（环境科学专业论文）工厂化养殖水体的生物资源化处理研究——贝藻生物滤器的应用.pdf

s e a w a t e rt r e a t m e n tf b rb i o l o g i c a lr e s o u r c e i nl a n d b a s e di n t e n s i v ea q u a c u l t u r e b i o f i l t e r i n gb yn l t e r 一f e e d i n gb i v a l v e s c a n d i d a t e ： s u p e r v i s o r ： a n da w e e d s z h a n gs h a o j u n p r o z h a n gy a n q i n g a c a d e m i cd e g r e ea p p l i e df o r ：m a s t e ro fs c i e n c e s p e c i a l 够： e n v i r o m n e n t a ls c i e n c e d a t eo fo r a le x a m i l l a t i o n ： j u n e ，2 01o u n i v e r s i 锣：q i n g d a ot e c l u l o l o g i c a lu n i v e r s 时 硕士学位论文 工厂化养殖水体的生物资源化处理研究一 贝藻生物滤器的应用 学位论文答辩日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 青岛理工大学理学硕士学位论文 目录 摘要i a b s n ? 却c t i i i 前言。l 第1 章综述。3 1 1 海水养殖废水的特点3 1 2 海水养殖废水对环境的影响3 1 2 1 饵料污染3 1 2 2 营养盐污染。4 1 2 3 化学试剂及药品污染4 1 3 常规海水养殖废水处理技术5 1 3 1 物理处理方法5 1 3 2 化学处理方法6 1 3 3 生物处理方法7 1 3 4 人工湿地生态系统8 1 4 经济贝类和大型藻类在处理海水养殖废水中的应用9 1 4 1 贝类在处理海水养殖废水中的应用1 0 1 4 2 大型藻类处理海水养殖废水中的应用。1 l 1 4 3 自然沉淀一贝类过滤一藻类处理系统1 3 1 5 贝藻生物滤器在海水养殖废水处理中的应用。1 3 l - 6 研究的目的、意义和内容1 4 1 6 1 研究目的和意义一1 4 1 6 2 研究内容1 5 第2 章滤食性贝类及大型藻类对工厂化养殖用水( 蓄水池水) 处理研究1 6 2 1 实验场地( 蓄水池) 中贝、藻养殖规划及养殖方法1 6 2 2 蓄水池水质情况调查1 6 2 3 贝类对蓄水池中悬浮物的去除实验2 0 2 3 1 实验材料与方法2 0 2 3 2 数据计算2 l 2 3 3 贝类对蓄水池中悬浮物的生物沉积2 2 2 3 4 沉积物中p o m 及c 、n 、p 组成2 3 2 4 两种大型藻类对蓄水池水中营养盐的吸收及其生长2 4 2 4 1 龙须菜对蓄水池营养盐的吸收及其生长情况2 4 2 4 2 海带在蓄水池中的生长及对营养盐的吸收2 9 2 5 蓄水池中贝、藻混养对蓄水池水质的影响3 1 2 5 1 吊养贝类对蓄水池中悬浮物的沉降结果研究3 3 2 5 2 吊养龙须菜对蓄水池中营养盐的影响3 3 2 6 本章小结3 4 第3 章滤食性贝类去除和利用舌鳎养殖废水中悬浮物的研究3 6 3 1 材料与方法3 6 3 1 1 实验装置3 6 3 1 2 实验贝类来源及其规格3 7 3 1 - 3 实验方法3 8 3 2 样品分析方法与数据统计3 9 青岛理工大学理学硕士学位论文 3 2 1 样品分析方法3 9 3 2 2 数据统计3 9 3 3 实验结果与讨论4 0 3 3 1 实验系统进水特征4 0 3 3 2 贝类过滤对悬浮物的滤除。4 1 3 3 3 流量对贝类沉积系统的影响4 2 3 3 4 沉积物中p o m 及c 、n 、p 组成及显著性分析4 4 3 4 贝类耗氧排氨率的测定4 5 3 5 贝参混养处理半滑舌鳎养殖废水悬浮物的初步实验4 7 3 6 本章小结4 8 第4 章龙须菜吸收和利用半滑舌鳎养殖废水营养盐的实验5 0 4 1 龙须菜在养殖废水中的生长实验5 0 4 2 龙须菜对养殖废水中氮磷营养盐的吸收实验5 l 4 3 本章小结5 4 第5 章结论与建议5 6 参考文献5 9 发表的学术论文及专利6 5 致谢6 6 青岛理工大学理学硕士学位论文 摘要 随着水产养殖业的发展，集约化海水养殖大量富营养化废水的排放对沿岸水 域产生污染效应，已经成为制约我国水产养殖业健康持续发展的关键因素。工厂 化海水养殖业用水和排放的废水中含有大量的氮磷营养盐和富含有机质悬浮物， 用一般的物化和生化水处理方法对其进行处理实现循环使用，不仅消耗了大量的 能源，且造成了资源的浪费。