一体化设备对渔业养殖尾水的处理效果分析

乔冠诚

（佛山水务环保股份有限公司，广东 佛山 528010）

0 引言

2022 年，我国渔业产值为15 267.49 亿元，其中淡水养殖为7 863.03 亿元。全国水产养殖面积为7 107 500 hm2，其中淡水养殖面积占70.8%；淡水产品产量为3 406.38 万t，成为渔业中最重要的产值输出项［1］。当前，随着高密度鱼种的引入及淡水鱼基因的不断优化，渔业单位产量逐年上升，导致水产价格逐步下降，又促使养殖户进行更高密度的养殖。传统桑基鱼塘的精细化养殖程度不高［2］，有超五成的饵料与全部鱼粪便是直接排入水体的，持续释放的污染底物，使养殖尾水中的污染物质浓度远远超过规定的标准，其中总氮和总磷超标5～10倍的情况普遍存在［3-4］。在捕鱼季，大量的养殖尾水直接外排至河涌，破坏了河涌原有的生态系统。为促进淡水养殖业的可持续发展，国家、省、市各层面都发布了一系列政策。在农业农村部发布的《关于加快推进水产养殖业绿色发展的意见》中，提出加强养殖池塘改造、推广健康养殖模式、加强养殖尾水治理等措施，以促进淡水养殖业的绿色发展。水产养殖业针对养殖尾水水量巨大、污染浓度相对工业污水不高的特点，同时结合不同地区的差异性，总结出不同的处理模式，如人工湿地、三池两坝、生态沟渠、渔稻共养以及一体化设备处理等，这些模式也相继投入使用［5-6］。

“厌氧—缺氧—好氧”（AAO）工艺为污水处理厂使用的成熟工艺［7-8］，一体化设备处理模式的核心即源于AAO工艺。面对短时间内水量巨大、污染浓度低的养殖尾水处理难题，优化AAO 工艺或调整3 个工艺段的顺序成为解决以上问题的有效途径。此外，土塘中较高的悬浮物（SS）是养殖尾水处理过程中需要处理的另一个难题，如何通过预处理系统高效、持久地去除原水中的SS，成为另一个研究方向。养殖尾水的预处理系统主要指系统前端的微滤或其他过滤组件，去除悬浮物的重要目的在于保护后续生物处理系统中的微生物。土塘养殖中的悬浮物主要为饲料、鱼粪、岸基土的结合物，过多的悬浮物会逐渐附着甚至堆积在后续的生物处理系统中，阻隔硝化菌与空气，导致完全厌氧环境的产生，并且堆积的悬浮物还会削弱原水中自带或人为补充硝化细菌的附着效果，最终使生化系统崩溃。

本文以实际工程为依托，论证“岸基——一体化设备”处理模式的可行性，探讨一体化设备在养殖尾水处理中的使用效果。本文的研究对养殖尾水处理模式的选择有一定的参考意义。

1 项目概况

广东省为淡水养殖大省，除四大家鱼外，其他高价值鱼种多为黄骨鱼、白鳝、乌鳢、加州鲈等［9］。部分养殖户选择养殖乌鳢（黑鱼），乌鳢养殖密度极大，一般每平方米产量为7.5～11.25 kg，养殖水平更高的能达到15～18.75 kg，而养殖密度大会导致在同一养殖周期内换水频率极高，消毒药品投入量极大［10-11］。因此，养殖户希望通过一体化设备处理养殖尾水，达到改善水质、提产增效并减少成本的目的。本文选取的原养殖池塘均位于广东省佛山市，养殖鱼种均为乌鳢且养殖密度相似。单个鱼塘水面大小为5 000～7 000 m2，水深为2.5～2.7 m，总水量约15 000 m3。一体化设备的进水水量为960 m3/d，进水的水质及排水标准见表1。尾水经过处理达到《广东省养殖尾水排放标准》中的二级排放标准后循环使用。

