沸石-超滤法处理水产养殖废水的工艺设计与应用

李杰，张丽芬，胡勤阳

（浙江晶泉水处理设备有限公司，浙江 湖州 313000）

随着淡水养殖技术的提高和推广，我国池塘养殖已越来越多地采用高密度、高投饵率的精养技术模式。由于池塘精养大都是半封闭式净水养殖，养殖过程中投加的饲料、化学残留物以及水产品的排泄物长期积聚在水体中，导致废水中含有大量的氮、磷和有机污染物[1]，可引起鱼类中毒死亡和水体富营养化，养殖水环境恶化。养殖产品质量和产量下降，影响水产养殖的总体经济效益，而且导致养殖废水的排放量大大增加，进一步加剧了周围海域、江河、湖泊等水域的富营养化进程。

如何净化池塘养殖水、改善养殖环境已成为养殖生态和环境研究的热点，养殖废水的处理技术也随之发展起来。目前有关水产养殖用水和废水的处理方法多是物理处理法、化学处理法、生物处理方法等。而物理处理技术只能去除水体中的悬浮物，不能去除溶解性污染物，特别是不能除去对鱼类等养殖对象有强毒性的氨氮[2]。在化学处理技术中，处理成本较高，并伴有一定的副作用。生物技术虽然对环境友好，费用低，适用于各种环境条件的水域，但是该种方法易受外部环境的影响，系统的单位体积处理负荷不高。该文针对养殖废水的特点，提供一种高效、环保、健康的养殖水质净化和循环模式，改善了养殖水产品的生存环境，优化了水质，保障了养殖产业的快速和健康发展。

1 工程概况

以浙江省湖州市某鱼塘基地的水产养殖废水处理为例，该鱼塘基地主要从事淡水白鱼养殖，养殖废水中主要含有总磷、氨氮和有机物等，其水质情况见表1。

表1 进水水质指标

2 工艺流程

2.1 废水处理工艺比较

目前对水产养殖废水采用的处理工艺如图1所示，该工艺在集约化水产养殖业水体循环中使用较多[3]。

这种工艺在生物滤池中去除氨氮和有机物的效果比较好，但是会使水中硝酸盐含量增加，硝酸盐的毒性虽比氨氮低，但过度积累同样会影响鱼类生长，而且含氮高的废水排放到环境中，又会引起二次污染，并且这种工艺流程占地面积大，投入成本高，大范围推广有一定的难度。

我们采用泥水分离—沸石—超滤一体化的工艺技术，其工艺流程如图2所示。

该工艺过程综合利用、零排放、无二次污染，水循环利用，节约了可利用水。在该工艺中，一方面是要控制生产过程中不得已产生的废弃物排放，将其尽量减少到零；另一方面是将不得已排放的废弃物充分利用，最终消灭不可再生资源和能源的存在。前端泥水分离的污泥作为固体肥料回收利用，可用于农业生产。氨氮吸附柱中吸附饱和的沸石晶穴采用抽真空法将已经吸附的氨氮通过压力的作用抽脱出去，将抽脱出去的气体用喷淋的方法融入水中，注入生化池，在生化池中置入硝化细菌，进行硝化，最终转化为液体肥料，供农业生产使用。该工艺无二次污染，节约了可利用水，不须大量外来水补充，减少了外来水对养殖水产品的冲击，保证了养殖原水的安全。所有排放物都全部回收，二次利用，达到了资源的循环利用，改善了养殖水产品的生存环境，优化了水质，保障了养殖的快速和健康发展。

2.2 养殖废水处理及循环回用工艺详解

养殖废水处理及循环回用工艺流程如图3所示，工艺说明如下。

潜水泵：放置于养殖池塘中，主要功能是将养殖池塘中的水，送至泥水分离装置。

泥水分离器：置于潜水泵之后，主要拦截和去除大颗粒泥沙、碎石、动植物尸体等，为后续的深度处理提供优良水质，减少设备的磨损，延长设备使用时间。该泥水分离器采用筛滤管结构，筛滤管位多套管筛滤管，由内筛滤管、中套筛滤管和外套筛滤管组成，管体均为栅网式管体，栅间的缝隙或网孔即过滤孔径，以外套筛滤管的过滤孔径为最大，内筛滤管的过滤孔径为最小。原水经多层级梯度过滤，出水质量大大提高。以相同的处理水量为例，我公司研发的筛管式泥水分离器与常规的泥水分离器的处理效果比较如表2所示。

