海水养殖尾水集成处理技术

刘小沙　李飞　高欣东　杨建欣

摘要：探讨现有三种海水尾水处理技术及优缺点，综合分析海水养殖尾水的污染物及生态效应，将现有三种技术进行有机融合，针对性地设计出了一种高效生态的海水养殖尾水集成处理技术。尾水经处理后，水质净化效果明显，能够达标排放，其中TSS的去除率约为55%～60%，COD的去除率约为50%～60%，NH+4-N的去除率约为75%～90%，TP的去除率约为75%～80%。

關键词：尾水处理;海水养殖;生态修复;集成处理

高密度的海水人工养殖饲料利用率低，大部分营养物质流入水体，BOUWMAN等[1]研究表明，贝类、鱼类、虾类养殖过程中N的吸收分别占固体颗粒饲料33%、36%和15%，对P的吸收分别占固体颗粒饲料的22%、33%和10%。海水养殖尾水中大量的剩余饲料、养殖生物排泄物、肥料等将引起水体有机物、N和P等营养物质含量过高，肆意排放将加剧近岸海域环境污染。2020年发布的《第二次全国污染源普查公报》[2]显示，水产养殖业单位水产品养殖产量的排污强度分别为：化学需氧量13.6 kg/t、氨氮0.45 kg/t、总氮2.02 kg/t、总磷0.33 kg/t。《中国渔业环境生态状况公报（2018）》[3]显示，海水重点增养殖区的主要超标因子为无机氮和活性磷酸盐。

高密度海水养殖尾水输出的营养物质将为附近海域赤潮的发生提供物质基础，威胁近岸海域生态系统的稳定性。因此海水养殖尾水的排放引起的环境问题日益受到重视，海水养殖尾水的处理技术也开始成为养殖者及研究者关注的重点。

1海水养殖尾水处理技术

目前海水尾水处理技术总体可分为三大类：物理处理技术、化学处理技术和生物处理技术。

1.1海水养殖尾水物理处理技术

物理处理技术主要采用沉淀、过滤、泡沫分离除去养殖尾水中可见的悬浮物和颗粒性物质[4]。

沉淀分离：主要利用重力的原理使固体颗粒与水分离。沉淀形式包括设置沉淀池或设置迂回排水渠，使尾水中残饵、排泄物等大颗粒物质沉于水底。同时可在沉淀池加入混凝剂等化学药剂加快沉淀速率，加强沉淀的效果。沉淀分离设施比较简单，维护费用低。

过滤分离：利用界面截留的方式有效去除尾水中的颗粒性物质，达到净化水体的目的。过滤可截留6～120 mm 颗粒物质，常用设备有机械过滤器、压力过滤器和砂滤器（池）。机械过滤器可根据要截留颗粒的大小制定不同孔径的筛网，其中微滤机使用比较普遍。砂滤器（池）以石英砂为介质，可有效除去尾水中的TSS（总悬浮物），但对N和P的去除效果不佳。

泡沫分离：通过向水体通入气体形成气泡对活性物质进行吸附和浓缩，将有机物和悬浮物带至水面，起到分离净化作用。泡沫分离一方面可去除养殖水体的悬浮物质、有机物质，降低有毒物质的积累，另一方面可为水体带入氧气，提高养殖水体必需的溶解氧。此技术在养殖尾水循环利用处理中应用十分广泛。

物理处理技术可快速去除尾水中的悬浮物，但对可溶性有机物、无机物及总氮、总磷的去除效果不理想[5]。

1.2海水养殖尾水化学处理技术

化学处理技术是利用化学的原理破坏、吸附和沉淀尾水中的微生物和污染物，从而达到去污杀菌的作用。养殖尾水中常用的化学处理技术为氧化还原和混凝。

氧化还原：向水中投入氧化剂，利用其强氧化性彻底分解有机物，有效降低水中有害因子。现阶段应用较多的是臭氧氧化法，臭氧具有极强的氧化性，可以有效分解尾水中的污染物质，去除尾水中的氨、亚硝酸盐等有害物质，消杀水中的病毒、微生物等。臭氧在杀菌去污的同时，生成大量氧气可为养殖水体提供充足的溶解氧，但过量的臭氧会对养殖生物产生毒害作用。因此在实际生产中为了防治臭氧的毒害作用，常采用活性炭吸附或配制鼓风机等方式消除多余的臭氧[6]。

混凝：向水体投加混凝剂破坏尾水中难沉降的小颗粒和胶体物质的稳定性，使其碰撞聚集形成粗大颗粒而沉淀，从而达到净化尾水的效果。目前常用的混凝剂为无机的铝盐、铁盐和有机混凝剂，混凝剂的添加可有效去除水中的高分子有机物、重金属等污染物质，可降低尾水的浊度和色度。

