我国水产养殖尾水处理现状与技术应

刘延秋 李色东

(1.广东恒兴饲料实业股份有限公司, 广东 湛江 524073; 2.湛江市海洋与渔业发展研究中心,广东 湛江 524039；3.农业农村部南海水产动物育种与养殖重点实验室，广东 湛江 524073)

水产养殖业为人类提供了优质的动物蛋白，在解决全球粮食问题中发挥着重要作用。我国是水产养殖大国，2019 年，我国水产品总产量达到了6 480.36 万吨，其中有5 079.07 万吨来源于养殖。我国水产品的养殖产量呈逐年增加的趋势，而水产养殖面积却逐年减少，这意味着高密度养殖成为主流。与此同时，含有大量残饵、粪便等有机污染物的养殖尾水排放引发的环境问题得到了广泛关注，水产养殖尾水治理越来越得到重视。

一、水产养殖尾水现状与特征

水产养殖尾水具有低污染的性质。根据2020年的《第二次全国污染源普查公报》，水产养殖尾水污染物排放占农业总排放量的6%，污染物以氮和磷为主，主要影响是使水体富营养化。由于我国国情和渔业发展的历史遗留问题，粗放型、小规模、散户型的养殖模式和大型工厂化和集约化养殖模式并存，因此，水产养殖尾水排放具有分散性的特征，且尾水处理情况良莠不齐，这增加了尾水治理推广的难度。此外，我国水产养殖种类和养殖模式呈多样化，尾水的排污系数也不相同，因水处理污染物负荷不同，要因地制宜建设水处理系统。

二、尾水处理技术

根据性质不同，尾水处理方法可以分为物理法、化学法和生物法。

1.物理处理法

物理处理法包括紫外消毒、曝气、过滤、吸附、沉淀、泡沫分离等技术。机械过滤是最常用的固液分离方法，常用的机械过滤设施有微滤机和过滤筛(弧形筛和平面筛)，可以根据污染物的数量和粒径选择合适孔径的过滤筛或网，可去除粒径60～200微米的颗粒，但设备建设和维护费用较高。对于一些更为细小的有机颗粒以及可溶性有机物，宜采用泡沫分离法，设备产生的气泡能将水中的溶解态物质和小颗粒态有机杂质带离到水体表面。由于淡水水体电解质含量少、泡沫分离效果差，目前泡沫分离技术多用于海水养殖。

2.化学处理法

化学处理法是通过絮凝、氧化及消毒去除水体中的有害物质。

(1)絮凝法：主要包括电化学絮凝和添加絮凝剂两种方法。电化学絮凝法是以金属电极(铁或铝)作阳极，在直流电作用下，金属电极被氧化为阳离子，在水中形成羟基络合物及氢氧化物絮凝剂，从而发挥絮凝吸附的作用。电化学法絮凝技术无二次污染，但投入和运行成本较高，设备清理难度较大，一般适用于电解质浓度较高的海水。絮凝剂主要通过加入和物质相反电性的铝盐、铁盐等来减少离子之间的排斥作用，促进离子凝聚下沉，从而达到去除水体中的悬浮物的目的，絮凝剂添加要控制用量，防止过量造成二次污染。

(2)氧化法：臭氧是一种清洁氧化剂，能将水体中氨氮、亚硝酸盐等有害物质进行氧化分解，将有机物氧化为无机物，有效杀灭水体中的有害病菌，反应后产生氧气，清洁无污染。但杀菌不具有选择性，水体中的有益微生物也会一并杀死。

3.生物处理法

生物处理法主要依靠水生植物、微生物等的生态功能，降解水中的氮、磷等有机物。

(1)水生植物法：生态浮床和人工湿地是两种常用的水生植物处理技术。生态浮床是以生物高分子材料为床基，根据需求选择合适的水生植物进行种植。此外，基于经济植物水培技术的发展，与生态浮床技术相结合，能实现生态效益和经济效益双收，如水稻、番茄、生菜、草莓、风信子等均可进行水培生产。人工湿地是一种复杂的多功能生态系统，因其成本低廉、生态友好、便于与景观结合等特点，广泛应用于尾水处理中。水生植物的选择是建设湿地生态系统的重点，因地制宜地选择合适的湿地植被种植种类，才能有效发挥人工湿地的生态功能。

(2)微生物法：利用微生物处理尾水的手段主要有活性污泥法、生物膜法、微生物固定化和微生态制剂。

活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮团对污染物进行凝聚、吸附、氧化和分解达到去污目的，一般由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排出系统组成，处理效率较高，技术工艺已经相当成熟，在早期循环水养殖系统中便开始应用，但传统的活性污泥法占地面积较大。

氧化沟是活性污泥法的一种变形，其设计多为环形沟渠，极大减少了污水处理的占地面积。环状设计增加了沟渠的长度，通过设置曝气设备的位置，可以获得不同的溶氧浓度梯度，可以在一条沟渠内实现硝化和反硝化作用，增加了污水处理效率。相对于传统的活性污泥法，其产污泥量也得到了降低，但污泥膨胀的问题仍未解决。

