一部分则来自于生物滤器中，因细菌的死亡会使生物膜脱落，需要定期进行反冲洗。水产循环养殖系统所产生的非溶性污染物其组成成分复杂，且成分随着鱼的种类、饲料成分、饲喂制度和养殖系统方式以及分析方法的不同而有较大的改变，但总的来说是由各种微生物以及无机、有机颗粒组成的絮状物[6]，包括了总固体（TS）、挥发性固体（VS）、有机物、N、P和大量的细菌、病毒、原生生物、寄生虫卵及其它微生物。这些非溶性固体存在于水中，若不及时地进行处理，会对养殖水体和养殖生物造成危害。如非溶性污染物中95%的悬浮物直径小于20μm，它易产生氨氮，尤其是非离子氨会对鱼有很大的毒性[7]。此外，固体颗粒会使生物呼吸困难，且为病菌的繁殖创造了有利环境，同时污染物腐烂会导致水中溶氧降低[8]。

2几种典型处理系统及资源化方法

2.1屏蔽过滤—沉淀

循环养殖系统排放出来的非溶性固体浓度通常比较低，根据Cripps[9]等的研究发现，从养殖系统内排放出的固体浓度分别只有1.6～14.1mg/L，0～20.1mg/L和6.9mg/L，但其危害性极大，主要影响养殖的安全和循环设备运行的稳定性，因此需要对其进行预处理，为后续处理和利用提供更为适宜的物流特性条件。屏蔽过滤和沉淀是水产养殖非溶性污染物最常用的预处理方法，它依靠非溶性固体颗粒直径的差异和密度差异实现固体与液体的分离。挪威水利技术实验室采用60μm孔目的鼓形滤网对污水进行预处理，结果显示SS、TP、TN的去除率分别为67%～97%，21%～86%，4%～89%。造成处理效率差异的原因在于出水浓度的不同；而沉淀效率则与固体颗粒大小和流速有关[9]。

2.2浓缩—稳定化

浓缩就是通过去除固体颗粒间的自由水分，达到减容目的；稳定化则以杀灭和抑制污染物中的微生物为主，从而获得稳定的pH值。Bergheim等[10]对排放的非溶性污染物做了试验规模和生产规模处理研究。该试验主要包括浓缩和稳定化两个过程。在试验规模处理系统里，浓缩采用的是底部呈圆锥形的沉淀池；稳定化则是在沉淀的废物中加入生石灰和熟石灰，将pH值提高到12。试验结束后，固体去除率达到75%～80%，99.9%的病原菌和细菌在7天内被彻底杀死。生产规模处理系统则将废水处理和污染物处理相结合（如图1所示），80～100μm孔目的鼓形筛网用于分离废水中的颗粒物，反冲洗水被送入80μm孔目的鼓形筛进行脱水，然后用泵打到沉淀池中，再在池中加入氧化钙和氢氧化钙以提高pH值，进行无害化处理。该试验结果表明：鼓形筛的SS的去除率达到70%～75%，TP的去除率为15%～60%，且90%的颗粒在浓缩池里去除，整个系统的SS的去除率达到50%。

2.3珠粒滤器

珠粒滤器又叫膨胀颗粒生物滤器。采用有浮力的、呈惰性的、直径为3～5mm的聚乙烯珠粒置于滤器中，通过上流的废水使珠粒呈流化状，悬浮固体在珠粒表面吸附下来，膨胀的滤床则滞留颗粒，它可兼起机械滤器和生物滤器的功能。Chen[11]认为珠粒滤器特别适合高水力负荷率，同时能去除小于100μm的颗粒；Wheaton[12]等人的研究发现，在负荷率为80kg/m3珠粒时，珠粒滤器的固体去除率最高；DeLosReyesJr[13]等人用体积为2.83m3的桨式珠粒滤器对鳄鱼的污染物进行处理。结果表明，其处理能力相当于每天处理负荷为10.3kg蛋白质含量为40%的饲料的能力。

2.4人工湿地

在一些地区，由于土地利用条件的限制以及昂贵的处理设备、运行费用，使得人们开始寻求更经济、更简便的方法来处理非溶性污染物。人工湿地内种植的植物其发达的根系能拦截过滤颗粒固体，根际密集的微生物群能降解有机物质，并为植物生长所吸收，因此植物可兼具机械过滤和生物过滤的作用。同时，还要指出的是植物有助于水分沿着茎和根流动，通过蒸发去除水，相当于脱水过程。根据这些原理，Hofmann,Riggle[14]等人采用人工垂直流湿地（VFW）系统成功地处理了高浓度的水产养殖污泥（1%～7%的固体含量）；Summerfelt等[15]运用水平流（HFW）和垂直流（VFW）两种人工湿地系统，对鲑鱼养殖非溶性污染物进行了处理研究（如图2、图3所示）。湿地内铺设沙子、砾石，种植香根草，经9个月的净化，水平流和垂直流湿地分别降低TSS为96%和98%，COD为72%和91%，两个系统的TKN，P，可溶性磷酸盐减少了82%～93%。试验结束经检测，处理后的非溶性污染物比未处理的非溶性污染物降低50%的挥发性固体（VS）。