海水养殖废水的处理技术及应用前景卜雪峰

第24卷第4期2003年12月海洋水产研究MAI刁INEFISHERIESRESEA只CHV〔)1.24Dec.No.42003文章编号:1000一7075(2003)04一0085一06·综述·海水养殖废水的处理技术及应用前景卜雪峰`,2曲克明“马绍赛`孙伟江3(`中国水产科学研究院黄海水产研究所,青岛266071)(2中国海洋大学,青岛266003)(3山东省海阳盐业公司,265100)摘要对海水养殖废水的几种方法进行综述,分析和比较了物理化学方法、生物方法及综合处理方法的去除效率和应用前景,提出了适合我国现状的海水养殖废水的处理方法。关键词海水养殖废水处理污染物氮磷中图分类号:X714文献识别码:ATreatmentteehnologyofwastewaterinmarineeultureanditsaPPlieationProsPeetBuxue一fengl,2QuKe一ming`MAshao一sai`suNwei一jiang3(`Yell小即S已1RhsoesR巴aerehInstitute,iQngd日(〕266071)(ZOeeanUllvesrityOfhCina,Qi眼七k旧266003)(3aHi卵ng翻tIndustry肠.乃handong265100)ABSTRACI,Severalmethodsofwast叩atertreatmentinmarineeulturea-resull卫〕〕arizedinthispaper.Ther~valeffieieneyandapplieationporspeetofph”iealandeh绷iealmethods,biol眼iealmethodsandCOI飞11〕rehensiveonesareanalyzedandCOllll〕ared.乳memethodswhieharesuitabletotheeurrentconditionsofmarineeultureinourcountryareput五〕rward.KI二YWORDSMarineeultureWastewatert咒atmentOPllutantNitl’(〕genPhosphours随着人口的增长,人类对蛋白质的需求量日益增加,而鱼类等海产品则是蛋白质的重要来源。据推测,人类对鱼类的消费量在今后的十几年内将增加50%(vSendruPp一J~n1997)。为了满足人们对水产品的需求,海水养殖得到了迅猛的发展。我国的海水养殖始于20世纪中期,近50年来,走过了藻类养殖、双壳贝类养殖、甲壳类养殖、鱼类养殖的发展过程。养殖方式也由最初的粗放式养殖向集约化发展,尤其是20世纪90年代以来,现代化的高投人、高产出、高效益的养殖方式在我国发展很快。但是由于这种养殖方式自身的缺陷,同时带来了它的负面影响,如养殖后水域有机物的负荷过大,造成了水质恶化,病害泛滥等现象(姜红等2000)。国家高技术研究发展计划项目(20012、A623040)资助*通讯作者。E一mifll;[e-mail]收稿日期:2003一03一24;接受日期:2003一04一2868姆徉水卢饼光身24卷据统计,2000年鱼类和虾蟹类海水养殖面积为34万h澎,产量达到20万t余,同时产生了大量的废水(中国农业年鉴2001)。就我国海水工厂化鱼类养殖而言,养殖面积约130万时,“十五”期间预计将超过170万讨。一个1000讨的工厂化养鱼场,每年要排放COI〕12t。就“十五”期间的工厂化养鱼规模而言,每年将有约2万t的C01〕排人近海。所以,这些养殖废水如不进行处理直接排人海中,将对海洋环境,特别是工厂化养鱼集中的海湾和浅海的生态环境造成严重影响(薛正锐等1999)。现在集约化养殖对养殖水体生态环境的潜在威胁越来越突出,而养殖废水的处理将直接关系到水产生物的健康养殖和环境资源的可持续利用,因此养殖水体的净化处理和循环利用是集约化养殖面临的一个重要课题。