本着实现养殖水体( 富营养化备用海水和养殖废水) 中废物生物资源化处理的目标，为循环海水养殖系统中悬浮物和营养盐的高效生 物资源化处理提供参考依据。本实验采用现场实验研究方法，选择了太平洋牡蛎、 紫贻贝两种滤食性双壳贝类用以去除水体中的悬浮物以及龙须菜、海带两种大型 藻类用以吸收和利用水中溶解态的营养盐，研究了它们对污染物的去除及其生长 情况。得出的主要研究结果有： ( 1 ) 贝藻生物滤器处理蓄水池水，对水中悬浮物有很好的沉积效果；龙须 菜、海带可转移水体中一定的营养盐 太平洋牡蛎、紫贻贝两种贝类在适宜的温度条件下( 1 7 2 5 0 c ) ，对蓄水池 水中悬浮物生物沉积速率牡蛎1 0 8 1 3 2g m d d 1 ，贻贝为0 6 5 0 8 5g 恤d - 1 d ，但温度较高或低的情况下其沉积速率较低，甚至在高温条件下有贝类死亡现 象。通过在蓄水池中大量吊笼养贝类，蓄水池中贝类养殖区的悬浮物沉降速率明 显高于非养殖区。 龙须菜在蓄水池中有较高的光合作用速率和对氮的吸收速率，在4 0 天的吊 养时间内，每绳增重3 7 3 倍；同样海带在6 8 天的的时间内每株平均增重了3 7 9 倍，表明两种大型藻类在蓄水池中生长旺盛，通过对藻体含有的c 、n 、p 的分 析可看出，其可以从水体中转移一定的营养盐。 因此通过贝类和藻类在蓄水池中的养殖，既可以去除一定的污染物，为后续 水处理降低处理负荷，又可实现资源化利用，使生物量( 藻类) 增长，获得一定 的经济效益。 ( 2 ) 滤食性贝类生物滤器对半滑舌鳎养殖废水中悬浮物有良好的滤除效果 实验条件为水温2 0 1 2 4 6o c ，d o6 0 4 7 8 3m g l 1 ，p h7 6 7 8 ，盐度 青岛理工大学理学硕士学位论文 2 1 o 5 ，两种双壳贝类对悬浮物的生物沉积速率：以个体而言，在4 0 1 0 0 m 的流量范围内，牡蛎为1 1 9 4 7 7 8 4 m g i n d 。1 d 、贻贝为0 8 1 6 3 7 m g 恤d 1 d ， 且8 0 m 时有最大生物沉积速率，牡蛎为7 7 8 4 7 7 7m g i i l d - 1 d 一，贻贝为6 3 7 o 2 7m g i n d 以d 1 。可见单个牡蛎对悬浮物的生物滤除效果比单个贻贝要好。 对贝类及对照系统的沉积物有机组成分析结果显示，沉积物中p o m 、p o c 、 t n 、t p 、口、o p 的平均含量，两种贝类系统沉积物都低于对照系统，说明贝类 可以吸收和利用养殖废水悬浮物中的部分有机质。通过对三种沉积物中有机质成 分的差异显著性分析可以看出，在流量为6 0 m 时，两种贝类系统收集沉积物对 对照系统非常显著( p = 0 0 1 ) 。 可见，两种双壳贝类对半滑舌鳎养殖池出水中悬浮物具备很强的生物滤除潜 力，且能吸收和转化悬浮物中的有机质，实现养殖废物的生物资源化利用。 ( 3 ) 龙须菜对半滑舌鳎养殖废水中营养盐有吸收和利用作用 实验结果显示，经过2 4 h 的养殖时间，氨氮、亚氮、硝氮、磷酸盐的去除率 分别达到5 7 4 5 、6 5 0 、o 3 1 、8 1 7 ；而7 2 h 后分别达到8 7 0 2 、2 1 2 1 、 7 8 5 、2 1 6 8 。可见龙须菜对养殖废水中n 营养盐的去除开始以氨氮为主，当 氨氮浓度较低时，才开始以吸收亚氮和硝氮为主。现场实验条件下，在流动状态 半滑舌鳎废水中龙须菜每天的生长率5 2 2 o 0 6 。表明龙须菜可以在半滑舌鳎 养殖废水中生长并吸收一定的营养盐。 综上所述，滤食性贝类对蓄水池水和半滑舌鳎养殖废水中的悬浮物都有很好 的沉积效果，对两种养殖水体分别起到了预处理和处理悬浮物的作用。特别是在 沉积养殖废水中的悬浮物过程中，沉积物有机质成分大都低于自然沉积物，这也 说明了贝类可以滤除和利用养殖废水中悬浮物，实现了一定的资源化。同样两种 大型藻类在蓄水池中生长情况较好，且对氮磷营养盐有较高的富集作用，特别是 龙须菜在半滑舌鳎养殖废水中的生长及对氮磷营养盐有较高的吸收效率说明大 型藻类可以实现去除污染物与资源化的目标。因此，可以在封闭式海水养殖工厂 内构建高效的养殖水体悬浮颗粒物和营养盐去除与利用的贝藻过滤系统。 