海水尾水的化学处理技术有明显的水质净化作用，但要严格控制化学添加剂的用量，使用不当将会造成二次污染。

1.3海水养殖尾水生物处理技术

生物处理技术主要是向水中投加具有清洁能力的生物，利用生物的吸收、分解作用达到净化尾水的效果，目前主要包括水生植物、水生动物和微生物处理法。

水生植物法：海水尾水处理选取的植物要能够高效吸收尾水中的有机物、营养物、重金属等污染物，并能适应海水高盐度的生长环境。利用海马齿构建生态浮床，可有效降低尾水中污染物和底泥的有机物含量[7];利用北美海蓬子构建生态浮床可降低海水养殖尾水中的N和COD（化学需氧量） [8]。另外芦苇、龙须菜、碱蓬、碱菀等水生植物对海水养殖尾水的污染物均具有一定的去除能力。

水生动物法：利用滤食性鱼类和贝类过滤吸收尾水中的浮游动植物和有机颗粒从而达到增加水体透明度，净化水质的目的。有研究表明，在流水状态下泥蚶能够有效降低海水尾水的SS（悬浮物）、氨态氮和亚硝酸盐氮;缢蛏能有效降低尾水氨态氮、亚硝酸盐氮，文蛤能降低弧菌的含量[9]。另外向养殖尾水中投养大型鱼类可有效控制水体藻类生长，降低有害藻类的生物量。

微生物法：通过微生物吸收利用尾水中的氨氮、亚硝酸盐和有机物达到降低水体污染物的目的。其中应用最广泛的为微生物制剂法，可调节水体微生物的群落结构，吸收分解水体有机物质，抑制有害菌群的生长。常见的微生物制剂包括光合细菌、硝化细菌、芽孢杆菌及藻类等。另外微生物技术还有生物膜法如曝气生物滤池、膜生物反应器等均已在海水尾水处理中应用，并取得了一定的效果[10]。

海水生物处理技术是一种生态、安全的海水养殖尾水处理技术，但处理周期长、见效慢，单一的生物处理技术无法满足大规模养殖尾水处理的需求。

2海水养殖尾水集成处理技术

传统的物理、化学、生物处理技术均具有自身的优缺点，但单一的处理技术无法满足养殖尾水处理系统的要求，因此为了更有效地降低和降解海水养殖尾水中的污染物，达到排放或循环使用的标准，笔者对物理、化学、生物处理技术进行了有机融合，取长补短，研发出一套具有高效性、生态性、可操作性的海水尾水集成处理技术，该套技术主要应用于工厂化海水养殖和规模化海水池塘养殖模式。

2.1工艺流程

尾水处理流程如图1：海水养殖尾水收集后经排水管道或生态渠道进入沉淀池，经过初步沉淀处理去除悬浮物后进入曝气池，在曝气池进行增氧和生物挂膜处理后进入过滤坝，经过过滤作用进一步除去悬浮物，尾水再进入生物净化池，在池中经过多层生物吸收分解作用达到净化的目的。处理后的尾水可达标排放或循环再利用。

2.2处理设施要求及作用

2.2.1排水管道或生态渠将尾水收集后，可根据池塘具体情况选择排水管道或生态渠。排水管道或生态渠需设置一定的坡度，使水流顺畅。若采用生态渠可局部种植芦苇、龙须菜等水生植物或底播牡蛎、文蛤等，实现排水过程降低污染物负荷，减轻后续处理压力，但生态渠中的水生动植物要以保证不影响水流的通畅为前提。在排水管道或生态渠末端设置简易人工格栅，拦截较大的颗粒物质和悬浮物，格栅上的污物需定期进行清理。

2.2.2沉淀池沉淀池池深一般不低于2.5 m，池底和四周进行防渗处理。为增加水体在沉淀池的停留时间，加强沉淀效果，在沉淀池内利用挡水坝设置2～3个区域来增长沉淀池水流的路径。沉淀池可根据沉淀情况和水质加入适量的絮凝剂来加强处理效果，沉淀池底部采用吸污泵定期清淤。另外若尾水中含有大量的虾类蜕壳，可配备固液分离设备对固体物质进行分离去除。

2.2.3曝气池曝气池池深一般设置为1.5～2 m，池底及四周均做防渗处理，池边安装曝气增氧设备。曝气池使用分为两部分：前一半池底铺设曝气管道及曝气盘;另一半池上层和底层分别固定一条尼龙绳，在绳子中间每隔20 cm悬挂一束毛刷进行挂膜。曝气池中为好氧环境有利于有氧微生物的生长，在此池中可添加微生物制剂，增加有益菌群，加快水体有机物分解。

