规模化海水养殖废水处理技术研究进展

刘盼盼，邱立平

（济南大学 土木建筑学院，济南　250022）

规模化海水养殖废水处理技术研究进展

刘盼盼，邱立平

（济南大学 土木建筑学院，济南250022）

随着我国规模化海水养殖业的迅速发展，海水养殖废水排放量日益增加，目前已超过了陆源污水的排放，带来了严重的海洋环境问题，规模化海水养殖废水处理与排放控制已成为当今的研究热点。介绍了我国规模化海水养殖业的发展现状，分析了海水养殖废水的水质水量特点，综述了海水养殖废水处理技术的国内外研究现状，展望了未来我国海水养殖废水处理技术和政策的发展方向，以期为我国海洋环境保护和海水养殖业发展提供参考。

海水养殖；废水处理；海洋环境

海水养殖已成为全世界范围内重要的蛋白质来源。随着养殖规模和养殖强度的增加，海水养殖业的发展日趋规模化和工业化，废水排放量迅速增加，并具有水量大、强度高和治理难等特点［1］。大量的海水养殖废水进入海洋水体后，会导致海水中营养盐含量急剧升高，藻类等异常繁殖，赤潮频发，并对水体中物种多样性造成破坏，带来严重的海洋环境污染问题［2］。

目前，我国许多沿海养殖水体都出现了不同程度的水质恶化，由规模化海水养殖引发的环境问题逐渐凸现［3］。因此，加强海洋环境保护，系统研究规模化海水养殖废水处理技术与对策已经成为当务之急。本文综述了我国海水养殖业的发展状况、海水养殖废水的特点以及国内外海水养殖废水处理研究现状，并在此基础上，展望了未来海水养殖废水处理的技术发展对策，以期为我国海水养殖业的健康稳定发展提供参考。

1　我国海水养殖业的发展现状

我国是海水水产养殖大国，作为我国传统渔业资源的替代产业，海水养殖业自20世纪80年代得到了突飞猛进的发展，逐渐向规模化和工业化方向发展，2012年，全社会渔业经济总产值17 321.88亿元，实现增加值7 915.22亿元［4］。近几年来，中国水产品总产量一直占世界总产量的30%以上，养殖总产量跃居世界首位，中国已经成为世界上最大的水产品生产国和出口国［5］。海水养殖在保障我国粮食食品安全的同时，极大地满足了人们的营养需求，改善了人们的膳食结构，提高了人们的生活水平［6］，海洋渔业资源的开发利用已经上升为国家战略。

然而，海水养殖业的规模化和工业化发展，必然会带来大量的废水排放及处理问题，加重养殖水体和邻近海域的污染负荷，威胁海洋环境质量和海洋渔业资源开发业的可持续发展。由于历史欠账和近年来的快速发展，目前我国海水养殖废水处理［7］几近空白，相关技术研究滞后，管理对策缺失，导致海水养殖海域乃至整个近海海域水体水质恶化，赤潮、病害等污染事件频繁发生，养殖用水资源匮乏，渔业产量和品质下降，造成了巨大的经济损失。据《2010年中国渔业统计年鉴》统计［8］，2009年我国因海洋污染等渔业灾情造成的水产品总量损失为116.10万t，经济损失152.27亿元。

因此，研究海水养殖废水处理与排放控制技术，发展“环境友好”的新型养殖技术与模式已成为规模化海水养殖业亟待解决的关键问题。

2　海水养殖废水的水质水量特征

海水养殖废水中的污染物主要有剩余饵料和生物代谢产物、化学药品及治疗剂组成。其中最主要的部分是养殖过程中投加的过量饵料，当饵料不能够被水体中养殖生物完全利用，剩余部分则溶于水中或以底泥形式沉于池底，通过不断积累最终导致海洋水体被污染。