关键词滤食性双壳贝类，龙须菜，海带，海水养殖废水资源化 i i 青岛理工大学理学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fa q u a c l l l t u r e ，l a n d b a s e d 血e n s i v ea q u a c u l t u r ep r o d u c e s p 0 1 l u t i o ne f f e c t t 0c o a s 瓴1w a t e r s ，b e c a u s eo f 也ed i s d l a r g eo fal a 略eq u a n t i 够o f 臼i o p i cw a t t 1 1 i s i so n ek e yf a c t o rt 1 1 a tr e s t r i c t sh e a l m y 孤ds i l s t a i n a b l e d e v e l o p m e n to fa q u a c u l t u r ei n d u s 时o fc h i n a t h e r ea r eal o to f n 、p 埘饥t s 砌 s 1 1 s p e n d e ds o l i d s ( r i c hi no 瑁a n i cm a t t 砷i ni n d u s t r i a l i z e dm 撕c u l t l l r ew a t e ra n dw a s t e w a t 瓯w h c np h y s i c a l 一c h e m i s 时a 1 1 db i o f i l mw a t c r 仃e 锄e i l tt e c l l i l o l o g ya r ec h o s et o d e a lw i 也m i sl ( i n do fw a t e r ，m u c he n e 理y 、加1 lb eu s e da n dm a n yr e s o l m sw i l lb e w a l s t e d i no r d e rt 0a c q u i r eb i 0 1 0 西c a lr c s o u r c c sf b ma q u a c u l t u r ew a s t ew a t e r ，a n dt 0 p r o v i d ear e 衙e n c ef o ra q u a c u l t l l r ep l 强t ，i n 也i ss t u d y 丘e l de x p 出e n t sh a v eb e e n d o n e戚n g铆ob n d so ff i l t 昏f e e d i n gb i v a l v e( c 砌s 5 傩抛口跳脚， 蜘玎船 g 口朋印阳订挖嘲凰) t 0r e m o v es l l s p e n d c ds o l i d s ，a n d 俩ok i l l d s o fm a c r o a l g a e s ( g 旭d 肠，纪彪m 口刀口咖，m 翘三口聊协口，砌彻d ，l f c 口) t 0a ：b s o i ba n d 砸1 i z em l t r i e n ti nt h e w 劬e lt h ef 0 1 1 0 w i i l ga r et l l em a i nr e s l l l t s ： ( 1 ) s h e l l 丘s h m a c r o a 】g a cb i o 丘1 t e r 心e a t e dm ew a t e ri n 也ew a t e r r e s e r y ep 0 0 1 ： h i 曲d 印o s i t i o ne 伍c i e n c y 矗阿s u s p e n d e ds 0 1 i d s ，r e m o v a lo fm a n yn u t r i e n tb y g ，口c f 肠砌彪m 口，l g 和门竹括口，矗口，z 加口砌向d 玎f c 口。 a ts l l i t a b l et e m p c r a t l l r e ( 17 2 5 0 c ) ，i i l 也ew a t e rr e s e ep o o l ，b i o d 印o s i t i o n r a t 签o ft h et w ok i n d so ff i l t e r - f e e d i l l gb i v a l v 鼯( b d r ) w e r e ：1 0 8 1 3 2 矿i n d 。1 d 1 ( c m 蜘s 抛口矾暨船) 锄do 6 5 0 85 字i i l d 。1 d 。