工厂化循环水产养殖废水处理研究进展

朱瑞金，敬志豪，唐 波，沙买朝

(西藏农牧学院 a.电气工程学院；b.植物科学学院，西藏 林芝 860000)

据统计，全球每年因为环境问题导致的经济损失达数千亿[1]。人类对水产食品的需求量越来越大，普通的散养、自然养殖不仅产量低，且随着养殖密度的增加，饲料、抗生素等的添加使得养殖废水中的污染物含量越来越高，排入水体后对周围环境、人类生产生活造成了严重危害。截至2015年，我国水产养殖达到4千多万吨[2]，如何在有限的空间内实现养殖效率的最大化，还能做到废水量较少或零排放、最大程度减少环境污染成为人们关注的重点，故此工厂化循环养殖技术(Recirculation aquaculture system，RAS)应运而生。

1 工厂化循环水产养殖

工厂化循环水产模式(RAS)是在相对较为封闭的空间内，通过充氧曝气、物理化学法、生物法等手段，实现废水中养殖对象排泄物、饲料残留物、残余药物的降解去除，在尽可能少补充新鲜水体的情况下实现水体的循环再利用(一般情况下，水体循环利用程度达到90%左右)。与常见的污水处理厂工艺不同，工厂化循环水产模式对污染物净化工艺和出水水质等级要求更高。工厂化循环水产养殖密度大，能够节约大量的厂房空间，节省土地资源。在厂房内进行养殖，不受外界气候因素的影响，易于控制水产动物的生长环境，缩短生长周期。养殖用水循环利用，能够大幅减少水资源的耗用量。养殖废水全部进行处理后重复利用，大大降低了对环境的污染。

2 国内外工厂化循环水产养殖废水处理技术研究进展

2.1 发展历程

国外工厂化循环水产养殖模式自20世纪70年代诞生，如日本的鳗鱼生产工厂，大大增加了鳗鱼产量与品质；澳大利亚的一体式水产养殖厂，实现了养殖无人化管理模式。大量的养殖废水处理技术与设备被开发利用，美国人Samir等[3]研发出由水流驱动的转鼓式徽滤机代替传统的滤池技术，去除颗粒物，极大减小了设备占地，提高了出水的稳定性。目前，欧洲等发达国家工厂化水产养殖已基本实现了全机械化水平。我国于20世纪80年代中期开始尝试工厂化循环养殖模式，主要以东部发达地区为主，以引进欧洲先进技术与自主研发相结合的模式为主。但进口国外设备耗资巨大，我国自主研发的循环水处理设施相继问世，如臭氧发生器、曝气机、蛋白分离器、微型过滤机等。21世纪，我国的工厂化循环水产养殖技术已相当成熟，具有代表性的是大菱鲆循环水产养殖模式，相应的水处理技术也日渐发达。刘文畅等人[4]研制出一种多功能的生物絮凝反应器，可有效降解养殖废水中的氨氮、有机物等污染物质，提高了养殖产量，降低了药物的使用。曹剑香等[5]研究了蛋白分离器在不同参数下的养殖废水蛋白分离效果，通过改进装置，有效提高了蛋白分离程度，并对氨氮、COD的去除起到了一定的促进作用。图1汇总了近5年来国内外工厂化循环水产养殖废水处理技术的研究成果。

图1 近5年来国内外典型工厂化循环水产养殖废水处理技术研究成果Fig.1 Research results of nearly 5 domestic and foreign classic industrial circulating aquaculture wastewater treatment technology

2.2 典型的组合工艺

2.2.1 BAF-臭氧活性炭工艺

BAF-臭氧活性炭工艺[11]流程如图2所示，其技术路线为原水-砂滤-BAF-泡沫分离器-O3灭菌-活性炭吸附。砂滤器能够去除悬浮物、残余饵料、水产动物的固体排泄物，为后续处理单元降低负荷。曝气生物滤池BAF通过滤料的物理截留吸附和滤料上附着的耗氧微生物的代谢分解作用，能够将氨氮转化为硝酸盐氮，将部分有机物分解为二氧化碳和水，去除有机质、氨氮、亚硝酸盐氮，降低毒性。蛋白质泡沫分离器是利用蛋白泡沫分离技术，即向水中通入气体，形成气泡，水中的表面活性物质或疏水微小悬浮物质吸附在气泡上，借助浮力上升而形成气泡分离。臭氧接触塔用于杀灭水中的病毒和细菌，减少水产动物病害的发生，活性炭吸附塔用于吸附去除臭氧氧化产物-硝酸盐氮。

图2 BAC-臭氧活性炭工艺Fig.2 BAC-ozone activated carbon technology

2.2.2 MBR-过滤工艺

MBR-过滤工艺[12]流程如图3所示，其技术路线为原水-曝气-MBR膜池-泡沫分离器-旋转过滤-砂滤-紫外消毒。养殖废水曝气后进入MBR池内，通过生物法降解水中的有机物质、含氮含磷物质。蛋白质泡沫分离器通过充氧分离等过程完成疏水性蛋白类物质的分离去除，旋转过滤器去除了大颗粒悬浮物与残余饲料，水中的小分子颗粒物与小分子有机质会通过砂滤池中的滤料截留或表面生物膜降解去除。紫外消毒器主要利用紫外线的照射作用杀死水中的微生物细菌，使处理后的出水达到养殖水的等级。

图3 MBR-过滤工艺Fig.3 MBR-filtration technology

3 前景展望

近些年，我国在水产养殖循环处理技术方面发展迅速，但与发达国家相比仍有不小差距。将引进的新技术与自主研发技术相结合，研发低成本、低能耗、高效率的水产养殖水处理技术是目前的研究重点。随着现代水质分析手段的进步与信息传输手段的快速发展，在线监测手段与智能化技术的结合，研发实时在线检测仪器与平台，实现水质多组分快速监测，将使水产养殖产业朝着智能化方向发展。