喬冠誠

（佛山水務環(huán)保股份有限公司，廣東 佛山 528010）

0 引言

2022 年，我國漁業(yè)產值為15 267.49 億元，其中淡水養(yǎng)殖為7 863.03 億元。全國水產養(yǎng)殖面積為7 107 500 hm2，其中淡水養(yǎng)殖面積占70.8%；淡水產品產量為3 406.38 萬t，成為漁業(yè)中最重要的產值輸出項［1］。當前，隨著高密度魚種的引入及淡水魚基因的不斷優(yōu)化，漁業(yè)單位產量逐年上升，導致水產價格逐步下降，又促使養(yǎng)殖戶進行更高密度的養(yǎng)殖。傳統(tǒng)桑基魚塘的精細化養(yǎng)殖程度不高［2］，有超五成的餌料與全部魚糞便是直接排入水體的，持續(xù)釋放的污染底物，使養(yǎng)殖尾水中的污染物質濃度遠遠超過規(guī)定的標準，其中總氮和總磷超標5～10倍的情況普遍存在［3-4］。在捕魚季，大量的養(yǎng)殖尾水直接外排至河涌，破壞了河涌原有的生態(tài)系統(tǒng)。為促進淡水養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，國家、省、市各層面都發(fā)布了一系列政策。在農業(yè)農村部發(fā)布的《關于加快推進水產養(yǎng)殖業(yè)綠色發(fā)展的意見》中，提出加強養(yǎng)殖池塘改造、推廣健康養(yǎng)殖模式、加強養(yǎng)殖尾水治理等措施，以促進淡水養(yǎng)殖業(yè)的綠色發(fā)展。水產養(yǎng)殖業(yè)針對養(yǎng)殖尾水水量巨大、污染濃度相對工業(yè)污水不高的特點，同時結合不同地區(qū)的差異性，總結出不同的處理模式，如人工濕地、三池兩壩、生態(tài)溝渠、漁稻共養(yǎng)以及一體化設備處理等，這些模式也相繼投入使用［5-6］。

“厭氧—缺氧—好氧”（AAO）工藝為污水處理廠使用的成熟工藝［7-8］，一體化設備處理模式的核心即源于AAO工藝。面對短時間內水量巨大、污染濃度低的養(yǎng)殖尾水處理難題，優(yōu)化AAO 工藝或調整3 個工藝段的順序成為解決以上問題的有效途徑。此外，土塘中較高的懸浮物（SS）是養(yǎng)殖尾水處理過程中需要處理的另一個難題，如何通過預處理系統(tǒng)高效、持久地去除原水中的SS，成為另一個研究方向。養(yǎng)殖尾水的預處理系統(tǒng)主要指系統(tǒng)前端的微濾或其他過濾組件，去除懸浮物的重要目的在于保護后續(xù)生物處理系統(tǒng)中的微生物。土塘養(yǎng)殖中的懸浮物主要為飼料、魚糞、岸基土的結合物，過多的懸浮物會逐漸附著甚至堆積在后續(xù)的生物處理系統(tǒng)中，阻隔硝化菌與空氣，導致完全厭氧環(huán)境的產生，并且堆積的懸浮物還會削弱原水中自帶或人為補充硝化細菌的附著效果，最終使生化系統(tǒng)崩潰。

本文以實際工程為依托，論證“岸基——一體化設備”處理模式的可行性，探討一體化設備在養(yǎng)殖尾水處理中的使用效果。本文的研究對養(yǎng)殖尾水處理模式的選擇有一定的參考意義。

1 項目概況

廣東省為淡水養(yǎng)殖大省，除四大家魚外，其他高價值魚種多為黃骨魚、白鱔、烏鱧、加州鱸等［9］。部分養(yǎng)殖戶選擇養(yǎng)殖烏鱧（黑魚），烏鱧養(yǎng)殖密度極大，一般每平方米產量為7.5～11.25 kg，養(yǎng)殖水平更高的能達到15～18.75 kg，而養(yǎng)殖密度大會導致在同一養(yǎng)殖周期內換水頻率極高，消毒藥品投入量極大［10-11］。因此，養(yǎng)殖戶希望通過一體化設備處理養(yǎng)殖尾水，達到改善水質、提產增效并減少成本的目的。本文選取的原養(yǎng)殖池塘均位于廣東省佛山市，養(yǎng)殖魚種均為烏鱧且養(yǎng)殖密度相似。單個魚塘水面大小為5 000～7 000 m2，水深為2.5～2.7 m，總水量約15 000 m3。一體化設備的進水水量為960 m3/d，進水的水質及排水標準見表1。尾水經過處理達到《廣東省養(yǎng)殖尾水排放標準》中的二級排放標準后循環(huán)使用。