1 鼬嚣 鹊p 加v f ，l c f 口凰) ， r e s p e c t i v e l y ；b u t 、) l ，h 也et e m p e r a t u r ew a l sl o w e ro rh i 曲e r ，也eb d rw 笛l o w a i l d t l l eb i v a l v ew 0 1 l l dd i ea th i 曲t 唧e r a ：眦e t h o u g hc u l t i v a t i o no fa1 a 唱en m n b e ro f b i v a l v 懿i n 也ep 0 0 1 ，t h i ss t i l d yf o u n d 也a t 也ed r ( t s s ) w i 也b i v a l v e sc u l t i v a ：t i o nw 嬲 1 1 i g h c r 也a nn ob i v a l v e s t h eg m c f 肠砌如m 彻p 咖朋西h a dh i 曲e rp h o t o s y n t h e t i cr a t ea n dn u p t 出er a t e i n 也ep 0 0 1 i nt h ec u l t i v a ：t i o np e r i o do f4 0d a y s ；a n di t sw e i g h t si n c r e a s e d3 7 3t i l n e s ； 础s o ，三口m f ，l 口砌却伽f c 口i n c r e a s e d4 8t i m e si nw e i g h ti n6 8d a y s r e s u l t si n d i c a t i 甜 也a t 廿l e 铆ok i n d so fa l g a ec o u l dg r o ww e l li n 也ep 0 0 1 ；锄d 虹舯u g ha 1 1 a l y s i so f t l l e c 、n 、pc o n t e n t si i la l g ，w ef o u n dm a t也et w ok i i l d so f m 踟a l g a e sc o u l dr e m o v e i h 青岛理工大学理学硕士学位论文 s o m e 舢t r i e n t s 舶mm ew a t e ri 1 1m ep 0 0 1 1 h e r e f - o r c ，i n 也ew a t e rr e s e r v ep 0 0 l ，b i v a l v e 姐da l g a ec o u l dr e m o v em a i l y p 0 1 1 u t a n t s ，w h i c hc 0 u l dn o to n l yr e d u c e 也ep o l l u t a n tl o a do fd i s c h a r g c dw a t b u t a l s or c a l i z er e s o u r c eu t i l i z a t i o n 髂m ea l g a e 蓼e w ，姐d 也e n0 b t a i n e dc e 腼ne c 0 n o m i c p r o d u c t s ( 2 ) f i l t 昏f e e d i n g b i v a l v eb i o j e i l t e rh a d9 0 0 df i l t 耐n ge 位c to ns si n 玎9 咖鼬淞 s e 珑f 三口州5g 西，z 如p ，副壬u a c u d t u r ew 硒t e w a t e l i nm ee x p 萌m e n t a lc o n d i t i o n s ，w 酏e rt e m p e r a l w e2 0 1 2 4 6o c ；d o6 0 4 7 8 3 m g l 1 ；p h7 6 7 8 ；s a l i n i t y 2 1 士0 5 ，q = 4 0 1 0 0 l m ，m eb d rw 邵1 1 9 4 7 7 8 4 m 鲋n d 1 d - 1 ( d 鲫d s 胞口晓筇) 、o 8 1 6 3 7 m g i n d - 1 d 1 巧妇g 口z 却，d 咖c 肠凰) w h q = 8 0 l h ，t h eb d rw 弱m a x i m 呦：7 7 8 钍7 7 7m 字i 1 1 d - 1 d 1 ( c ，讧蟠力御 瑰娜) ；6 3 7 士0 2 7m g i n d 1 d 。1 疗蛔g 口却加v 咖c 纪凰) 1 1 1 l l so y s t e r sb d rw 硒 h i g h e rt 1 1 a nm u s s e l s n l r o u 曲d e t e 皿i n a t i o no f p o m 、p o c 、t n 、t p 、p 、o p i ns e d i m 即t s ，m i ss t u d y s h o w e d 也a tt 1 1 e i rc o n t 即t sf o r 也et v 旧l 血d so fb i v a l v es y s t e n lw e r ea l l1 0 w e r 也趾 也o s ef o rt h ec 0 砷r o ls y s t e m s om eb i v a l v e sc o u l da b s o r ba n du s ep 硪o ft 1 1 eo 