知識儲備：水產養殖廢水生物處理技術
一些臨海城市的港灣眾多，淺海灘涂遼闊，海洋生物資源豐富。目前，養殖方式已由以前的粗養、半精養向精養過渡，但由于片面追求經濟效益，養殖密度過大，養殖品種單一，養殖水體中自然生態體系的平衡被打破，自身污染嚴重。另外，由于工業廢水、生活污水的亂排亂放，導致養殖水體的外源污染也日益嚴重，養殖病害頻繁發生。目前，養殖業者常使用廣譜性抗生素來控制病害的發生，但這只是暫時性的解決辦法，因為使用抗生素不止殘留性強、增加了細菌的抗藥性，更破壞了養殖水域正常生物區系的平衡，以致形成惡性循環。
2水產養殖廢水特點
水產養殖廢水中主要的污染物有氨氮、亞硝酸鹽、有機污染物、磷及污損生物。目前，我國已開展了一些港灣及傳統網箱養殖區的污損生物調查研究。與工業、生活污水不同，水產魚污水屬污染物成分簡單的低濃度有機污水，BOD一般不超過80mg/L。但水產生物對水質的要求較高，氨氮和硫化氫是育苗水體中最普遍的有害物質，水體中的氨氮和硫化氫濃度會隨著育苗的進行而逐漸升高。氨氮是水產生物的排泄物，也是殘餌、糞便以及動植物尸體等含氮有機物分解的終產物。硫化氫則是由于含硫有機物在缺氧條件下，由厭氧細菌分解形成。水質和底質敗壞而誘發弧菌等致病菌的大量繁殖，導致疾病發生;更多的是由于生態系統的破壞和放養密度的增加而導致生態失衡的綜合因素所致，水生物的抗病力降低，造成更易感染致病菌。
3水產養殖廢水的主要處理工藝
國內外已經發展了許多養殖廢水的處理方法，其中包括物理、化學處理方法和生物膜法、耐鹽植物處理法、人工濕地處理法、沉淀-貝類過濾-藻類吸附的綜合處理法等。此外，還有專門針對懸浮顆粒物的處理方法。
3.1物理處理法
依據水體及水體中污染物的理化性質，采取曝氣、過濾、沉淀、吸附、氣浮等方法凈化水質，除去水中懸浮物質或有害氣體。
3.2化學處理法
利用化學反應來處理水中的污染物或懸浮膠粒。包括絮凝、中和、絡合、氧化還原、消毒等方法。3.3生物方法利用微生物和自養性植物(如綠色藻類、高等水生植物)改良水質，有助于防止殘餌與代謝產物積累所引起的水質敗壞。3.3.1活性污泥法
活性污泥法中活性污泥由細菌、原生動物等組成，常見的有酵母、霉菌、草履蟲等。該法的應用歷史較長，原理、方法及工藝技術已經成熟，應用于養殖水處理，去處氮磷的效果比較好，但該法占地大，產生的污泥如處理不好會產生二次污染，并且運行費用高。
現有的生物法中，活性污泥法只在鹽度不高的情況下有比較理想的效果，不適于處理海水養殖廢水。
3.3.2生物膜法
生物膜法具有高效、操作簡便等特點。生物膜的載體不同，附著在載體上的微生物的生長量不同，對養殖廢水的處理效果也不同。目前多采用紫外線殺菌器、臭氧發生器、蛋白質分離器和生物過濾器4部分構成養殖污水生物膜處理工藝系統。
常用的生物過濾器有浸沒式生物濾床、滴濾式生物濾床、生物轉盤等。但生物膜法存在抗沖擊力弱、易受污染、不能多次循環利用、運行時間長等缺點，尚不能廣泛的應用于處理養殖污水。因此一些研究者在此基礎上進行了改進研究。如萬紅等提出采用以組合填料為載體的序批式生物膜反應器處理水產養殖廢水;李軍等也設計出復合式膜生物反應器(MBR)裝置，以粉末活性炭(PAC)作為填料，加入活性污泥經過馴化培養，用該裝置處理污水，連續運行100d，膜出水COD始終穩定在25mg/L以下，NH3-N的去除率可以達到99%以上。PAC為硝化細菌的吸附生長提供了良好的載體，使其能夠很好地繁殖，從而提高了膜生物反應器的氨氮去除率;何潔等把篩選到的菌群附著在沙子、活性炭與沸石3種載體上，對養殖廢水進行處理，研究表明以這3種載體的生物過濾器對養殖廢水的氨氮去除率差不多。
3.3.3人工濕地
以景觀水體為處理對象，構建了植物浮床生態箱-植物浮床生態箱-人工濕地-沉水植物生態箱多級人工生態系統，在系統中引入了多種植物、魚類、螺螄、蝦等物種，且該系統在循環流方式下運行，系統的平均水力停留時間為2d，模擬景觀水體4.2d被系統交換一次。試驗結果表明，系統達到穩定運行之后，景觀水體池中，DO平均值為4.93mg/L，NH4+-N平均值為0.673mg/L，TN平均值為17.303mg/L，TP平均值為0.703mg/L，COD平均值為20.967mg/L。
3.3.4大型藻類
