对虾绿色健康养殖模式尾水处理研究进展

王晓璐 刁菁 樊英 盖春蕾 叶海斌 刘洪军 王淑生 付壤辉 王友红

摘要 依据国内外有关水产养殖水质处理的相关研究以及实际生产中的健康养殖模式，提出了对虾绿色健康养殖模式尾水处理系统，详细介绍了该系统的相关处理技术，如重力沉降、物理过滤、生物净化、人工湿地以及工厂化循环水等技术。

关键词 绿色健康养殖模式;物理过滤;生物净化;人工湿地

中图分类号 S955.7  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2021）11-0016-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.11.005

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research Progress on the Tail Water Treatment of Green and Healthy Culture Mode of Shrimp

WANG Xiao-lu，DIAO Jing，FAN Ying et al

（Shandong Provincial Institute of Marine Biology，Key Laboratory of Mariculture Disease Control of Shandong Province，Qingdao，Shandong 266104）

Abstract Based on the related researches with the aquaculture water quality treatment at home and abroad，and healthy culture mode of shrimp in the actual production，this paper put forward the tail water treatment of green and healthy culture mode of shrimp，and introduced the related treatment technologies of this system in detail，such as gravity sedimentation，physical filtration，biological purification，artificial wetland，industrial recycling water.

Key words Green and healthy culture mode;Physical filtration;Biological purification;Artificial wetland

20世紀末期，在大菱鲆引进的强力推动下，工厂化循环水养殖模式开始定向研究和推广应用，因节能、节水、节地、减排、安全、高效、不受季节限制等优点，正在迅速推动鲆鲽类养殖产业朝现代化和规模化方向发展[1-4]。进入21世纪，随着凡纳滨对虾养殖的快速发展，我国对虾养殖业进入新的发展阶段[5-6]。对虾养殖规模不断扩大，但由于养殖技术水平的限制[7]，养殖过程中设施化、集约化程度不高[8-9]，对虾养殖业的发展以牺牲环境为代价[10-12]，导致养殖池塘占地面积大但产量较低，养殖用水利用率低，养殖自身有机污染物以及养殖废水对水域及沿海生态环境造成了严重影响[12-13]，病害频繁发生[14-15]，都已经成为困扰对虾海水养殖业的瓶颈[16-17]。

对虾绿色养殖新模式是在循环水养殖的基础上，耦合陆基生态化养殖模式，为实现对虾养殖用水资源化利用而提出的。对虾绿色健康养殖模式尾水处理系统综合了重力沉降、物理过滤、生物净化、人工湿地、工厂化循环水处理技术，将各种新兴的养殖模式、技术综合运用，将养殖废水净化再利用。该模式以养殖过程中实现绿色环保、高效生产为前提，以调控养殖水环境并达到循环利用为核心，以减少养殖污染物排放为目的，有效改善养殖环境，降低饵料系数，提升单位水体养殖容纳量，带动凡纳滨对虾养殖产业的提质增效，提高海洋资源利用效率，减少污染物排放，保护海洋环境。虽然养殖废水属于轻度污染水[18-19]，但若要达到循环利用、减少排放，水处理是关键，技术要求相对较高。在生产上，对虾绿色健康养殖模式水处理系统历经物理过滤、化学过滤、生物过滤等过程;在技术上，采用生物絮团，固体代谢物去除，鱼、贝、藻类的生物净化，人工湿地，工厂化循环水处理工艺等一系列手段进行处理。其中，水净化处理环节是生态工业化养殖模式的核心。尤其是对虾养殖过程中，残饵粪便量大，有效去除养殖废水中大量的粪便和有害物质，使养殖废水达到再利用的标准，是对虾绿色健康养殖模式的重点。

1 绿色健康养殖模式尾水处理核心技术

绿色健康养殖模式尾水循环处理系统是在现有工厂化循环水处理技术的基础上，综合了虾、鱼、贝、藻循环养殖模式、人工湿地，利用了物理技术、化学技术和生物技术，实现有效净化水体，使养殖废水达到循环利用的标准，同时收获了虾、鱼、贝类。对虾绿色养殖模式尾水处理工艺流程如图1所示。

