朱瑞金，敬志豪，唐 波，沙買朝

(西藏農(nóng)牧學(xué)院 a.電氣工程學(xué)院；b.植物科學(xué)學(xué)院，西藏 林芝 860000)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年因?yàn)榄h(huán)境問題導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)千億[1]。人類對水產(chǎn)食品的需求量越來越大，普通的散養(yǎng)、自然養(yǎng)殖不僅產(chǎn)量低，且隨著養(yǎng)殖密度的增加，飼料、抗生素等的添加使得養(yǎng)殖廢水中的污染物含量越來越高，排入水體后對周圍環(huán)境、人類生產(chǎn)生活造成了嚴(yán)重危害。截至2015年，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖達(dá)到4千多萬噸[2]，如何在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖效率的最大化，還能做到廢水量較少或零排放、最大程度減少環(huán)境污染成為人們關(guān)注的重點(diǎn)，故此工廠化循環(huán)養(yǎng)殖技術(shù)(Recirculation aquaculture system，RAS)應(yīng)運(yùn)而生。

1 工廠化循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖

工廠化循環(huán)水產(chǎn)模式(RAS)是在相對較為封閉的空間內(nèi)，通過充氧曝氣、物理化學(xué)法、生物法等手段，實(shí)現(xiàn)廢水中養(yǎng)殖對象排泄物、飼料殘留物、殘余藥物的降解去除，在盡可能少補(bǔ)充新鮮水體的情況下實(shí)現(xiàn)水體的循環(huán)再利用(一般情況下，水體循環(huán)利用程度達(dá)到90%左右)。與常見的污水處理廠工藝不同，工廠化循環(huán)水產(chǎn)模式對污染物凈化工藝和出水水質(zhì)等級要求更高。工廠化循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖密度大，能夠節(jié)約大量的廠房空間，節(jié)省土地資源。在廠房內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)殖，不受外界氣候因素的影響，易于控制水產(chǎn)動物的生長環(huán)境，縮短生長周期。養(yǎng)殖用水循環(huán)利用，能夠大幅減少水資源的耗用量。養(yǎng)殖廢水全部進(jìn)行處理后重復(fù)利用，大大降低了對環(huán)境的污染。

2 國內(nèi)外工廠化循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展

2.1 發(fā)展歷程

國外工廠化循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖模式自20世紀(jì)70年代誕生，如日本的鰻魚生產(chǎn)工廠，大大增加了鰻魚產(chǎn)量與品質(zhì)；澳大利亞的一體式水產(chǎn)養(yǎng)殖廠，實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)殖無人化管理模式。大量的養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)與設(shè)備被開發(fā)利用，美國人Samir等[3]研發(fā)出由水流驅(qū)動的轉(zhuǎn)鼓式徽濾機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的濾池技術(shù)，去除顆粒物，極大減小了設(shè)備占地，提高了出水的穩(wěn)定性。目前，歐洲等發(fā)達(dá)國家工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖已基本實(shí)現(xiàn)了全機(jī)械化水平。我國于20世紀(jì)80年代中期開始嘗試工廠化循環(huán)養(yǎng)殖模式，主要以東部發(fā)達(dá)地區(qū)為主，以引進(jìn)歐洲先進(jìn)技術(shù)與自主研發(fā)相結(jié)合的模式為主。但進(jìn)口國外設(shè)備耗資巨大，我國自主研發(fā)的循環(huán)水處理設(shè)施相繼問世，如臭氧發(fā)生器、曝氣機(jī)、蛋白分離器、微型過濾機(jī)等。21世紀(jì)，我國的工廠化循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)已相當(dāng)成熟，具有代表性的是大菱鲆循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖模式，相應(yīng)的水處理技術(shù)也日漸發(fā)達(dá)。劉文暢等人[4]研制出一種多功能的生物絮凝反應(yīng)器，可有效降解養(yǎng)殖廢水中的氨氮、有機(jī)物等污染物質(zhì)，提高了養(yǎng)殖產(chǎn)量，降低了藥物的使用。曹劍香等[5]研究了蛋白分離器在不同參數(shù)下的養(yǎng)殖廢水蛋白分離效果，通過改進(jìn)裝置，有效提高了蛋白分離程度，并對氨氮、COD的去除起到了一定的促進(jìn)作用。圖1匯總了近5年來國內(nèi)外工廠化循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)的研究成果。

圖1 近5年來國內(nèi)外典型工廠化循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)研究成果Fig.1 Research results of nearly 5 domestic and foreign classic industrial circulating aquaculture wastewater treatment technology

2.2 典型的組合工藝

2.2.1 BAF-臭氧活性炭工藝

BAF-臭氧活性炭工藝[11]流程如圖2所示，其技術(shù)路線為原水-砂濾-BAF-泡沫分離器-O3滅菌-活性炭吸附。砂濾器能夠去除懸浮物、殘余餌料、水產(chǎn)動物的固體排泄物，為后續(xù)處理單元降低負(fù)荷。曝氣生物濾池BAF通過濾料的物理截留吸附和濾料上附著的耗氧微生物的代謝分解作用，能夠?qū)钡D(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，將部分有機(jī)物分解為二氧化碳和水，去除有機(jī)質(zhì)、氨氮、亞硝酸鹽氮，降低毒性。蛋白質(zhì)泡沫分離器是利用蛋白泡沫分離技術(shù)，即向水中通入氣體，形成氣泡，水中的表面活性物質(zhì)或疏水微小懸浮物質(zhì)吸附在氣泡上，借助浮力上升而形成氣泡分離。臭氧接觸塔用于殺滅水中的病毒和細(xì)菌，減少水產(chǎn)動物病害的發(fā)生，活性炭吸附塔用于吸附去除臭氧氧化產(chǎn)物-硝酸鹽氮。

圖2 BAC-臭氧活性炭工藝Fig.2 BAC-ozone activated carbon technology

2.2.2 MBR-過濾工藝

MBR-過濾工藝[12]流程如圖3所示，其技術(shù)路線為原水-曝氣-MBR膜池-泡沫分離器-旋轉(zhuǎn)過濾-砂濾-紫外消毒。養(yǎng)殖廢水曝氣后進(jìn)入MBR池內(nèi)，通過生物法降解水中的有機(jī)物質(zhì)、含氮含磷物質(zhì)。蛋白質(zhì)泡沫分離器通過充氧分離等過程完成疏水性蛋白類物質(zhì)的分離去除，旋轉(zhuǎn)過濾器去除了大顆粒懸浮物與殘余飼料，水中的小分子顆粒物與小分子有機(jī)質(zhì)會通過砂濾池中的濾料截留或表面生物膜降解去除。紫外消毒器主要利用紫外線的照射作用殺死水中的微生物細(xì)菌，使處理后的出水達(dá)到養(yǎng)殖水的等級。

圖3 MBR-過濾工藝Fig.3 MBR-filtration technology

3 前景展望

近些年，我國在水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)處理技術(shù)方面發(fā)展迅速，但與發(fā)達(dá)國家相比仍有不小差距。將引進(jìn)的新技術(shù)與自主研發(fā)技術(shù)相結(jié)合，研發(fā)低成本、低能耗、高效率的水產(chǎn)養(yǎng)殖水處理技術(shù)是目前的研究重點(diǎn)。隨著現(xiàn)代水質(zhì)分析手段的進(jìn)步與信息傳輸手段的快速發(fā)展，在線監(jiān)測手段與智能化技術(shù)的結(jié)合，研發(fā)實(shí)時(shí)在線檢測儀器與平臺，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)多組分快速監(jiān)測，將使水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)朝著智能化方向發(fā)展。