除N/P及菌藻調控技術大型藻類的養殖技術一般比較成熟，種群數量容易控制，它們本身又可用作飼料、藥材、食品。因此自20世紀70年代開始，逐漸利用大型海藻來凈化養殖環境。目前，試驗進行的大型藻類生物凈化作用所涉及的大藻包括綠藻、褐藻、紅藻等，主要針對養殖自身污染，對養殖環境的營養鹽負荷以及可能造成的赤潮生物的爆發而進行研究。一般采用石莼類和江籬類為吸收營養鹽的素材，對赤潮生物的抑制一般以石莼類為研究材料。但利用大型海藻抑制自然水體的赤潮生物尚處于試驗階段，還沒有在自然海區投人實際應用。我國養殖病害一般發生在高溫季節和雨季，因此，應當積極篩選廣溫、廣鹽種的大型藻類，以滿足我國養殖水域凈化的需要。此外，目前還逐步發展了菌藻聯合調控技術。細菌和藻類是水生態體系中調節水質的重要微生物它們能夠有效控制養殖水體中的NH4+-N、NO2--N等營養鹽含量改善水質，且具有無毒副作用、不污染環境的特點，符合健康養殖的要求。如黃翔鵠等(1998)人工引入波吉卵囊藻(Oocystisborgeisnow)和微綠球藻(Nannochloropsisoculata)于凡納濱對蝦(Penaeusvannamei)養殖環境中，結果表明，引入波吉卵囊藻和微綠球藻能改善養殖水體的水質。
4提高水產養殖廢水生物處理效率的研究
4.1生物強化技術
4.1.1高效菌(包括微生態制劑)
盡管改善水質的方法很多，但由于上述方法都有一定的缺點，不盡如人意。所以，在養殖池中施放有益微生物，讓其參與養殖池的生態循環，一方面可改善水體質量，清除有機廢物;另一方面可抑制、排斥病原微生物的繁殖生長，達到防治病害的目的。目前，有益菌作為水產凈化劑已是水產養殖的必備，應用范圍極其廣泛。微生態制劑可有效降解有機污染物的細菌有假單胞菌、枯草芽孢桿菌、多粘球菌、硝化細菌、腸道菌群等，它們發揮氧化、氨化、硝化、反硝化、解磷、硫化、固氮等作用，將動物的排泄物、殘存飼料、浮游生物殘體、化學藥物等迅速分解為CO2、硝酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽等，是物質循環流動不可缺少的部分。微生態制劑在水產養殖水質凈化中的效益是潛在的、長期的，是未來研究、發展和應用的主要方向，其前景十分廣闊。
4.1.2固定化
近年來固定化微生物技術是研究比較多的污水處理技術之一，關于閉合養殖系統中固定化微生物研究也有報道。如黃正、趙興利等加入馴化污泥，以聚乙烯醇(PVA)為包埋載體，粉末活性炭作為無機載體，制備固定化小球，處理養殖廢水，COD的去除率達74.9%，NH3-N的去除率為82.5%左右。鄭耀通等以PVA為主要包埋骨架，添加SiO2、CaCO3等載體，固定菌藻系統去除水體中的氨氮，NH3-N的去除率達96.8%。目前固定化微生物脫氮主要應用于污水處理、工廠化養殖循環廢水處理的室內模擬，尚未見到在養殖池塘中應用的報道，關于浮游動物對水體氮的吸收、轉換及釋放的循環機制，也有待進一步研究。
4.2預處理研究
4.2.1沉淀、泡沫分離法
考慮到養殖污水中的主要污染物是未食餌料和動物排泄物，重力分離法比較適合對這部分污水進行先期預處理。早在1998年D.R.Teichert-Coddington等對高密度集約化養蝦池的出水進行了研究，研究發現對蝦池出水的營養物及固體懸浮物的含量相當高，如采用沉降法處理出水，沉降時間大約需要6h。經過6h的沉淀，可以去除全部可沉淀的固體物、88%的懸浮物、77%的揮發性物質、63%的BOD、31%的總氮、55%的總磷。
4.2.2提高溫度與DO
溫度和溶氧是影響硝化細菌硝化率的重要因素，溫度升高和提高水體含氧量，采用適宜的增氧方式、高效的增氧裝備及合理的布局形式，都可提高硝化率。
4.2.3利用水生維管束植物凈化養殖廢水
利用水生維管束植物凈化養殖廢水，如茄子-養鱉廢水，鳳眼蓮-螺廢水，番茄-養甲魚廢水等凈化濾器的試驗表明，植物濾器在凈化廢水方面表現出了巨大的潛力，經過處理的水即使達不到使用要求，還需要后續處理，但低成本的植物濾器已利用了污水中大部分的營養物，從而大大減輕了后續處理的工作量。
4.3水質控制的自動化與機械化
目前通常所采取的凈化水措施的處理水平不盡如人意，而一些先進國家在高密度養殖系統中采用了先進的自動控制及水處理、監測等技術，取得了較好的效果，對于養殖水質控制的自動化和機械化研究方面的經驗值得我們借鑒，并應用于工廠化養殖水處理流程中。高密度養殖是今后水產養殖業的發展方向。高效、快速處理養殖污水，使其循環利用，是發展大規模高密度養殖業的關鍵。完全可以借鑒現有的處理工業、生活污水的成套設施和技術，結合水產養殖對水質的要求，設計出適用于工廠化高密度養殖的污水處理系統。3.3.3人工濕地
以景觀水體為處理對象，構建了植物浮床生態箱-植物浮床生態箱-人工濕地-沉水植物生態箱多級人工生態系統，在系統中引入了多種植物、魚類、螺螄、蝦等物種，且該系統在循環流方式下運行，系統的平均水力停留時間為2d，模擬景觀水體4.2d被系統交換一次。試驗結果表明，系統達到穩定運行之后，景觀水體池中，DO平均值為4.93mg/L，NH4+-N平均值為0.673mg/L，TN平均值為17.303mg/L，TP平均值為0.703mg/L，COD平均值為20.967mg/L。