珞a 1 1 i c m a 仕e ri 1 1s si i la q u a c u l t u r ew a s t e w a t 既t h ea n a l y s i so fs i 嘶f i c a n c eo fd i 妇衙髓c ei n o 唱a n i cm a 钍e rc o m p o s i t i o ns h o w e db o mt 1 1 et 、j l ，ol ( i n d so fb i v a l v e s s e d 洫e n tw e r e m uc ：hs i g 丑i 丘c a n yd i 丘i e r e n tt 0t 1 1 ec o n 仃0 1s y s t 锄，w h e nm ew a t e r n o wr a t ew a l s6 0 l h t h e r e f o r e ，w ec o n c l u d e dt h a tt h e 觚os p c c i e so fc 阮舅，臼口g 皙珊姐d 坳f f 船 g 口p 加v f 挖c 记凰h a d ac o n s i d e r a b l ep o t 衄石a lt 06 l t e r 粗dr e m o v e ds u s p e n d e d p a n i c l e s 丘o ma q u a c u l t u r ew a s t e w a t 叮， a n ds i m u l t 孤e o u s l y 弘e l d e d 也eb i o l o 百c a l r e s o u r c eu s e ( 3 ) g r 口c f 肠，缸彪m 口，l p 咖门竹西a b s o i b e d 龃dl l s e d 也en u 仃i e n t i nc 咖9 酬口船淞 s 8 m f 肠州3a ( 1 u a c u l t u r cw a l s t e w a t e l 皿1 i s 殉】d ys h o w e dt h a tt h er e m o v a lr a t eo fn h 4 - n ，n 0 3 n ，n 0 2 一na n dp 0 4 一po f a q 【u a c u l t u r ew a s t e w a t e ri n2 4 h h 0 1 1 rw e r e5 7 4 5 、6 5 0 、0 3 1 、8 1 7 ，r e s p e c t i v e l y ； 孤di n7 2 hw e r e8 7 0 2 ，2 1 2 1 ，7 8 5 ，2 1 6 8 ，r e s p e c t i v e l y - t h eg 厂口c f 缸砌 跆m 口拧e 咖朋妇f 硫ta b s o r b e dt 1 1 em 4 n ，t l l n 0 3 - n 姐dn 0 2 n 1 1 1 e 拙l yg r 0 、v t h 青岛理工大学理学硕士学位论文 - 】山_ l 。 刖 舌 随着世界人口的不断增加及生活水平的不断提高，人类对动物蛋白的需求量 也不断增长，高蛋白含量的鱼类越来越受到我们的关注。由于陆地资源的过度开 发而日渐贫乏，人们逐渐将目光投向占地球总面积7 1 的海洋。海洋作为地球上 重要的生物资源宝库也越来越受到重视，“2 1 世纪将是海洋的世纪”已被广泛 认同。我国的海水养殖在近十年来取得了很大的发展，据预测，人类对鱼类的消 费量在今后的1 5 年内将增加5 0 ，2 0 0 6 年我国海水养殖总产量为1 4 0 0 多万吨， 略高于海洋捕捞产量。预计到2 0 2 0 年，我国对海洋食物的需求将达到每年4 0 0 0 万吨。据联合国粮农组织估计，今后鱼产量的增加将主要来自海洋捕捞和海水养 殖【l 】。由于长期过渡捕捞，大部分经济鱼类资源量下降，其发展受到明显的限制， 而海水养殖业则发展迅猛。但是近些年海水养殖在世界范围内的迅速发展使得这 一产业与海岸带的其他活动，如旅游、航运、捕捞、排废等的矛盾越来越大。一 方面海水养殖需要清洁的、未污染的水源来维持其大规模的养殖生产，而另一方 面，海水养殖因养殖废水排放成为一个对近岸生态环境产生影响的污染源，特别 是自上世纪8 0 年代以来，我国海水养殖发展迅猛，对虾、贝类及浅海网箱养殖 先后兴起，几乎遍及沿海所有可开发的滩涂和海湾，使我国成为世界养殖产量第 一的水产大国，但随之而来的养殖水域污染问题日益突出【2 】。 沿海集约化水产养殖( 包括工厂化养殖和池塘养殖) 自身污染物的输出，主 要包括未食食物、粪便和排泄物。随着水产养殖的发展，近年来，海水养殖废水 排放总量己超过陆源污水排放量。这可能是导致海洋环境不断恶化的重要原因之 一。海集约化水产养殖大量有机富营养化废水的排放将对沿岸水域产生污染效 应，甚至导致富营养化，是影响近岸海洋生态系统的重要人类活动之一。