海水养殖废水具有以下特点：①海水养殖废水排放量大，但污染物种类相对较少。②与工业废水和生活污水相比，海水养殖废水污染物浓度低，但溶解氧浓度高，质量浓度一般在5.0 mg/L以上；碳氮比较低，一般为3～10，远远低于微生物最优碳氮比。由于养殖废水碳氮比低且溶解氧浓度高，李秀辰等［9］在海水循环养殖系统中，利用养殖固体废弃物作碳源，通过废水水解和反硝化单元，有效地实现了脱氧和有机碳源补充，废水的净化效果显著。③与常见的陆源污水相比，海水养殖废水中的污染物组成、海水盐度效应和离子强度效应均会增加处理技术的难度与复杂性［10］。④海水养殖废水的处理要求高，考虑到部分处理后的废水可能用于养殖回用，因此，要严格控制污染物指标和溶解氧浓度等［11］。

3　国内外研究现状

3.1国外研究现状

近年来，一些外国学者认识到海水养殖废水处理的必要性，率先开始了针对海水养殖废水处理技术的研究［12］。目前国际上主要运用循环水养殖系统（Recircu1ating Aquacu1ture Systems，RAS）对海水养殖废水进行处理［13］。RAS综合运用沉淀、过滤、生物处理技术、杀菌消毒以及增氧控温等一系列手段，将养殖过程中产生的废水进行高效处理，去除废水中的污染物，使处理后水质达到可循环利用的水平。RAS既避免了养殖废水外排造成的污染，同时对养殖水质有了较强的控制，是未来海水养殖业发展的必然方向，我国目前亟待广泛开展应用。

除了RAS外，P.Babatsou1i等［14］在研究单级处理含盐废水中开发了一种新型固定化填充床生物反应器，这种光反应器可以有效处理海洋水产养殖废水。研究结果显示，海水养殖废水通过反应器4～5 h的处理，有机碳、氮、磷的去除均高达95%。Merino等［15］对养殖废水中颗粒物的沉降进行了理论研究，为有效去除养殖水体中的悬浮颗粒物提供了可靠的理论依据。刘长发等［16］对比研究了2种沉降方式的去除效率，发现自然沉降沉淀槽对养殖废水中的顆粒物去除率为69%，而机械旋流沉淀可以去除海水养殖废水中87%以上的悬浮固体颗粒物。

另外，利用大型藻类和浮游藻类净化海水养殖废水的研究和应用也比较多。在大型海藻和养殖对象共养的水体中，通过控制海藻的生物量可以降低营养物的浓度。美国夏威夷大学Wang设计了一个由硅藻、虾和牡蛎构成的循环养殖系统，硅藻不但可以吸收虾养殖过程中产生的污染物，还可以作为牡蛎的饵料。此外，由于海洋硅藻具有独特的抗菌能力，该方法还可以有效地防止养殖对象细菌性疾病的发生，也有助于减少病毒性疾病［17］。E1-Kassas等［18］的研究表明，螺旋藻不仅可以为贝类、虾提供食物，还可以显著降低养殖系统中氨氮和硝酸盐氮的含量。

一些耐盐植物和水生蕨类植物也可以用于处理养殖废水。将植物种植在集约化或封闭式的养殖系统中，对营养盐进行吸收过滤，可达到净化水质的目的，作物本身的经济价值还可以增加养殖者的收入。Su等［19］在试验中建立了微观的湿地处理体系，采用几种耐盐植物作为生物过滤器去除海水养殖废水中的营养盐，系统对总磷和氨氮的去除率分别为30%和50%，该方法成本比较低，非常适合在发展中国家和不发达地区应用推广。Buhmann等［20］的研究表明，在春夏季节，种植水生蕨类植物，能够去除养殖废水中的大部分营养盐，特别是对氮的去除最有效。

3.2国内研究现状

目前国内对海水养殖废水治理的研究尚处于起步阶段，主要围绕着一些具体的治理工程开展了一些应用研究。由于海水盐度效应增加了养殖废水处理难度，因此单纯针对海水养殖废水处理的专有技术很少，目前主要采用常规的物理、化学和生化工艺处理养殖废水，目的在于降低养殖废水中的COD、悬浮物和氨氮浓度，然后部分循环利用。

徐洋等［21］以竹环作为填料，利用生物过滤反应器处理海水鱼类工厂化循环水养殖废水，取得了良好的处理效果。其中，点带石斑鱼生物滤器的氨氮去除率为27%～39%，半滑舌鳎生物滤器的氨氮去除率为20%～30%，对亚硝酸盐氮也有一定的去除效果。