表1 进水水质及排水标准

2 三代设备工艺及运行情况

2.1 第一代设备

第一代设备采用分体式工艺，项目主工艺为“微滤+OAA（好氧—缺氧—厌氧）”，其中微滤工艺是在系统前端布置微滤机对养殖尾水进行过滤，除去尾水中的悬浮物部分（饲料+粪便），同时搭配高压水流对滤网进行周期性反冲洗。过滤后的尾水进入OAA段进行下一步处理。在实际运行中，养殖尾水通过提升泵从底部均匀入水至好氧罐中，再溢流进入缺氧—厌氧池，池内布置隔板，减缓流动速度，尾水经处理后通过重力流回池塘。除主工艺外，第一代设备对硝化反硝化装置进行改进试验，去除悬浮物后，尾水从顶部流入装置最上层，通过跌流方式逐层向下流，最终通过重力流回池塘。该试验为第二代工艺的改进提供了理论支持。

2.2 第二代设备

第二代尾水处理设备在第一代设备的基础上，整合优化养殖尾水分体式工艺，设计成集装箱式的一体化尾水处理设备。项目主工艺为“BAF（曝气生物滤池）+硝化反硝化”的处理工艺，其中第一代使用的微滤工艺被替换为BAF 过滤工艺，分体式的主工艺OAA 被替换为硝化反硝化工艺。在实际运行中，尾水通过提升泵从底部入水至过滤罐中，再溢流进入硝化反硝化池上层，跌流流入下层后通过重力流回池塘。

2.3 第三代设备

第三代尾水处理设备在第二代的基础上保留“BAF 过滤+硝化反硝化”的处理工艺，但在原有硝化反硝化工艺中优化布水、布气方式。在实际运行中，尾水进水更均匀，滤层偏移、跑漏、滤料的情况大大减少，提高了设备连续运行的能力。此外，对设备材质进行优化提升，从原来的普通碳钢升级为不锈钢；同时，提升了自动控制水平，采用自动控制和远程控制实现了系统的自动运行及远程监控。

3 试验结果与讨论

3.1 预处理阶段对养殖尾水的影响

三代尾水处理工艺预处理阶段对悬浮物的去除效果如图1 所示。图1 中的结果表明，第一代尾水处理设备在初始运行阶段，就能将养殖尾水中浓度为150～200 mg/L 的悬浮物过滤降低至85 mg/L 左右；在系统运行稳定后，悬浮物去除率保持在47%～57%，处理效果比较稳定但效率不高。因为微滤机孔径是固定的，所以去除效率稳定，但悬浮物去除效率远低于之后两代设备采用的BAF 过滤方式，同时部分数据未能达到出水指标，存在排放风险。第二代尾水处理设备能将尾水中浓度为120～190 mg/L 的悬浮物过滤降低为15 mg/L 左右；在系统运行稳定后，悬浮物去除率保持在88%～90%。第三代尾水处理设备能将尾水中浓度为180～220 mg/L 的悬浮物过滤降低为12 mg/L 左右；在系统运行稳定后，悬浮物去除率保持在90%～94%。根据第一代微滤机稳定的去除效果判断，增加微滤机的大小（容量）能在一定程度上提高去除率，但受用电功率、机器价格等因素影响，仅增加微滤机的大小（容量）并非最经济、实惠的选择。对比第二代、第三代尾水处理设备的悬浮物去除率，虽然最终两者均能达到较高的去除率，但是第三代设备更快且更高的去除率能更好地减少后续生化系统的反冲洗频率，保证了微生物降解的高效性与稳定性。

