對蝦綠色健康養(yǎng)殖模式尾水處理研究進展

王曉璐 刁菁 樊英 蓋春蕾 葉海斌 劉洪軍 王淑生 付壤輝 王友紅

摘要 依據(jù)國內(nèi)外有關水產(chǎn)養(yǎng)殖水質處理的相關研究以及實際生產(chǎn)中的健康養(yǎng)殖模式，提出了對蝦綠色健康養(yǎng)殖模式尾水處理系統(tǒng)，詳細介紹了該系統(tǒng)的相關處理技術，如重力沉降、物理過濾、生物凈化、人工濕地以及工廠化循環(huán)水等技術。

關鍵詞 綠色健康養(yǎng)殖模式;物理過濾;生物凈化;人工濕地

中圖分類號 S955.7? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）11-0016-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.11.005

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Research Progress on the Tail Water Treatment of Green and Healthy Culture Mode of Shrimp

WANG Xiao-lu，DIAO Jing，F(xiàn)AN Ying et al

（Shandong Provincial Institute of Marine Biology，Key Laboratory of Mariculture Disease Control of Shandong Province，Qingdao，Shandong 266104）

Abstract Based on the related researches with the aquaculture water quality treatment at home and abroad，and healthy culture mode of shrimp in the actual production，this paper put forward the tail water treatment of green and healthy culture mode of shrimp，and introduced the related treatment technologies of this system in detail，such as gravity sedimentation，physical filtration，biological purification，artificial wetland，industrial recycling water.

Key words Green and healthy culture mode;Physical filtration;Biological purification;Artificial wetland

20世紀末期，在大菱鲆引進的強力推動下，工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式開始定向研究和推廣應用，因節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、減排、安全、高效、不受季節(jié)限制等優(yōu)點，正在迅速推動鲆鰈類養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)朝現(xiàn)代化和規(guī)?；较虬l(fā)展[1-4]。進入21世紀，隨著凡納濱對蝦養(yǎng)殖的快速發(fā)展，我國對蝦養(yǎng)殖業(yè)進入新的發(fā)展階段[5-6]。對蝦養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴大，但由于養(yǎng)殖技術水平的限制[7]，養(yǎng)殖過程中設施化、集約化程度不高[8-9]，對蝦養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展以犧牲環(huán)境為代價[10-12]，導致養(yǎng)殖池塘占地面積大但產(chǎn)量較低，養(yǎng)殖用水利用率低，養(yǎng)殖自身有機污染物以及養(yǎng)殖廢水對水域及沿海生態(tài)環(huán)境造成了嚴重影響[12-13]，病害頻繁發(fā)生[14-15]，都已經(jīng)成為困擾對蝦海水養(yǎng)殖業(yè)的瓶頸[16-17]。

對蝦綠色養(yǎng)殖新模式是在循環(huán)水養(yǎng)殖的基礎上，耦合陸基生態(tài)化養(yǎng)殖模式，為實現(xiàn)對蝦養(yǎng)殖用水資源化利用而提出的。對蝦綠色健康養(yǎng)殖模式尾水處理系統(tǒng)綜合了重力沉降、物理過濾、生物凈化、人工濕地、工廠化循環(huán)水處理技術，將各種新興的養(yǎng)殖模式、技術綜合運用，將養(yǎng)殖廢水凈化再利用。該模式以養(yǎng)殖過程中實現(xiàn)綠色環(huán)保、高效生產(chǎn)為前提，以調(diào)控養(yǎng)殖水環(huán)境并達到循環(huán)利用為核心，以減少養(yǎng)殖污染物排放為目的，有效改善養(yǎng)殖環(huán)境，降低餌料系數(shù)，提升單位水體養(yǎng)殖容納量，帶動凡納濱對蝦養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的提質增效，提高海洋資源利用效率，減少污染物排放，保護海洋環(huán)境。雖然養(yǎng)殖廢水屬于輕度污染水[18-19]，但若要達到循環(huán)利用、減少排放，水處理是關鍵，技術要求相對較高。在生產(chǎn)上，對蝦綠色健康養(yǎng)殖模式水處理系統(tǒng)歷經(jīng)物理過濾、化學過濾、生物過濾等過程;在技術上，采用生物絮團，固體代謝物去除，魚、貝、藻類的生物凈化，人工濕地，工廠化循環(huán)水處理工藝等一系列手段進行處理。其中，水凈化處理環(huán)節(jié)是生態(tài)工業(yè)化養(yǎng)殖模式的核心。尤其是對蝦養(yǎng)殖過程中，殘餌糞便量大，有效去除養(yǎng)殖廢水中大量的糞便和有害物質，使養(yǎng)殖廢水達到再利用的標準，是對蝦綠色健康養(yǎng)殖模式的重點。