通过人工填料为水中微生物提供附着场所，在物料表面形成由微生物群组成的一层具有生化活性的膜。生物膜法克服了污泥膨胀问题，最早的应用是生物滤池，方法简单，处理效果较好且能耗低，不产生二次污染，但填充滤料用久了易发生堵塞而且清理难度大。

生物过滤刷也是基于生物膜法建造的一种净化设施，具有拦截污染物和生物膜净化的功能，较其他填料易清洗。生物流化床将生物膜技术与流化床工艺结合，附着颗粒的体积减小，生物膜与污水的接触面积增大，有机负荷能力极大提高，处理效率更高，而且不存在物料阻塞的问题，占地面积较小。目前这种技术存在的主要问题是运行成本高、运行管理复杂，但其稳定性高、处理效果好和适应性强。

固定化微生物和微生态制剂是利用有益的微生物进行污染物和水质调控。常用的微生物包括单细胞藻类如小球藻、栅藻等，有益细菌包括硝化细菌、光合细菌、枯草杆菌、放线菌、乳酸菌、芽孢杆菌等多种细菌，既可以单独使用，又能制成复合型微生态制剂。固定化技术是由发酵工艺中固定化酶、固定化细胞反应器发展而来，通过包埋、交联、吸附等技术，使有益微生物以高浓度的状态进行有机废水处理，获得生物增效。固定化的微生物既可以用于尾水处理，也可以作为微生态制剂进行原位治理，用于水质调控。

三、尾水处理技术的应用

在实际的尾水治理中，往往是运用多种处理技术，因地制宜地进行工艺设计。

1.池塘养殖尾水处理模式

(1)“三池两坝”模式：一般由生态沟渠、沉淀池、过滤坝、曝气池、过滤坝、生物净化池组成。尾水经过生态沟渠和沉淀池逐级沉淀后，去除了部分大颗粒物质，再经第一道过滤坝进一步去除和分解细微悬浮物，然后进入曝气池中，经氧化、挥发、分解等过程使水中化学需氧量和氨氮等降低，最后经过第二道过滤坝进入到生态池中，通过在生物净化池中种植水生植物、放养水生动物等构建综合立体生态位处理系统，有效降低水体中氮、磷浓度，实现水达标排放或循环再利用。通常尾水处理区面积为养殖水域的6%～10%，高排污的水域应适当增加处理区面积，各单元面积占比也要有所调整。

(2)底排污模式：在尾水处理要求不高或水体污染物含量少的情况下，一些更简单的处理模式在池塘养殖中也很常见。底排污池底通常呈漏斗形，增氧设备推动水流产生离心力，使固体污染物集中于池底中心，通过低排污口和管道导出并收集，收集的污染物经过沉淀实现简单的固液分离后，液体可用于灌溉，或流经人工湿地处理，固体颗粒物可以作为农家肥使用。

(3)陆基三池模式：由沉淀池、曝气池和多级生物净化池组成，这种模式成本低、运行简单，在多级生物净化池中往往还能产生一些其他收益，例如滤食性鱼、贝类、鱼菜共生系统产出等。

2.集装箱＋生态池塘养殖尾水处理模式

集装箱养殖是一种新型的养殖模式，它将传统水产养殖从自然空间里解放出来，实现养殖尾水零排放和循环利用。从池塘中抽取上层富氧水体用于集装箱养殖，养殖尾水返回池塘进行生态净化。集装箱内斜面环流集污，箱外固液分离过滤后，进入多级生态净化池，实现水体净化。集装箱尾水处理模式综合运用物理过滤和生物净化，分离出的残饵、粪便可作为有机肥料；集装箱养殖尾水处理模式与稻田种养、鱼菜共生等模式结合，提高资源利用率。

3.工厂化循环水养殖尾水处理模式

水处理系统是工厂化循环水养殖的核心，其水处理系统包括悬浮物和可溶性蛋白去除设备：三级沉淀池、微滤机、过滤筛、泡沫分离器等装置；有机物分解和氨氮去除设备：厌氧生化池、生物膜反应器等；杀菌增氧设施：紫外、臭氧、曝气设备。现有的工厂化循环水养殖系统将机械过滤、生物过滤和杀菌增氧等环节串联，尾水处理循环路线为单循环(图1A)，采用24 小时连续运行模式，日循环次数可达20 次。生物过滤往往需要更多的停留时间，这种单循环模式不利于生物过滤的稳定发挥，后来发展出物理过滤与生物过滤并联的间歇式双循环模式(图1B)，物理过滤采用连续运行模式，生物过滤为间歇式，这种方式提高了循环水系统的处理效率。

图1 单循环和间歇式双循环工厂化养殖尾水处理系统