近年来,水产养殖的废水处理已经做了一些工作,作者根据国内外文献资料对海水养殖废水处理研究现状进行综述,并且对这些技术在我国的应用前景及可能存在的问题进行分析。1养殖废水中的主要污染物及对生态环境的影响养殖过程产生的主要废物有残饵、排泄物、化学物质和治疗性药物残留,养殖生物的死体及病原体也是废物的一部分,但是潜在污染物的主要来源是与饵料有关的废物(iPnay。tal.1992)。饵料废物中既有溶解态的,也有固态的悬浮颗粒物。养殖过程中85%的污染物来自养殖本身,即人们常说的“自身污染”。污染物来源所占的比例分别为:过剩饵料占35%,排泄物占50%,生活垃圾占5%,其他污染物占10%(王福表2002)。水产养殖排出的废水使邻近水域营养物质的负载正在逐年增加,而氮、磷等营养物质又是水体富营养化`的重要污染源(Paez一osuna。tal.1999)。uFgne一smiht等(1998)曾对精养虾池中的物质平衡做过研究,发现养殖过程中只有10%的氮和7%的磷被利用,其他的都以各种形式进入环境。养殖废水中的营养盐尤其是氮、磷的大量存在,使水体产生富营养化作用。当这种水体有适当的生物、水文和气象条件时,就可能产生赤潮(李红山等2002)。海水养殖对生态环境的影响,一般可以从两个方面进行分析。一方面,海水养殖造成了养殖水体自身生态环境的污染;另一方面,海水养殖产生的污染物破坏了近岸海域的生态环境。它对养殖水体的污染主要包括营养物的污染、药物的使用污染以及底泥的富集污染。海水养殖对近岸生态环境的影响,主要是对近岸海洋生物群落结构的影响(舒廷飞等2002)。过去由于养殖技术相对落后,养殖多为粗放式或半集约化,养殖自身污染的效应并不突出。80年代以后,由于集约化养殖的兴起,养殖自身污染程度及后果越来越严重,已引起了人们更多的关注和重视,并且开展了相关的研究(林小涛2001)。迄今为止,海水养殖对海洋生态环境的影响已经得到了广泛的关注,但是我国在这方面的研究却刚刚开始,也没有建立适合我国国情的海水养殖废水处理技术。2海水养殖废水处理技术从理论上讲,许多常规的物理、化学、生物的废水处理方法是可以应用于养殖体系。例如通过沉积、、砂滤、机械过滤等方法可以去除5;5通过嵌人式或流动式的生物过滤器、旋转式的生物反应器和流体化反应床等,可使有机物发生氧化、硝化及去氮化作用等,从而降低水体中〔!01〕及氮、磷浓度。但是这些处理方法有其自身的缺陷,如产生大量的淤泥,能量消耗大,保留时间短等(iYgn一eFgniLn。tal.2002),因此并不一定适用于水产养殖废水的处理方面。最近几年国内外研究人员研究开发了许多养殖废水处理方法。2.1物理和化学处理方法最简单的物理方法是用沉淀池沉淀、砂滤池过滤和用沸石粉吸附,将水中的杂质和污物去除。较早使用的化学方法,如硫酸铜、漂白粉、孔雀石绿等水质改良剂虽然也能对养殖后的废水进行一定的处理,但由于这些方法会对环境产生二次污染,并且有的方法还会对人体造成伤害,现在已禁止使用(中国水产2001)。具有实用价值的是既能够消除水中的污染物、改善水质而又对环境友好的处理方法。臭氧水处理技术在水产养殖废水的处理方面有很大的优势,它是一种化学氧化法。臭氧又名活性氧,易分解为氧,有极强的氧化能力,其氧化还原电位为2,07V,高于氯(1.36V)、二氧化氯(1.5v)以及过氧化氢第4期卜雪峰等:海水养殖废水的处理技术及应用前景(1.89V)。它能破坏细菌的细胞壁,迅速扩散透人细胞内,氧化破坏或分解细胞中的酶而立即致死病原菌。臭氧在水中分解的中间物质氢氧基具有很强的氧化性,可以分解一般氧化剂难以破坏的有机物,能使水中有机物絮状化,提高过滤沉淀效果。臭氧能够有效的氧化和分离有机物和有毒代谢物,尤其是亚硝酸盐。另外,由于臭氧具有迅速分解成氧的特性,所以处理后的水含有饱和的溶解氧。因此,用臭氧处理养殖废水,既能迅速杀灭细菌、病毒、降低硫化物、氨等有害物质,又能增加水中的溶解氧,并且作用快、无二次污染。