人工湿地可以有效去除废水中的悬浮物、氮、磷酸盐以及其它微量元素，对海水养殖废水兼具显著的环境效益、生态效益和经济效益，而且适用性较广［22］。人工湿地主要通过系统内基质和植物根系的拦截吸附和系统内微生物代谢等机制［23］达到去除污染物的目的。李怀正等［24］利用边坡人工湿地/水生植物塘集成技术处理含盐养殖废水，每年COD、总氮和总磷的减排强度分别达到896、35.2 和10.9 kg/hm2，初步解决了园区养殖排水的污染问题。高锋等［25］对秋茄人工湿地净化循环海水养殖废水，取得了较好的处理效果，对COD和氨氮的去除率分别为66.4%～73.8%和64.3%～72.4%，明显优于无植物人工湿地。

在海水养殖废水处理工艺研究方面，王哲［26］采用SBR和SBBR工艺处理海水养殖废水的研究。结果表明，对氨氮、亚硝态氮的去除均达到90%以上。卢芳芳等［27］采用缺氧动态膜生物反应器处理海水养殖废水，由于盐度的影响，海水反硝化过程的反应速率低于淡水条件。刘国昌等［28］采用过滤、超滤、紫外杀菌和膜法充氧工艺，建立1套0.5 m3/h膜集成试验装置，用于处理海水工厂化养殖废水，结果表明，除总磷外，经膜法处理后海水的各项水质指标均满足GB 3097—1997《海水水质标准》养殖用水要求。

4　结语

随着人口的持续增加和人民生活水平的不断提高，国家高度重视食品安全、国民健康和生态文明建设，对海水养殖业发展的要求也越来越高，海水养殖业的发展必将由单一型的规模化向环境友好、可持续的综合生态化转变。然而，目前我国面临的海水养殖废水处理及排放控制现状却十分严峻，特别是相关处理技术严重滞后，已经成为制约海洋资源开发的瓶颈。

未来我国海水养殖废水处理技术和政策的发展方向包含以下几个方面：首先，将海水养殖保险纳入政策性保险中。在推进政策性农业保险的同时也应给予海水养殖保险一定的保险保费财政补贴，增强养殖户的抗风险能力。其次，应借鉴国外的相关经验，结合国内海水养殖废水处理的实际情况，集成代谢工程、发酵工程、生物技术和微生物工程技术，组合优化处理工艺，研究开发高度净化的、适合中国国情的海水养殖废水处理技术体系和工艺系统，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，在减少或避免养殖废水排放、保护海洋环境的同时，降低生产成本，推动海水养殖业的可持续发展。

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Research progress of large-scale marine aquaculture wastewater treatment technology

LIU Pan-pan，QIU Li-ping
（School of Civil Engineering and Architecture，University o Jinan，Jinan 250022，China）

With the rapid deve1opment of China’s 1arge-sca1e marine aquacu1ture industry，the emission 1oad of its wastewater is increasing，and has exceeded the amount of 1and-origin wastewater discharge，which can cause serious ocean environmenta1 prob1em；therefore，treatment and emission contro1 of 1arge-sca1e marine aquacu1ture wastewater has become a research hotspot in recent years.The deve1opment status of domestic marine aquacu1ture industry was introduced with the qua1ity and quantity of its wastewater ana1yzed at the same time，the research status of the marine aquacu1ture wastewater treatment techno1ogies in China and abroad were e1aborated，the deve1opment direction of the said kind of wastewater treatment techno1ogies and po1icies were prospected，which might provide reference for marine environmenta1 protection and marine aquacu1ture industry deve1opment.

marine aquacu1ture；wastewater treatment；marine environment

X714.031

A

1009-2455（2016）02-0001-04

国家自然科学基金（51278225）；山东省科技发展计划（2013GSF11704）；济南市科学技术发展计划项目（高校院所自主创新计划201302079）

刘盼盼（1989-），女，山东菏泽人，硕士研究生，主要从事废水处理理论与技术方面的研究，（电子信箱）1iupanpan_1012@163.com；通讯作者：邱立平（1968-），男，山东高密人，博士生导师，博士，主要从事废水处理理论与技术方面的研究（电子信箱）1ipingqiu@163.com。

2015-12-23（修回稿）