因此这 种高污染的水产养殖模式受到不少人的质疑，已经成为制约我国水产养殖业健康 持续发展的关键因素。而发展生态合理环境友好的健康养殖模式是集约化水产养 殖的必有之路。 发展新的养殖技术和养殖模式使养殖过程成为“环境友好”已成为海水养殖 业亟待解决的关键问题，封闭循环水养殖被普遍认为是解决环境污染、提高产品 青岛理工大学理学硕士学位论文 质量的有效途径。养殖企业也希望通过发展封闭循环水养殖能够实现可持续发 展，特别是能适应全球开放市场的需求和进一步降低生产成本，因此对循环养殖 水的处理也就成为需要解决的重要问题。 本文实验研究系国家高技术研究发展计划( 8 6 3 ) 重点项目课题( 2 0 0 6 a a l 0 0 3 0 5 ) ：“工厂化养殖污水的生物资源化利用与无公害化排放技术的研究与应用 的部分研究内容。 2 青岛理工大学理学硕士学位论文 第1 章综述 1 1 海水养殖废水的特点 鱼类养殖过程中要投入饵料、病害控制药物等，因此鱼类养殖废水中会产生 残饵、排泄物、化学物质和治疗性药物残留等污染物，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主要是与饵料有关的废物【3 】。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8 5 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3 5 ，排泄物占5 0 ，生活垃圾占5 ，其他污染物占1 0 【4 1 。养殖废水的污 染物中残饵和排泄物都是以颗粒物的形式存在，颗粒物中大约含有7 3 2 的总 氮和1 0 8 4 的总磷，这些颗粒物的积累能导致养殖水质的下降和养殖水域有机 物负荷量的增加，还会通过影响鱼鳃的呼吸作用而使其窒息死亡，或者直接阻碍 生物体的繁殖，另外其中的养殖生物死体腐烂时还要增加溶解氧的消耗【5 】。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【6 】。f u n g e 等人( 1 9 9 8 ) 通过对精养虾池物质平衡的 研究发现，养殖过程中只有1 0 的氮和7 的磷被利用，其它的都以各种形式进 入环境【7 1 。养殖废水中的营养盐特别是氮磷的大量存在，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【8 】。 1 2 海水养殖废水对环境的影响 海水养殖对水环境的影响主要是导致水体各种理化因子的改变和底泥环境 污染的恶化f 9 】。其主要污染有以下几个方面。 1 2 1 饵料污染 在养殖过程中，残饵、养殖生物的排泄物等都富含各种营养物质。若按年饵 料效率为1 5 2 0 ，饲料系数为2 计，我国年产2 0 万吨对虾，则有上万吨以 上的排泄物注人大海。b r a a t e i l 等研究发现海水网箱养殖鲑鱼中，投喂的干湿饲 3 青岛理工大学理学硕士学位论文 料有2 0 未被食用，成为输出废物。这些残饵，鱼类粪便及排泄物进入水体，沉 积到底层，使底部异养生物耗氧增加，导致网箱沉积物多的海底耗氧率高于对照 区2 倍岁10 1 。残饵溶生的氮、磷营养物质是对虾池及其邻近浅海的主要污染源， 而海水养殖的自身污染为赤潮生物提供了适宜的生态环境，使其繁殖加快，诱发 赤潮【1 0 t1 1 1 。 1 2 2 营养盐污染 海水养殖废水中的主要营养盐为硝酸盐类( n 0 3 - n 、n 0 2 n 、n h 4 - n ) 和磷 酸盐类，主要来自残饵和鱼类粪便和其它排泄物，高密度的海水养殖常造成环境 中n 、p 营养盐浓度的增加，它们能直接被浮游植物所利用，也是引起水体富营 养化很重要的一个原因。若以饲料中氮的含量1 0 0 计，双壳贝类排放到水体中 的氮占总投入氮的7 5 ，鲍鱼、鲑鳟鱼和虾类排放到水体中的氮分别为总投入 氮的6 0 7 5 、7 0 7 5 和7 7 9 4 1 1 2 】。另外，n 也会在沉积物中积累，但只 占总输入的1 2 2 0 【1 3 】。n 在沉积物中的污染具有区域性，在离养殖区2 0 0 m 处 n 的沉积率仅为养殖区的1 1 0 ，微生物活动也会导致氨氮在沉积物中积累并成 为底质中无机氮的主要存在形态【1 4 15 1 。在瑞典g u l lm a r 湾，每1 0 0 0 m 2 网箱的平 均鱼产量在1 7 2 3 t ，投入的总p 中有7 8 8 1 进入到环境中，其中颗粒态形 式的大部分p 最终沉积到水底，环境中的p 只增加9 0 9 5 k g ，输入的p 大部分 最终沉积到沉积物中 1 铲1 8 】。 除n 、p 外，养殖水体中还含有碳酸盐、硅酸盐类等营养盐。c 增加对养殖 水体的影响有正负两方面，初期促进底栖生物群发展，但长时间高c 负荷则会 引起细菌大量繁殖，导致养殖区中大量有机物质的存在，累积会造成生物分解加 剧，使水体中d o 下降，当水体中d 0 小于4 m g l 。