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海水养殖废水的生物处理技术

发表时间：2020/11/23 来源：《基层建设》2020年第22期作者：刘海燕1，2 罗卫东1 李婷婷1 李响1 张翠雅1，

[导读] 摘要：随着我国海水养殖业的快速发展，养殖水质和近海水域生态环境的恶化引起人们的关注，通过分析海水养殖废水污染物的主要来源和构成，对生物处理技术处理养殖废水的研究现状进行了阐述，提出生物处理方法特别是微生物处理将是重点研究方向。

        1 大连海洋大学辽宁大连 116023
        2 大连赛姆生物工程技术有限公司辽宁大连 116620
        摘要：随着我国海水养殖业的快速发展，养殖水质和近海水域生态环境的恶化引起人们的关注，通过分析海水养殖废水污染物的主要来源和构成，对生物处理技术处理养殖废水的研究现状进行了阐述，提出生物处理方法特别是微生物处理将是重点研究方向。
        关键词：养殖废水；人工湿地；生物膜法；膜生物反应器
        随着全世界人口的不断增长，人类生活水平的提高使得对海产品的需求量越来越大，我国的海水养殖业得到了快速发展[1]。在海水养殖体系中，不规范的人工投喂方式导致排水中污染物严重超标，投加的饵料大约只有约20% 被吸收，其他则以残余饵料以及生物排泄物的形式进入水体。此外，海水养殖废水中还包括抗微生物制剂和化学药物的残留等。因此，如果不对海水养殖废水进行处理而直接排海会导致近海水域溶解性有机物、氮等营养物质浓度激增，加剧养殖区及近岸海域富营养化程度，使海域环境和水质严重恶化，引发一系列海域生态环境问题[2]。海水养殖的水质恶化会影响水产品的食品安全问题，水质恶化会加大化学药物的投加，从而形成恶性循环，无法达到可持续发展，因此，需要对海水养殖废水进行处理并循环利用。海水养殖废水与普通污废水相比，其污染结构存在特殊性，主要表现在污染物浓度较低、碳氮比较低、溶解氧含量高且水量很大，以及海水的盐度效应也增加了养殖废水的处理难度，所以研究海水养殖废水的处理技术尤为重要。目前，养殖系统最常用的处理技术可分为两大类，一类是物理化学方法，另一类为生物处理技术。物理化学方法主要是通过沉淀、过滤、吸附和氧化等手段去除污染物，其能耗和运行成本较高，而生物处理技术是“绿色”污染控制技术，处理效果好，对环境友好，运行成本低，被广泛应用在循环水养殖系统中。本文综述了当前国内外海水养殖废水生物处理技术的研究现状及在应用中存在的问题进行阐述，以期为海水养殖业的可持续发展提供参考。
        利用生物处理技术净化海水养殖废水是通过生物的吸收、代谢作用来去除废水中的有机物和氨氮，起到净化水质的效果。目前海水养殖废水生物处理中应用较多的是水生动植物处理技术（人工湿地等）、微生物处理技术（微生物制剂、固定化微生物技术及生物膜法）、复合生物处理技术（贝藻处理技术和菌藻处理技术）。近年来，海水养殖废水生物处理工艺的研究得到快速发展，主要有人工湿地、生物曝气滤池、膜生物反应器、生物转盘等。
        1 人工湿地
        人工湿地技术是20世纪70年代发展起来的一种新型水处理工艺，主要利用水生植物以及处于水饱和状态的盐质基层和浮游微生物组成的复合体进行物理、化学和生物的三重协同作用，通过基质的过滤、吸附、沉淀和离子交换，水生动植物的吸收以及微生物的分解来实现对废水多层次的高效净化处理[3]，对海水养殖废水中悬浮物、氮磷和有机物等具有较好的去除效果。刘永士等人[4]研究了人工湿地循环处理哈氏仿对虾高盐度养殖废水的净化效果。人工湿地对盐度条件为21.1-23.3的养殖废水有较好的净化效果，总氨氮、亚硝酸盐和总氮的去除率均值分别为：66.7%，80.0%和3.5%。而湿地对总磷的去除效果不显著，呈负增长趋势，可能是没有清理湿地中的基质导致去除效果不稳定。刘佳等[5]利用水平潜流人工湿地和下行-上行复合垂直流人工湿地净化水产养殖废水，研究水流方式、水力停留时间对水产养殖废水中含氮污染物、抗生素等典型污染物净化效果的影响。结果表明，复合垂直流人工湿地对含氮污染物具有较好的去除效果，对TN、NH4＋-N的去除率在水力停留时间为3 d时可分别达到58%、80%。水力停留时间对NO3--N、NO2--N的去除有较大影响，维持在3～4 d对各类含氮污染物可获得较好的去除效果。人工湿地构型对抗生素的去除效果差异不大，两种人工湿地对恩诺沙星的去除效果优于磺胺甲唑和氟甲砜霉素，当水力停留时间从1 d延长至3 d可提高磺胺甲唑的去除率至50%以上。宋颖等[6]选取南美白对虾海水养殖废水作为处理对象，对比研究了多介质土壤滤层和 4 种不同植物配置潜流式人工湿地在400 L/（m2•d）水力负荷下的废水处理效果。