从而达到排放或循环利用的目的(刘鹰等1999;陈淑吟等2001)。在养殖废水的处理中,另一种方法泡沫分离技术也有其独特的功能。它能将溶解性有机物及悬浮物通过气泡的吸附形成泡沫被去除,适用于集约化水产养殖中的封闭循环水处理。泡沫分离技术在水处理中的应用始于19世纪90年代,当时欧洲国家用它处理溶解于水的各种表面活性物质。我国最初是用于洗煤水、石油废水的处理。20世纪70年代起,在造纸、食品工业等的废水处理中得到了推广应用。近年来,随着国内工厂化水产养殖业的发展,泡沫分离技术在封闭循环水处理中逐步得到应用,并且在技术研究上取得了一定的发展。泡沫分离技术的原理是向水体中通人空气,使水中的表面活性物质被微小的气泡吸附,并借气泡的浮力上升到水面形成泡沫,从而去除水中的溶解物和悬浮物(罗国芝等1999)。iDmitriRKiollsisS等人(2000)研究了用聚氯丙烯胺多聚体水凝胶去除水产养殖废水中的NO生,N呀,P碳一等营养盐离子的方法,得到了很高的去除效率。多聚体水凝胶具有三维的多聚网络结构,能够吸附大量的水,也同时能够去除N吓,N呀和P断等离子。其制备方法是通过化学作用交联线性的聚氯丙烯胺而制成。在干凝胶中用紫外检测N呀一N,Nq一N,P叹一P,分别能下降15、16、17mg电。实验显示在3h内能够去除P嗽一P98%,N呀一N50%,N衡一N85%。并且该凝胶还可以再生,其再生方法是在释放营养盐离子后用lmol几的NaOH溶液洗测。2.2生物处理技术生物技术是目前研究水产养殖废水处理技术和养殖污染控制方法的一个重要趋势(aHsnBrix1999)。由于这些方法对环境友好,费用低,适用于各种易变化的水域条件,是一项有发展前途的“绿色”海水养殖的污染控制技术。其最大优点是使用不可再生材料和能源比较少,并且不会对环境造成二次污染。当然在选择这些方法时,还要考虑其他几个指标,如可持续性、循环潜能、处理容量和潜在的生态保护能力等。2.2.1生物膜法odd一Iva:eLkagn等(2001)研究了一种生物膜沉积法来处理养殖废水,这种方法是在沉积池中安装生物膜阻挡板,通过板上的生物膜的作用来提高沉积的效率,这种膜能够大量吸附小颗粒物质。实际上这种处理方法是一种传统沉积法与现代生物技术相结合的方法。实验结果显示此方法能够去除43.2%的总磷,7.3%的总氮。因为这种处理过程中没有流动的部分,所以操作费用较低,是一种低成本的颗粒物分离方法。传统的沉积法处理有两个明显的缺点,其一是总悬浮颗粒物沉积率低,一般为30%一90%,要提高沉积率是非常困难的,并且传统的沉积法不能有效去除颗粒物浓度低于10mg几的颗粒物;其二是传统的方法需要大面积的区域地。生物膜沉积法能够有效的克服这两方面的不足之处。利用生物膜法进行处理在实际应用中有不同的方式,如生物滤池、生物转盘、生物转筒等。生物滤池的滤料有碎石、卵石、焦炭、煤渣、塑料和蜂窝等。生物滤池在使用前的30d左右充水进行运转、接种和培养生物,使滤料上形成一层明胶状的粘膜,即生物膜。这生物膜主要是好气菌、原生动物、细菌等。生物转盘是有一串固定在轴上的圆盘状的碎片组成,碎片之间有一间隔,盘片的一半浸在水中,另一半露出水面。微生物就附在盘片的表面上,结成一层生物膜,转动的时候,浸没在水中的片露出水面,盘片上的水由于重力作用而沿着生物膜表明向下流,空气中的氧通过吸收,混合,扩散,渗透等作用,随转盘转动而被带入水中,使水中的溶解氧增加,水质得到净化。生物转筒是由生物转盘演变而来的,原理与生物转盘基本相同(刘鹰等1999)。2.2.2耐盐植物处理养殖废水在养殖废水的处理过程中,可以采用种植一些有效的植物,来对营养盐进行吸收过滤,从而达到净化水质的目的。己经发现了一些植物具备这样的功能,把它们种植在集约化或封闭式的养殖系统中,就可以发挥有效海洋水产研究第24卷的过滤作用。但是如果种植在开放的体系中,它的这种作用由于光照以及固态物质的淤塞等而受到限制。在此基础上发展起的一种新的方法就是把野生的具