2.2.4过滤坝过滤坝宽度设置不低于1.5 m，过滤坝四周为空心砖结构，坝中填充固定滤料层，滤材可选用鹅卵石、火山石、陶粒等。上层、中层和下层滤材的粒径依次为3～5 cm、5～8 cm、8～10 cm，上层和中层填料高度为60 cm左右。为了防止滤料层阻塞影响过滤效果，滤材需根据使用情况定期进行清洗和更换。

2.2.5生物净化池生物净化池是本系统的主要处理环节，池深一般设置2.5 m。池底养殖牡蛎、文蛤等贝类，池中吊养牡蛎，池上建立生态浮床。选择有一定承重的生态浮板种植海马齿、龙须菜等，在池周围种植芦苇等大型挺水植物。另外根据养殖周期定期施用芽孢杆菌、硝化细菌或EM菌等微生物制剂，加强水体污染物的分解。生物净化池通过水生动物的滤食作用，水生植物的吸收作用，微生物的降解作用有效降低尾水中氨氮、有机物等含量，从而达到净化水体的效果。经生物净化池处理后尾水可循环利用或达标排放。

2.3处理效果

该系统对养殖尾水中的TSS、COD、NH+4-N（氨氮）、TP（总磷）均有较好的去除效率，水质净化效果明显，能够达标排放。其中TSS的去除率约为55%～60%，COD的去除率约为50%～60%，NH+4-N的去除率约为75%～90%，TP的去除率约为75%～80%，另各个指标的去除效果均与源养殖尾水中污染物的浓度相关。

此系统处理设施包括了生态渠道（排水管道）、沉淀池、曝气池、过滤坝和生物净化池，其处理设施占地面积约为养殖水域的6%～10%左右，可结合具体的养殖模式和当地地势进行适当调整。另外此系统需配备水质监测系统或水质监测实验室，定期监测各个设施中主要水质指标，并根据监测结果及时对系统进行调整，保证整个处理系统的稳定性和处理效果。

3结语

适当的尾水处理技术可大幅度地降低海水养殖尾水中的污染物质，削减尾水排放对周边海域生态环境的破环。在海水养殖业迅速发展的今天，养殖尾水的处理已经成为影响我国海水养殖行业健康发展的关键因素，因此我们要高度重视海水养殖尾水处理技术的研究和推广。我国各地可借鉴现有尾水处理技术开发适合当地海水养殖的尾水处理模式，并利用典型案例示范引领，大力推广尾水处理技术和生态养殖的理念，实现海水养殖的绿色发展。

参考文献：

[1] BOUWMAN L，BEUSEN A，GLIBERT P M，et al.Mariculture： Significant and expanding cause of coastal nutrient enrichment[J].Environmental Research Letters，2013，8（4）：26-44.

[2] 第二次全国污染源普查公报[J].环境保护，2020，48（18）：8-10.

[3] 中国水产科学研究院（农业农村部渔业生态环境监测中心）.中國渔业生态环境状况公报（2018） [DB/OL].https：www.cafs.ac.cn/info/1387/33583.htm，2019-10-22.

[4] 黄世明，陈献稿，石建高，等.水产养殖尾水处理技术现状及其开发与应用[J].渔业信息与战略，2016，31（4）：278-285.

[5] 徐武杰，文国樑，曹煜成，等.浅谈水产养殖尾水的生态处理技术[J].南方农业，2020，14（27）：181-182.

[6] 姜国良，刘云，杨栋，等.用臭氧处理海水对鱼虾的急性毒性效应研究[J].海洋科学，2001（3）：11-13.

[7] 曾碧健，岳晓彩，黎祖福，等.生态浮床原位修复对海水养殖池塘浮游动物群落结构的影响[J].海洋与湖沼，2016，47（2）：354-359.

[8] 吴英杰，马璐瑶，陈琛，等.北美海蓬子生态浮床对养殖海水的净化和对虾的增产效果[J].环境工程学报，2018，12（12）：3351-3361.

[9] 黄琳，徐胜威，王雪磊，等.3种滩涂贝类对凡纳滨对虾养殖尾水净化效果的比较研究[J].宁波大学学报（理工版），2020，33（6）：7-12.

[10] 叶麦，童家歆.海水对虾养殖尾水处理技术与发展趋势[J].华中农业大学学报，2021，40（5）：241-252.

（收稿日期：2022-04-10;修回日期：2022-05-20）

基金项目：河北省职业教育科学研究“十四五”规划2021年度一般项目：“新时代”背景下高职实训指导教师教学水平提升途径的研究（JZY21113）;唐山海运职业学院2020年度院级课题：“双师”背景下教师专业能力提升模式研究—以本校水产养殖专业为例（QN2020005）。

作者简介：刘小沙（1986.12-），女，工程师，研究方向：海洋生态环境与水产养殖。E-mail： liuxiaosha19@126.com。DOI：10.3969/j.issn.1004-6755.2022.06.005