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研究结果表明，多介质土壤滤层对总磷（TP）、总氮（TN）、氨氮（NH+4-N）和硝态氮（NO-3-N）的平均去除率分别为68.14%、40.79%、42.68%和54.19%。可见，人工湿地对循环海水养殖废水的净化处理是一种有效的途径。而且，人工湿地简便易行，管理维护方便，能耗低，水生动植物可产生经济效益、净化去除效率好可实现废水资源化利用，人工湿地处理养殖废水得到广泛关注。但与其他传统工艺相比，人工湿地技术的净化处理过程所需的时间更长，占地面积较大，而且人工湿地系统易受污水水质变化、地理气候及季节变化影响，合理构建湿地系统时需要根据水质及环境条件筛选耐污植物，使达到最好的净化功能。
        2 生物膜法
        生物膜法主要有生物滤池、膜生物反应器、生物转盘、生物絮凝和流化床等。养殖废水中的污染物被生长在滤料或填料表面的微生物膜进行处理，生物膜内富含的高浓度好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类吸收分解废水中的污染物质，使废水得到净化，其微生物的多样化在循环水养殖系统中得到广泛应用，对养殖废水中的总有机碳、氮和磷有明显的去除效果。但由于海水养殖废水的盐度效应和寡营养性导致生物膜的单位体积处理负荷较低。逄文慧等[7]研究了缺氧/好氧移动床生物膜反应器系统对海水养殖废水中氨氮、硝氮、亚硝氮及COD的去除效果，并分析微生物群落变化及响应。研究结果表明，在养殖废水COD为150mg /L、无机氮12.5 mg/ L时，反应器的运行效果最佳，氨氮、硝氮、COD和亚硝氮的去除率分别为93.7%、87.5 %、98.2 %、86.9%。张海耿等人[8]研制了新型流化床生物滤器，通过自然挂膜培养对斑石鲷循环水养殖系统进行处理，研究滤器对养殖水体中氨氮和亚硝酸氮的去除效果。经过两个月的稳定运行结果表明，新型流化床生物滤器对氨氮和亚硝酸氮具有较高的去除率，且床层基本稳定，滤料流失减少，提高了使用效率。在海水养殖工况下，经过一个月的自然挂膜，可实现滤器的成功启动。
        海水养殖废水的生物处理技术具有投资小、环保可持续、污染物去除率高、可实现自动化和规模化及不易产生二次污染，是处理海水养殖废水最为经济有效的方式。目前我国海水养殖废水生物处理研究还不成熟，需要对生物处理技术的关键技术参数进行考察，优化方法及完善工艺、技术和设备配置。此外，为了促进海水养殖废水的循环利用，建立高效的循环式高密度养殖系统，需综合利用藻类、微生物、不同水生动植物等互补互利特点，优化水产养殖生态系统，实现零排放，降低海水养殖系统对环境造成的污染，推动海水养殖业的可持续发展是研究的重点和热点。
        参考文献：
        [1]陈进斌，苗英霞，邱金泉等.海水养殖废水处理技术研究进展[J].盐业与化工，2016，45（5），1-5.
        [2]刘盼盼，邱立平.规模化海水养殖废水处理技术研究进展[J].工业用水与废水，2016，47（2），1-4.
        [3]于少鹏，王海霞，万忠娟等.人工湿地污水处理技术及其我国发展的现状与前景[J].地理科学进展，2004，23（1）22-29．
        [4]刘永士，施永海，张根玉等.人工湿地净化高盐度养殖废水的效果[J].广东海洋大学学报，2014，34（3），70-75.
        [5]刘佳，易乃康，熊永娇等.人工湿地构型对水产养殖废水含氮污染物和抗生素去除影响[J].环境科学，2016，9，3430-3437.
        [6]宋颖，黄玉婷，葛川等.多介质土壤滤层系统（MSL）与潜流式人工湿地技术处理海水养殖废水的效能比较[J].环境科学，2014，9，3436-3442.
        [7]逄文慧，赵阳国，郑冰冰等.不同污染负荷对移动床生物膜反应器处理海水养殖废水的性能及微生物群落的影响[J].中国海洋大学学报，2018，48（Sup.I），137-145.
        [8]张海耿，管崇武.新型流化床生物滤器处理海水养殖废水性能研究[J].中国农学通报，2016，32（29），29-35.