1 綠色健康養(yǎng)殖模式尾水處理核心技術

綠色健康養(yǎng)殖模式尾水循環(huán)處理系統(tǒng)是在現(xiàn)有工廠化循環(huán)水處理技術的基礎上，綜合了蝦、魚、貝、藻循環(huán)養(yǎng)殖模式、人工濕地，利用了物理技術、化學技術和生物技術，實現(xiàn)有效凈化水體，使養(yǎng)殖廢水達到循環(huán)利用的標準，同時收獲了蝦、魚、貝類。對蝦綠色養(yǎng)殖模式尾水處理工藝流程如圖1所示。

1.1 大顆粒物物理沉降和微濾機過濾

大顆粒物（TSS）主要是由對蝦糞便和殘餌組成[20]。在對蝦集約化養(yǎng)殖中，投喂頻率高，水體中顆粒物量大[21-22]，據(jù)報道工廠化養(yǎng)殖廢水中TSS含量為172.6～220.4 mg/L[23]。水體中大量的TSS降低了養(yǎng)殖水體的透明度[24]，消耗水體中的溶解氧，產(chǎn)生氨氮和亞硝態(tài)氮，引起養(yǎng)殖動物應激反應[25]，影響鰓呼吸[26]，降低魚類抗病力[27]。據(jù)報道，TSS在水力的撞擊作用下會形成小的顆粒物質，危害魚鰓[28];未經(jīng)處理的懸浮顆粒物會對貝類生長產(chǎn)生不利的影響[29]。在生態(tài)工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖模式中，根據(jù)對蝦養(yǎng)殖水體中懸浮物易沉降的特點

[30]，采用的第一道工序是TSS物理沉降。沉降能夠有效去除養(yǎng)殖水體中的懸浮物，當水力停留為4 h左右時去除率達到50%，可將較大顆粒的懸浮物質去除[24，31]。但是，水體中懸浮物粒徑通常小于100 μm，且不易沉降和去除[32]。在《工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖技術規(guī)范》中，循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中懸浮顆粒物含量要求低于10 mg/L[33-34]。對物理沉降后的廢水進行微濾機過濾是生態(tài)工業(yè)化水處理的第二道工序。微濾機耗能少，占地面積小，且濾網(wǎng)孔大小可以調(diào)控[35]。宿墨等[36]研究表明，根據(jù)去除率和能耗可知200目篩網(wǎng)的微濾機最經(jīng)濟適用，且去除率達54.09%。傅雪軍等[37]研究表明150目微濾機對懸浮固體物（SS）的去除率為67.13%。林中凌[38]研究表明，微濾機對顆粒粒度100～200 μm的懸浮固體物去除率為80%。Chen等[39]研究表明在高密度養(yǎng)殖水體中80%～90%的懸浮顆粒物大小小于30 μm，很難被去除。因此，經(jīng)過沉降和微濾后的養(yǎng)殖廢水進入第三道處理工序。