1 时，就会抑制生物的生长 1 9 1 。 另一方面，在养殖区沉积物中还积累约1 8 2 3 的c ，其表层3 c m 内含2 1 3 0 的t o c ，且随深度增加还略有上升。与n 、p 相似，c 污染也存在区域性，沉积 物中的c 含量从3 m 处的9 3 5 减少到1 5 m 处的3 9 9 【2 0 1 。 1 2 3 化学试剂及药品污染 在海水养殖中常使用化学药物( 如消毒剂、杀虫剂、治疗剂、抗生素和防腐 4 青岛理工大学理学硕士学位论文 剂等) 来防治病害，消除敌害生物等。据报道，英国水产养殖中使用的化学药物 有2 3 种，而挪威1 9 9 0 年在养殖生产中使用的抗生素比在农业中使用的还多【2 l 】。 我国水产养殖病害多达1 7 0 种，曾使用的中西药品近5 0 0 种c 2 2 】。在海水养殖中， 许多化学药物可以直接入海，如治疗皮肤病和鳃病的外用药；药物也可以间接入 海，主要是通过饲料溶失和排粪等途径。富含消毒剂和抗菌素的养殖废水排放后， 对近岸水域微生物的生态分布将产生直接影响。药物的施用及残留在杀灭病虫害 的同时，也使水中浮游生物、有益菌等受到抑制、杀伤或致死。 1 3 常规海水养殖废水处理技术 由于海水盐度效应，以及养殖废水中污染物的特点与常见陆源污水有很大的 不同，增加了养殖废水的处理难度。因此当前单纯针对海水工厂化养殖废水外排 处理的专有技术较少。目前，主要采用常规的物理、化学和生化工艺处理及综合 处理养殖废水方法，目的在于降低养殖废水中化学耗氧量( c o d ) 、悬浮物( s s ) 以 及氨氮( n h 4 等物质的浓度，然后部分循环利用【2 3 】。 1 3 1 物理处理方法 最常用的物理方法有网栏、沉淀以及过滤等。主要用于去除大颗粒的粪便残 饵等悬浮物。 ( 1 ) 机械过滤技术 机械过滤是水产养殖系统中用来进行固液分离的主要手段，它利用液相中颗 粒物粒径大小不同的特点，以一定孔径的筛网截留颗粒物，达到去除悬浮固体颗粒 物的目的。机械过滤通常可去除粒径6 0 2 0 0um 的颗粒物。常用的机械过滤设 备有固定筛、旋转筛、振动筛、砂滤器，其中砂滤器是采用填充一定粒径的介质( 砂 子或其它微粒物质) 形成孔隙截留水中的固体颗粒物，这种分离作用受颗粒物从悬 浮转移到滤器介质上的途径控制，如网状滤器、颗粒介质滤器和多孔介质滤器等 【2 4 1 。 ( 2 ) 泡沫分离技术 泡沫分离技术的原理是向水体中通入空气，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 5 青岛理工大学理学硕士学位论文 物【2 5 】。该技术在水处理中的应用始于1 9 世纪9 0 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。近年来，随着国内工厂化水产养殖业的发展，泡沫 分离技术在闭合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。 1 3 2 化学处理方法 化学方法是指利用化学反应改变污染物的性质，使其从有害变为无害。通常 是加入化学药剂，促使污染物混凝、沉淀、氧化还原和络合等。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，现在己禁止使用。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。 ( 1 ) 臭氧水处理技术 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，可以有效的氧化和分 离有机物和有毒代谢物，尤其是亚硝酸盐，提高过滤沉淀效果。另外，由于臭氧 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瞄 2 6 1 。因此臭氧技术已在西欧、美国、日本广泛应用于海水养殖系统的循环水处理 技术鲫。马海娟等f 2 s 】用臭氧处理罗氏沼虾育苗废水的研究表明：弧菌杀灭率在 5 h 达1 0 0 。 ( 2 ) 化学混凝 是一种通过加入化学试剂凝集去除某些污染物的化学方法。d i m i t r i 等人【2 9 】 用聚氯丙烯胺多聚体水凝胶三小时内去除了水产养殖废水中9 8 的p 0 4 p ，5 0 的n 0 3 n 和8 5 的n 0 2 - n 。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1m o 儿的n a o h 溶液洗涮。 ( 3 ) 电化学 电化学方法在处理养殖废水中也有应用，用电化学法去除水中溶解的亚硝酸 6 青岛理工大学理学硕士学位论文 盐和氨氮的研究结果表明，亚硝酸盐完全去除的时间和能耗随着传导率的增加而 降低，输入电流最大为2 a 时，耗能最少，p h 相对于输入电流和电导率来说几 乎没有影响；在酸性条件下有利于亚硝酸盐的去除，碱性条件有利于氨的去除， 氨的去除速度低于亚硝酸盐的去除速度f 3 0 1 。 