表2 泥水分离器处理效果对比表

氨氮吸附柱：利用活性沸石，去除或降低养殖池塘水中氨氮、亚硝酸盐浓度。沸石除氨氮包括吸附能力和离子交换两方面，其吸附交换容量可达1.0mg/NH4+/g沸石以上，与一般的活性炭和离子交换树脂相比，其交换能力远大于活性炭和离子交换树脂。

精密过滤器：对下续的超滤起保护作用。

超滤装置：主要深度处理经过氨氮吸附柱的原水。沸石吸附-超滤膜法高效脱氨氮技术是利用天然沸石的吸附与离子交换性质去除水产养殖中引起水产品中毒和水体富营养化的氨氮，并与超滤膜技术结合，有效的降低了水中氨氮含量和浊度。而膜技术在水产养殖行业的应用始于20世纪80年代[4]，与传统处理工艺（如生物法、离心分离、物理过滤等）相比，膜技术可在无化学试剂添加、无温度限制的环境下进行养殖废水的处理[5]，具有出水水质好、营养物回收再利用效率高、处理设施自动化程度高等优势，具有较好的应用前景。

臭氧和紫外线杀菌器：采用了光催化臭氧化（O3/UV）工艺，是将臭氧与紫外光辐射（波长在180～300 nm之间）相结合的一种高级氧化过程，主要用于解决有毒害且无法生物降解物质的废水处理问题。将紫外光辐射与臭氧相结合，能使氧化速度提高10～104倍，杀菌灭藻迅速、彻底减少水中微生物菌群总数，避免水产品病变交叉感染，大大降低养殖水产品发病的几率，效果非常理想。

氨氮吸附柱的再生装置：根据渔业用水水质特点和要求，我们采用抽真空法和溶液再生法相结合的技术进行沸石再生。废水中的氨氮以NH3形式存在的氮，在废水通过沸石的时候，被空穴和孔道吸附，布满其中。通过抽真空，在这些孔穴和孔道形成负压，其中的NH3将随着空气被抽出，孔道得以疏通，其孔洞和孔穴中的可挥发吸附物随着压力的降低而被抽出，孔道得以疏通，比表面积恢复，沸石表面的某些阳离子重新被激活，更多的可交换离子暴露在沸石表面，有利于再生溶液的充分快速接触。对于通过离子交换吸附的NH4+，用抽真空法没办法去除，只能选择合适的包含某种阳离子的溶液对饱和吸附沸石进行逆向吸附，可还原沸石结构，使之再生。图4为再生液浓度对沸石再生的影响试验，可以看出，吸附容量稳定值出现在6%～12%之间。

3 调试与运行

设备于2018年5月开始调试，2018年7月底达到稳定运行，实际运行效果见表3。结果表明，出水达到了GB 11607—1989渔业水质标准的要求，处理后可回用于水产养殖，使资源回收利用。

4 经济效益分析

经过对鱼塘基地的运行成本进行核算，处理水的运行费用为3.87元/m3，其中电费1.9元/m3、药剂费用1.5元/m3、人工费0.15元/m3、维护费用 0.12元/m3、综合折旧费0.2元/m3。

表3 养殖废水处理产水水质

5 结论

采用“沸石-超滤膜法”工艺处理水产养殖废水，能够使废水稳定达标排放或循环回用。其中沸石除氨氮技术关键在于沸石再生，采用抽真空法和溶液再生法相结合的作用，其中再生溶液为包含阳离子的溶液，可对沸石进行逆向吸附，从而还原沸石结构，通过试验，确定了最佳的再生液浓度，使之达到最大再生效果，恢复交换容量。深度处理采用超滤膜法，超滤膜出水利用臭氧进行灭菌杀毒，并且释放出氧气以补充水中溶解氧。在生化池中置入消化细菌，进行硝化，最终转化为液体肥料，供农业生产使用。该工艺以较低的成本达到淡水养殖水的循环使用，并且可增加水中含氧量，处理后的水可以达到淡水养殖水质标准，循环利用，提高了水使用效率和增加养殖密度，保障了养殖生产的良好发展。