1.2 魚-貝-藻濾食凈化

魚-貝-藻凈化池既是生態(tài)養(yǎng)殖池也是水質凈化池，即在封閉循環(huán)系統(tǒng)池塘中放養(yǎng)生態(tài)位互補的經(jīng)濟動植物，通過水循環(huán)將它們綜合在一起，對養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境進行生物調(diào)控[40]。它既能滿足水環(huán)境中生物多樣性的要求，實現(xiàn)水生生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的物質循環(huán)，增強水體自我凈化、自我維持的功能，又能在不損害水域生態(tài)環(huán)境的情況下提高養(yǎng)殖的經(jīng)濟效益[41-42]。目前，多池循環(huán)系統(tǒng)的相關研究報道較少。黃國強等[43]報道了一種新型對蝦多池循環(huán)水養(yǎng)殖模式，該養(yǎng)殖模式中水處理池養(yǎng)殖的水產(chǎn)品主要利用養(yǎng)殖池未完全利用的殘餌和糞便，不需要額外增加餌料和勞動力的投入，其產(chǎn)出投入比較高。申玉春等[44]通過對蝦-魚-貝-藻多池循環(huán)模式的研究發(fā)現(xiàn)，循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)蝦池水體中懸浮物數(shù)量、化學需氧量（COD）、氨態(tài)氮和總氮含量比對蝦單養(yǎng)池明顯降低。Kongkeo等[45]研究表明對蝦病大流行后，泰國從疾病預防出發(fā)首先研制并使用對蝦室外循環(huán)水研制模式。Li等[46]提出通過高產(chǎn)量的養(yǎng)殖生物，加大生物凈化池的生產(chǎn)作用，將水循環(huán)養(yǎng)殖變成水循環(huán)綜合養(yǎng)殖模式。

在對蝦綠色健康養(yǎng)殖模式尾水處理系統(tǒng)中，過濾的廢水通過魚類養(yǎng)殖池后，再放養(yǎng)一些濾食性魚類，如羅非魚、梭魚等[44-47]將廢水中殘留的粒徑小于100 μm的固體物質濾食;研究報道，羅非魚以濾食水體中粒徑大于25 μm的固體顆粒為食物;此外，還能控制蝦病的鏈式傳染[48-49]。養(yǎng)殖廢水依次通過溢流壩進入貝類養(yǎng)殖池，懸掛毛蚶、扇貝、牡蠣等濾食性較好的貝類，貝類具有強大的濾食能力[50-51]，主要以小型浮游植物和懸浮有機顆粒為食。卜雪峰[52]研究發(fā)現(xiàn)牡蠣在24 h內(nèi)對水體中懸浮顆粒物的去除率可達93%;貝類濾食不僅能保持水質穩(wěn)定，充分利用水體中殘餌、糞便來提高對蝦養(yǎng)殖池中的能量轉化，而且能有效控制細菌類疾病的發(fā)生[53]。養(yǎng)殖廢水再次通過藻類養(yǎng)殖池吸收水體中的富營養(yǎng)鹽，石莼[54]、裙帶菜[42]、江蘺[44]等大型植物對水體中的氮、磷等營養(yǎng)元素具有很好的利用率;Borowitzka等[55]于1957年提出利用藻類去除水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質。藻類不僅能夠吸收水中的氮、磷等營養(yǎng)物質，提高氮的利用率，防治對蝦的細菌性疾病，而且能提高蝦的產(chǎn)量，達到增產(chǎn)增收的目的[56-57]。魚-貝-藻循環(huán)養(yǎng)殖池充分發(fā)揮各種養(yǎng)殖生物餌料資源互補的積極作用，避免同池混養(yǎng)的多種養(yǎng)殖生物在餌料資源、生存空間和溶解氧上的直接競爭以及自身代謝廢物造成的相互危害，同時提高了餌料利用率，降低了餌料系數(shù)[44]，提高了經(jīng)濟效益。

1.3 人工濕地 濕地是指天然或人工、長久或暫時的沼澤地、泥炭地或水域地帶，帶有或靜止或流動、或為淡水、半咸水或咸水水體者，包括低潮時水深不超過6 m的水域[58]。人工濕地（constructed wetland）是人工設計與建造的由飽和基質、挺水植物與沉水植物、動物以及水體組成的復合體[59]。人工濕地技術在國內(nèi)外處理農(nóng)業(yè)污水、工業(yè)污水、生活污水等方面被廣泛應用[60-62]。