表1 進水水質及排水標準

2 三代設備工藝及運行情況

2.1 第一代設備

第一代設備采用分體式工藝，項目主工藝為“微濾+OAA（好氧—缺氧—厭氧）”，其中微濾工藝是在系統(tǒng)前端布置微濾機對養(yǎng)殖尾水進行過濾，除去尾水中的懸浮物部分（飼料+糞便），同時搭配高壓水流對濾網進行周期性反沖洗。過濾后的尾水進入OAA段進行下一步處理。在實際運行中，養(yǎng)殖尾水通過提升泵從底部均勻入水至好氧罐中，再溢流進入缺氧—厭氧池，池內布置隔板，減緩流動速度，尾水經處理后通過重力流回池塘。除主工藝外，第一代設備對硝化反硝化裝置進行改進試驗，去除懸浮物后，尾水從頂部流入裝置最上層，通過跌流方式逐層向下流，最終通過重力流回池塘。該試驗為第二代工藝的改進提供了理論支持。

2.2 第二代設備

第二代尾水處理設備在第一代設備的基礎上，整合優(yōu)化養(yǎng)殖尾水分體式工藝，設計成集裝箱式的一體化尾水處理設備。項目主工藝為“BAF（曝氣生物濾池）+硝化反硝化”的處理工藝，其中第一代使用的微濾工藝被替換為BAF 過濾工藝，分體式的主工藝OAA 被替換為硝化反硝化工藝。在實際運行中，尾水通過提升泵從底部入水至過濾罐中，再溢流進入硝化反硝化池上層，跌流流入下層后通過重力流回池塘。

2.3 第三代設備

第三代尾水處理設備在第二代的基礎上保留“BAF 過濾+硝化反硝化”的處理工藝，但在原有硝化反硝化工藝中優(yōu)化布水、布氣方式。在實際運行中，尾水進水更均勻，濾層偏移、跑漏、濾料的情況大大減少，提高了設備連續(xù)運行的能力。此外，對設備材質進行優(yōu)化提升，從原來的普通碳鋼升級為不銹鋼；同時，提升了自動控制水平，采用自動控制和遠程控制實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動運行及遠程監(jiān)控。

3 試驗結果與討論

3.1 預處理階段對養(yǎng)殖尾水的影響

三代尾水處理工藝預處理階段對懸浮物的去除效果如圖1 所示。圖1 中的結果表明，第一代尾水處理設備在初始運行階段，就能將養(yǎng)殖尾水中濃度為150～200 mg/L 的懸浮物過濾降低至85 mg/L 左右；在系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，懸浮物去除率保持在47%～57%，處理效果比較穩(wěn)定但效率不高。因為微濾機孔徑是固定的，所以去除效率穩(wěn)定，但懸浮物去除效率遠低于之后兩代設備采用的BAF 過濾方式，同時部分數(shù)據(jù)未能達到出水指標，存在排放風險。第二代尾水處理設備能將尾水中濃度為120～190 mg/L 的懸浮物過濾降低為15 mg/L 左右；在系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，懸浮物去除率保持在88%～90%。第三代尾水處理設備能將尾水中濃度為180～220 mg/L 的懸浮物過濾降低為12 mg/L 左右；在系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，懸浮物去除率保持在90%～94%。根據(jù)第一代微濾機穩(wěn)定的去除效果判斷，增加微濾機的大小（容量）能在一定程度上提高去除率，但受用電功率、機器價格等因素影響，僅增加微濾機的大?。ㄈ萘浚┎⒎亲罱洕嵒莸倪x擇。對比第二代、第三代尾水處理設備的懸浮物去除率，雖然最終兩者均能達到較高的去除率，但是第三代設備更快且更高的去除率能更好地減少后續(xù)生化系統(tǒng)的反沖洗頻率，保證了微生物降解的高效性與穩(wěn)定性。