1.1 大颗粒物物理沉降和微滤机过滤

大颗粒物（TSS）主要是由对虾粪便和残饵组成[20]。在对虾集约化养殖中，投喂频率高，水体中颗粒物量大[21-22]，据报道工厂化养殖废水中TSS含量为172.6～220.4 mg/L[23]。水体中大量的TSS降低了养殖水体的透明度[24]，消耗水体中的溶解氧，产生氨氮和亚硝态氮，引起养殖动物应激反应[25]，影响鳃呼吸[26]，降低鱼类抗病力[27]。据报道，TSS在水力的撞击作用下会形成小的颗粒物质，危害鱼鳃[28];未经处理的悬浮颗粒物会对贝类生长产生不利的影响[29]。在生态工业化循环水养殖模式中，根据对虾养殖水体中悬浮物易沉降的特点

[30]，采用的第一道工序是TSS物理沉降。沉降能够有效去除养殖水体中的悬浮物，当水力停留为4 h左右时去除率达到50%，可将较大颗粒的悬浮物质去除[24，31]。但是，水体中悬浮物粒径通常小于100 μm，且不易沉降和去除[32]。在《工厂化循环水养殖技术规范》中，循环水养殖系统中悬浮颗粒物含量要求低于10 mg/L[33-34]。对物理沉降后的废水进行微滤机过滤是生态工业化水处理的第二道工序。微滤机耗能少，占地面积小，且滤网孔大小可以调控[35]。宿墨等[36]研究表明，根据去除率和能耗可知200目筛网的微滤机最经济适用，且去除率达54.09%。傅雪军等[37]研究表明150目微滤机对悬浮固体物（SS）的去除率为67.13%。林中凌[38]研究表明，微滤机对颗粒粒度100～200 μm的悬浮固体物去除率为80%。Chen等[39]研究表明在高密度养殖水体中80%～90%的悬浮颗粒物大小小于30 μm，很难被去除。因此，经过沉降和微滤后的养殖废水进入第三道处理工序。

1.2 鱼-贝-藻滤食净化

鱼-贝-藻净化池既是生态养殖池也是水质净化池，即在封闭循环系统池塘中放养生态位互补的经济动植物，通过水循环将它们综合在一起，对养殖生态环境进行生物调控[40]。它既能满足水环境中生物多样性的要求，实现水生生态系统内的物质循环，增强水体自我净化、自我维持的功能，又能在不损害水域生态环境的情况下提高养殖的经济效益[41-42]。目前，多池循环系统的相关研究报道较少。黄国强等[43]报道了一种新型对虾多池循环水养殖模式，该养殖模式中水处理池养殖的水产品主要利用养殖池未完全利用的残饵和粪便，不需要额外增加饵料和劳动力的投入，其产出投入比较高。申玉春等[44]通过对虾-鱼-贝-藻多池循环模式的研究发现，循环水养殖系统内虾池水体中悬浮物数量、化学需氧量（COD）、氨态氮和总氮含量比对虾单养池明显降低。Kongkeo等[45]研究表明对虾病大流行后，泰国从疾病预防出发首先研制并使用对虾室外循环水研制模式。Li等[46]提出通过高产量的养殖生物，加大生物净化池的生产作用，将水循环养殖变成水循环综合养殖模式。

在对虾绿色健康养殖模式尾水处理系统中，过滤的废水通过鱼类养殖池后，再放养一些滤食性鱼类，如罗非鱼、梭鱼等[44-47]将废水中残留的粒径小于100 μm的固体物质滤食;研究报道，罗非鱼以滤食水体中粒径大于25 μm的固体颗粒为食物;此外，还能控制虾病的链式传染[48-49]。养殖废水依次通过溢流坝进入贝类养殖池，悬挂毛蚶、扇贝、牡蛎等滤食性较好的贝类，贝类具有强大的滤食能力[50-51]，主要以小型浮游植物和悬浮有机颗粒为食。卜雪峰[52]研究发现牡蛎在24 h内对水体中悬浮颗粒物的去除率可达93%;贝类滤食不仅能保持水质稳定，充分利用水体中残饵、粪便来提高对虾养殖池中的能量转化，而且能有效控制细菌类疾病的发生[53]。养殖废水再次通过藻类养殖池吸收水体中的富营养盐，石莼[54]、裙带菜[42]、江蓠[44]等大型植物对水体中的氮、磷等营养元素具有很好的利用率;Borowitzka等[55]于1957年提出利用藻类去除水体中的氮、磷等营养物质。藻类不仅能够吸收水中的氮、磷等营养物质，提高氮的利用率，防治对虾的细菌性疾病，而且能提高虾的产量，达到增产增收的目的[56-57]。鱼-贝-藻循环养殖池充分发挥各种养殖生物饵料资源互补的积极作用，避免同池混养的多种养殖生物在饵料资源、生存空间和溶解氧上的直接竞争以及自身代谢废物造成的相互危害，同时提高了饵料利用率，降低了饵料系数[44]，提高了经济效益。