图1 三代尾水处理工艺对悬浮物的去除效果

3.2 三代尾水处理工艺对污染物的去除

3.2.1 对氨氮的去除

三代尾水处理系统对氨氮的去除效果如图2 所示。由图2 可知，第一代尾水处理工艺的氨氮浓度从1.8 mg/L 降到0.5 mg/L，去除率达到72%；随着处理过程的进行，原水中的氨氮浓度呈现逐渐降低的趋势，在第25 d 的时候，氨氮去除率达到记录的最高值（79.7%）。第二代尾水处理工艺系统在运行至第5 d时，氨氮去除率已达到80%，并在后续的运行过程中保持稳定的氨氮去除率。第三代尾水处理工艺系统在运行至第5 d 时，氨氮去除率达到90%，在随后的运行中同样能保持稳定的氨氮去除率。通过对比三代设备的氨氮去除率发现，第三代尾水处理工艺系统的整体去除率表现最优。此外，三代设备的氨氮去除率在第30 d 时均有下降，而第三代设备的氨氮去除率更是接近于0，这是由于随着原水中氨氮浓度持续下降，后期设备的氨氮处理量与每日投料导致的进入池塘的氨氮量基本持平（成鱼每日投料量固定），整体反映为去除率下降甚至接近于0，而实际上原水中的氨氮浓度已在0.1 mg/L以下。

图2 三代尾水处理系统对氨氮的去除效果

3.2.2 对亚硝酸盐的去除

图3 为三代尾水处理设备系统对亚硝酸盐的去除效果。如图3 所示，三代尾水处理设备系统对亚硝酸盐的起始去除率相较于氨氮并不高，三代尾水处理设备的亚硝酸盐去除率分别为31%、32%、50%，同期，氨氮去除率分别为72%、80%、90%。经分析，这是由于氨氮转化为亚硝酸盐是硝化反应的第一步，启动阶段的亚硝酸菌先利用氨氮生成亚硝酸盐且转化比例为1∶1；而同期的硝酸菌富集程度较亚硝酸菌低，因此导致亚硝酸盐的去除率相对较低。随着运行时间的延长，可以观察到亚硝酸盐去除率逐步提升的过程，第一代尾水处理设备系统由31%提升到84%，第二代系统由32%提升到81%，第三代系统由50%提升到94%。同时可以更清晰地反映出硝酸菌逐渐富集的过程。在三代设备中，第三代设备的亚硝酸盐去除率是最高的，也更快地（在第25 d）达到最高值（94%）附近。

图3 三代尾水处理设备系统对亚硝酸盐的去除效果

3.2.3 对总氮的去除

分析第三代尾水处理设备系统总氮的去除效果（如图4 所示），第三代尾水处理设备系统能将原水中的总氮处理至3 mg/L左右，最大去除率在第25 d出现，约61.12%。在第35 d 时，原水的总氮浓度（4.78 mg/L）达到养殖尾水排放标准中的二级标准要求（5 mg/L）。

图4 第三代尾水处理设备系统对总氮的去除效果

4 结论

（1）第一代尾水处理系统能将悬浮物去除率保持在47%～57%，第二代系统去除率保持在88%～90%，第三代系统去除率保持在90%～94%，说明第三代尾水处理系统对悬浮物的去除效果最好。根据第一代尾水处理系统的去除效果进行判断，仅增加微滤机的大小（容量）不是最经济实惠的选择。

（2）第一代尾水处理系统对氨氮、亚硝酸盐、总氮有一定的去除效果，在此基础上经过优化的第二和第三代尾水处理系统对氨氮的去除率约95%，并在随后的运行中同样维持了稳定的氨氮去除率。在后期，实际原水中的氨氮浓度达到0.1 mg/L 以下。第二代和第三代尾水处理系统对亚硝酸盐的去除率均在25 d 时达到最高值。第三代尾水处理系统对亚硝酸盐的去除率约94%，并且能将原水中的总氮处理至3 mg/L左右，最高去除率约61%。

除了本文重点讨论的悬浮物，结合总氮浓度数据还发现，养殖尾水处理的另一大难点是制造厌氧环境。在总氮去除率还不够高的情况下，处理后的总氮可能有不达标的风险，因此后续可以围绕制造厌氧环境的系统搭建进行研究，或在运行中通过加强对溶解氧的控制，提升反硝化的效率。