1 3 3 生物处理方法 生物处理方法是目前研究水产养殖废水处理和养殖污染控制的一个重要趋 势 3 。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”水产养殖废水处理技术。其最大优点是使用可再生材料 和能源，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。 ( 一) 微生物处理养殖废水 l 、生物膜法 生物膜法是渔业废水处理上较新的一种处理方法，是通过生长在填料表面的 生物膜进行工作的。生物膜由水、微生物、细胞外粘多糖聚合物和缩多氨酸聚合 物等组成。好气菌、原生动物、细菌等以氨溶解有机物质为食料在呼吸作用中 氧化，从而获得生命进行繁殖，而微生物又是更大的原生动物的食料，由于生物 间的互相依赖，保持平衡状态，鱼体的排泄构最终被分解为二氧化碳、氨、碳酸 盐、硫酸盐等简单的化合构，水就得到了净化。目前使用较多的生物滤器有浸没 式生物滤床、滴滤式生物滤床、生物转盘、生物硫化床等f 3 2 】。 o d d i v a rl e k a i l g 等【3 3 】研究了一种生物膜沉积法来处理养殖废水，实验结果 显示此方法能够去除4 3 2 的总磷，7 3 的总氮。该方法不仅弥补了传统沉积法 沉积效率和占地面积大的缺点低能够有效的克服这两方面的不足，还因为这种处 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。 2 、新型微生物处理技术 针对海水养殖废水的水质特点，人们研究了很多生物处理新方法用于处理海 水养殖废水，如微生物固定化技术和生物强化技术等【3 4 】。 ( 1 ) 微生物固定化技术 微生物固定化技术是从2 0 世纪6 0 年代末直接从酶固定化技术发展起来的， 7 青岛理工大学理学硕士学位论文 通过物理或化学的手段，将游离的微生物固定在限定的空间区域使其保持活性， 并可反复利用的一项技术。目前，微生物固定化技术主要处于实验研究阶段 3 5 1 。 m 等【3 0 】报道了固定化硝化菌在循环养殖系统中去除氨氮的研究，在条件适宜， i m t 为o 3h 时，n h 4 n 的每天最高去除率可达8 2 鲋一。 ( 2 ) 生物强化技术 生物强化技术，即生物增强技术，是通过向养殖废水处理系统中直接投加从 自然界中筛选的优势菌种或通过基因重组技术产生的高效菌种，增加生物量，以 改善原处理系统的处理能力，达到对某一种或某一类有害物质的去除或某方面性 能优化的目的。生物强化技术与传统的生物治理技术相结合，已成为生物治理废 水发展的一种趋势。生物强化技术无疑为提高海水养殖废水生物处理能力开拓了 一条新思路。国内外学者在该领域已经进行了有益的尝试，取得了一些成果 3 6 3 7 1 。 ( 二) 耐盐植物处理养殖废水 在海水养殖废水的处理过程中，可以采用种植一些耐盐的植物，来对营养盐 进行吸收，从而达到净化水质的目的。一些植物具备这样的功能的植物，把它们 种植在集约化或封闭式的养殖系统中，就可以发挥有效的过滤作用。在此基础上 发展起的一种新的方法就是把野生的具有过滤营养物质作用的耐盐植物进行培 育，使其发展为可利用的作物。种植这样的植物不但能够去除相当一部分的营养 盐物质，而且这些作物由于自身的经济价值可以增加养殖者的收入。 b r o 、n 等人【3 8 】采用了几种耐盐植物作为生物过滤器去除海水养殖中的营养 盐，得到了很高的去除效率。在实验中，他们建立了一个综合的植被一土壤一水 处理体系。实验结果表明这种方法能够去除9 8 的可利用总氮和9 4 的无机氮； 9 9 的可利用总磷和9 7 的溶解活性磷。并且这种方法的成本也比较低，非常适 合大力发展和利用，特别是在发展中国家和不发达的地区。 1 3 4 人工湿地生态系统 从二十世纪八十年代开始，包括人工湿地在内的自然处理体系在养殖污染的 控制过程中兴起。人工湿地( c o n s t r u c t e dw e t l a n d s ) 是人为创造的一个适宜于水 生植物或湿生植物生长的，根据自然湿地模拟的人工生态系统，用于废水处理。 人工建造的湿地，其生态系统中生物种类多种多样，并处于人为的控制之下，综 8 青岛理工大学理学硕士学位论文 合处理废水的能力受到人工设计控制，处理能力大大超过了自然湿地【3 8 】。研究证 明湿地系统能够去除废水中的很大一部分悬浮固体，有机物质、氮磷、痕量元素 和微生物等。湿地系统有很多优点，如中等的资金投入、低能量消耗、低维护频 率和有利于增加野生动物的栖息地等。在湿地系统中有各种生物和非生物的污染 物去除过程。这些过程的作用依赖于当地的土壤