1.3 人工湿地 湿地是指天然或人工、长久或暂时的沼泽地、泥炭地或水域地带，带有或静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体者，包括低潮时水深不超过6 m的水域[58]。人工湿地（constructed wetland）是人工设计与建造的由饱和基质、挺水植物与沉水植物、动物以及水体组成的复合体[59]。人工湿地技术在国内外处理农业污水、工业污水、生活污水等方面被广泛应用[60-62]。

绿色健康养殖模式尾水采用人工湿地处理技术，经过鱼-贝-藻处理后的养殖废水含有氨氮、亚硝态氮、磷、其他微量元素等，最后在人工湿地生态系统中进一步净化。人工湿地污水处理是基质、水生植物和微生物三者或者三者相互之间通过一系列的物理、化学、生物途径，完成了对污染物的高效去除[63]。首先，人工湿地对磷有较高的去除率[64]，其中基质对磷的去除贡献率约87%[65];植物对轻度富营养化水体磷的去除贡献率为51.0%[66];磷细菌等微生物的生化反应以及酶的催化反应影响有机磷的分解矿化以及无机磷的溶解、氧化、还原等[67]。其次，人工湿地对脱氮有良好的效果，氨化、硝化、反硝化以及植物吸收是去除氮的主要途徑，基质对氮的去除率在80%以上[68-70];水生植物为微生物提供附着质，直接吸收氮。Breen[71]认为植物吸收是湿地主要的脱氮途径，占比50%;Haberl等[72] 认为无论是表面流还是潜流湿地，硝化、反硝化都是脱氮的主要过程，微生物菌的转化至关重要。第三，人工湿地通过过滤、吸附等截留手段加上灭活、自然死亡、竞争等能够有效去除病原微生物[67]。最后，人工湿地能够有效净化分离污水中的重金属离子[73]。人工湿地技术在生态工业化养殖废水处理中弥补了生物净化池的残留遗漏，使水质进一步净化处理。

1.4 工厂化循环水处理 经过沉淀、过滤、生物净化、人工湿地调控，养殖废水完全达到自然状态下水质标准。在养殖水源进入养殖池再次利用以前，生态工业化养殖模式水处理再次利用工厂化循环水处理技术，对养殖水质进一步调控。

水先经砂滤罐，砂滤罐在工厂化循环水养殖鱼类方面十分普遍，主要是对从自然界提汲的水源进行过滤，去除悬浮物质和较大的固体杂质[74-76]。据报道，砂滤罐对悬浮物的去除效果达99.83%[77]，对氨氮、总磷等也有一定的去除率;砂滤罐自带有反冲洗装置[36]，大大地节省了劳动力。

臭氧能够快速杀灭细菌繁殖体和芽孢、病毒、真菌等，并可以破坏肉毒杆菌毒素，杀菌彻底，无残留[78-79]。在工厂化循环水系统中合理使用臭氧能够迅速彻底杀灭病原菌[80]，对固体悬浮物[81]、总氨氮和亚硝酸盐氮具有良好的去除效果[82]。最后，经过曝气和泼洒微生物制剂，以增加溶解氧含量，调节水质。提高溶解氧含量是养殖过程中水质调控的一个重要措施[83]，可以有效抑制氨氮、亚硝酸盐、硫化氢等物质的产生[84]，提高了对虾对氨氮的耐受力和免疫力，提高了对虾的产量[85];利用微生态制剂调控水质，可以达到菌相藻相平衡，建立良好的水源环境。

2 结语

对虾绿色健康养殖模式尾水处理系统综合了重力沉降、物理过滤、生物净化、人工湿地、工厂化循环水处理技术，将各种新兴的养殖模式、技术综合运用，彻底将养殖废水净化再利用，并且整个过程中提高了饵料的利用率，养殖生物的产量大幅度提高，对周围环境无任何不利的影响，真正实现了生态、绿色健康养殖，节约了水资源，符合可持续发展的战略要求。

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