圖1 三代尾水處理工藝對懸浮物的去除效果

3.2 三代尾水處理工藝對污染物的去除

3.2.1 對氨氮的去除

三代尾水處理系統(tǒng)對氨氮的去除效果如圖2 所示。由圖2 可知，第一代尾水處理工藝的氨氮濃度從1.8 mg/L 降到0.5 mg/L，去除率達到72%；隨著處理過程的進行，原水中的氨氮濃度呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，在第25 d 的時候，氨氮去除率達到記錄的最高值（79.7%）。第二代尾水處理工藝系統(tǒng)在運行至第5 d時，氨氮去除率已達到80%，并在后續(xù)的運行過程中保持穩(wěn)定的氨氮去除率。第三代尾水處理工藝系統(tǒng)在運行至第5 d 時，氨氮去除率達到90%，在隨后的運行中同樣能保持穩(wěn)定的氨氮去除率。通過對比三代設備的氨氮去除率發(fā)現(xiàn)，第三代尾水處理工藝系統(tǒng)的整體去除率表現(xiàn)最優(yōu)。此外，三代設備的氨氮去除率在第30 d 時均有下降，而第三代設備的氨氮去除率更是接近于0，這是由于隨著原水中氨氮濃度持續(xù)下降，后期設備的氨氮處理量與每日投料導致的進入池塘的氨氮量基本持平（成魚每日投料量固定），整體反映為去除率下降甚至接近于0，而實際上原水中的氨氮濃度已在0.1 mg/L以下。

圖2 三代尾水處理系統(tǒng)對氨氮的去除效果

3.2.2 對亞硝酸鹽的去除

圖3 為三代尾水處理設備系統(tǒng)對亞硝酸鹽的去除效果。如圖3 所示，三代尾水處理設備系統(tǒng)對亞硝酸鹽的起始去除率相較于氨氮并不高，三代尾水處理設備的亞硝酸鹽去除率分別為31%、32%、50%，同期，氨氮去除率分別為72%、80%、90%。經分析，這是由于氨氮轉化為亞硝酸鹽是硝化反應的第一步，啟動階段的亞硝酸菌先利用氨氮生成亞硝酸鹽且轉化比例為1∶1；而同期的硝酸菌富集程度較亞硝酸菌低，因此導致亞硝酸鹽的去除率相對較低。隨著運行時間的延長，可以觀察到亞硝酸鹽去除率逐步提升的過程，第一代尾水處理設備系統(tǒng)由31%提升到84%，第二代系統(tǒng)由32%提升到81%，第三代系統(tǒng)由50%提升到94%。同時可以更清晰地反映出硝酸菌逐漸富集的過程。在三代設備中，第三代設備的亞硝酸鹽去除率是最高的，也更快地（在第25 d）達到最高值（94%）附近。

圖3 三代尾水處理設備系統(tǒng)對亞硝酸鹽的去除效果

3.2.3 對總氮的去除

分析第三代尾水處理設備系統(tǒng)總氮的去除效果（如圖4 所示），第三代尾水處理設備系統(tǒng)能將原水中的總氮處理至3 mg/L左右，最大去除率在第25 d出現(xiàn)，約61.12%。在第35 d 時，原水的總氮濃度（4.78 mg/L）達到養(yǎng)殖尾水排放標準中的二級標準要求（5 mg/L）。

圖4 第三代尾水處理設備系統(tǒng)對總氮的去除效果

4 結論

（1）第一代尾水處理系統(tǒng)能將懸浮物去除率保持在47%～57%，第二代系統(tǒng)去除率保持在88%～90%，第三代系統(tǒng)去除率保持在90%～94%，說明第三代尾水處理系統(tǒng)對懸浮物的去除效果最好。根據(jù)第一代尾水處理系統(tǒng)的去除效果進行判斷，僅增加微濾機的大?。ㄈ萘浚┎皇亲罱洕鷮嵒莸倪x擇。

（2）第一代尾水處理系統(tǒng)對氨氮、亞硝酸鹽、總氮有一定的去除效果，在此基礎上經過優(yōu)化的第二和第三代尾水處理系統(tǒng)對氨氮的去除率約95%，并在隨后的運行中同樣維持了穩(wěn)定的氨氮去除率。在后期，實際原水中的氨氮濃度達到0.1 mg/L 以下。第二代和第三代尾水處理系統(tǒng)對亞硝酸鹽的去除率均在25 d 時達到最高值。第三代尾水處理系統(tǒng)對亞硝酸鹽的去除率約94%，并且能將原水中的總氮處理至3 mg/L左右，最高去除率約61%。

除了本文重點討論的懸浮物，結合總氮濃度數(shù)據(jù)還發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)殖尾水處理的另一大難點是制造厭氧環(huán)境。在總氮去除率還不夠高的情況下，處理后的總氮可能有不達標的風險，因此后續(xù)可以圍繞制造厭氧環(huán)境的系統(tǒng)搭建進行研究，或在運行中通過加強對溶解氧的控制，提升反硝化的效率。