綠色健康養(yǎng)殖模式尾水采用人工濕地處理技術，經(jīng)過魚-貝-藻處理后的養(yǎng)殖廢水含有氨氮、亞硝態(tài)氮、磷、其他微量元素等，最后在人工濕地生態(tài)系統(tǒng)中進一步凈化。人工濕地污水處理是基質、水生植物和微生物三者或者三者相互之間通過一系列的物理、化學、生物途徑，完成了對污染物的高效去除[63]。首先，人工濕地對磷有較高的去除率[64]，其中基質對磷的去除貢獻率約87%[65];植物對輕度富營養(yǎng)化水體磷的去除貢獻率為51.0%[66];磷細菌等微生物的生化反應以及酶的催化反應影響有機磷的分解礦化以及無機磷的溶解、氧化、還原等[67]。其次，人工濕地對脫氮有良好的效果，氨化、硝化、反硝化以及植物吸收是去除氮的主要途徑，基質對氮的去除率在80%以上[68-70];水生植物為微生物提供附著質，直接吸收氮。Breen[71]認為植物吸收是濕地主要的脫氮途徑，占比50%;Haberl等[72] 認為無論是表面流還是潛流濕地，硝化、反硝化都是脫氮的主要過程，微生物菌的轉化至關重要。第三，人工濕地通過過濾、吸附等截留手段加上滅活、自然死亡、競爭等能夠有效去除病原微生物[67]。最后，人工濕地能夠有效凈化分離污水中的重金屬離子[73]。人工濕地技術在生態(tài)工業(yè)化養(yǎng)殖廢水處理中彌補了生物凈化池的殘留遺漏，使水質進一步凈化處理。

1.4 工廠化循環(huán)水處理 經(jīng)過沉淀、過濾、生物凈化、人工濕地調(diào)控，養(yǎng)殖廢水完全達到自然狀態(tài)下水質標準。在養(yǎng)殖水源進入養(yǎng)殖池再次利用以前，生態(tài)工業(yè)化養(yǎng)殖模式水處理再次利用工廠化循環(huán)水處理技術，對養(yǎng)殖水質進一步調(diào)控。

水先經(jīng)砂濾罐，砂濾罐在工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖魚類方面十分普遍，主要是對從自然界提汲的水源進行過濾，去除懸浮物質和較大的固體雜質[74-76]。據(jù)報道，砂濾罐對懸浮物的去除效果達99.83%[77]，對氨氮、總磷等也有一定的去除率;砂濾罐自帶有反沖洗裝置[36]，大大地節(jié)省了勞動力。

臭氧能夠快速殺滅細菌繁殖體和芽孢、病毒、真菌等，并可以破壞肉毒桿菌毒素，殺菌徹底，無殘留[78-79]。在工廠化循環(huán)水系統(tǒng)中合理使用臭氧能夠迅速徹底殺滅病原菌[80]，對固體懸浮物[81]、總氨氮和亞硝酸鹽氮具有良好的去除效果[82]。最后，經(jīng)過曝氣和潑灑微生物制劑，以增加溶解氧含量，調(diào)節(jié)水質。提高溶解氧含量是養(yǎng)殖過程中水質調(diào)控的一個重要措施[83]，可以有效抑制氨氮、亞硝酸鹽、硫化氫等物質的產(chǎn)生[84]，提高了對蝦對氨氮的耐受力和免疫力，提高了對蝦的產(chǎn)量[85];利用微生態(tài)制劑調(diào)控水質，可以達到菌相藻相平衡，建立良好的水源環(huán)境。

2 結語

對蝦綠色健康養(yǎng)殖模式尾水處理系統(tǒng)綜合了重力沉降、物理過濾、生物凈化、人工濕地、工廠化循環(huán)水處理技術，將各種新興的養(yǎng)殖模式、技術綜合運用，徹底將養(yǎng)殖廢水凈化再利用，并且整個過程中提高了餌料的利用率，養(yǎng)殖生物的產(chǎn)量大幅度提高，對周圍環(huán)境無任何不利的影響，真正實現(xiàn)了生態(tài)、綠色健康養(yǎng)殖，節(jié)約了水資源，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。

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