0引言

隨著水產養殖業的迅猛發展以及水資源的日益緊張，高密度水產養殖系統因養殖密度高、水資源利用率高而成為減輕環境壓力的有效措施[1]。在一個養殖系統中，水質的好壞是系統能否正常運行的關鍵之處。對水環境的管理與控制是高密度養殖的核心技術，也一直是國內外研究的熱點。然而，在多數情況下，研究者只關心系統內排放出的廢水部分，對系統內產生的非溶性污染物的處理，尤其是深度處理，未引起足夠重視，而且在這方面的研究還鮮有報道。以養殖水循環利用為特征的循環流水水產養殖系統利用優化組合水處理系統雖然能高效地處理氨等可溶性的污染物，但對處理難度較高的非溶性污染物，還缺少切實有效的解決辦法。許多養殖系統（尤其是國內），將處理難度大、成本高的非溶性污染物直接排放到自然界中，不可避免地引起環境污染等問題。隨著人們環保意識的加深以及法律法規的日趨嚴格，對非溶性污染物的處理漸漸被提上議事日程[2]。

1非溶性污染物的來源和特性

在養殖水體這個特定的生態系統中，存在著能量輸入和產出之間的不平衡，飼料只有部分被魚類同化吸收，經過魚類的新陳代謝而產生尿、糞等廢物，與未被魚類攝食的剩余飼料一起進入水體中。據報道，進入水體的魚類代謝產物（含剩余飼料）占到總投餌量的80%左右，剩余的飼料和代謝產物在適宜溫度下迅速分解，易產生養殖污染[3,4]。Liao和Mayo[5]在對鮭魚的廢物產生量和投飼量關系的研究中發現，在水溫10～o15℃時，每千克飼料投喂會產生氨0.289kg，亞硝酸氮0.024kg，磷0.0162kg，懸浮物0.52kg。在養殖水體中，非溶性污染物產生于排放廢水的處理過程中，一部分來自于機械過濾，如沉淀池的固體沉淀和過濾篩對懸浮固體的攔截以及反沖洗水所攜帶的物質；另一部分則來自于生物濾器中，因細菌的死亡會使生物膜脫落，需要定期進行反沖洗。水產循環養殖系統所產生的非溶性污染物其組成成分復雜，且成分隨著魚的種類、飼料成分、飼喂制度和養殖系統方式以及分析方法的不同而有較大的改變，但總的來說是由各種微生物以及無機、有機顆粒組成的絮狀物[6]，包括了總固體（TS）、揮發性固體（VS）、有機物、N、P和大量的細菌、病毒、原生生物、寄生蟲卵及其它微生物。這些非溶性固體存在于水中，若不及時地進行處理，會對養殖水體和養殖生物造成危害。如非溶性污染物中95%的懸浮物直徑小于20μm，它易產生氨氮，尤其是非離子氨會對魚有很大的毒性[7]。此外，固體顆粒會使生物呼吸困難，且為病菌的繁殖創造了有利環境，同時污染物腐爛會導致水中溶氧降低[8]。

2幾種典型處理系統及資源化方法

2.1屏蔽過濾—沉淀

循環養殖系統排放出來的非溶性固體濃度通常比較低，根據Cripps[9]等的研究發現，從養殖系統內排放出的固體濃度分別只有1.6～14.1mg/L，0～20.1mg/L和6.9mg/L，但其危害性極大，主要影響養殖的安全和循環設備運行的穩定性，因此需要對其進行預處理，為后續處理和利用提供更為適宜的物流特性條件。屏蔽過濾和沉淀是水產養殖非溶性污染物最常用的預處理方法，它依靠非溶性固體顆粒直徑的差異和密度差異實現固體與液體的分離。挪威水利技術實驗室采用60μm孔目的鼓形濾網對污水進行預處理，結果顯示SS、TP、TN的去除率分別為67%～97%，21%～86%，4%～89%。造成處理效率差異的原因在于出水濃度的不同；而沉淀效率則與固體顆粒大小和流速有關[9]。

2.2濃縮—穩定化

濃縮就是通過去除固體顆粒間的自由水分，達到減容目的；穩定化則以殺滅和抑制污染物中的微生物為主，從而獲得穩定的pH值。Bergheim等[10]對排放的非溶性污染物做了試驗規模和生產規模處理研究。該試驗主要包括濃縮和穩定化兩個過程。在試驗規模處理系統里，濃縮采用的是底部呈圓錐形的沉淀池；穩定化則是在沉淀的廢物中加入生石灰和熟石灰，將pH值提高到12。試驗結束后，固體去除率達到75%～80%，99.9%的病原菌和細菌在7天內被徹底殺死。生產規模處理系統則將廢水處理和污染物處理相結合（如圖1所示），80～100μm孔目的鼓形篩網用于分離廢水中的顆粒物，反沖洗水被送入80μm孔目的鼓形篩進行脫水，然后用泵打到沉淀池中，再在池中加入氧化鈣和氫氧化鈣以提高pH值，進行無害化處理。該試驗結果表明：鼓形篩的SS的去除率達到70%～75%，TP的去除率為15%～60%，且90%的顆粒在濃縮池里去除，整個系統的SS的去除率達到50%。

2.3珠粒濾器

珠粒濾器又叫膨脹顆粒生物濾器。采用有浮力的、呈惰性的、直徑為3～5mm的聚乙烯珠粒置于濾器中，通過上流的廢水使珠粒呈流化狀，懸浮固體在珠粒表面吸附下來，膨脹的濾床則滯留顆粒，它可兼起機械濾器和生物濾器的功能。Chen[11]認為珠粒濾器特別適合高水力負荷率，同時能去除小于100μm的顆粒；Wheaton[12]等人的研究發現，在負荷率為80kg/m3珠粒時，珠粒濾器的固體去除率最高；DeLosReyesJr[13]等人用體積為2.83m3的槳式珠粒濾器對鱷魚的污染物進行處理。結果表明，其處理能力相當于每天處理負荷為10.3kg蛋白質含量為40%的飼料的能力。

2.4人工濕地

在一些地區，由于土地利用條件的限制以及昂貴的處理設備、運行費用，使得人們開始尋求更經濟、更簡便的方法來處理非溶性污染物。人工濕地內種植的植物其發達的根系能攔截過濾顆粒固體，根際密集的微生物群能降解有機物質，并為植物生長所吸收，因此植物可兼具機械過濾和生物過濾的作用。同時，還要指出的是植物有助于水分沿著莖和根流動，通過蒸發去除水，相當于脫水過程。根據這些原理，Hofmann,Riggle[14]等人采用人工垂直流濕地（VFW）系統成功地處理了高濃度的水產養殖污泥（1%～7%的固體含量）；Summerfelt等[15]運用水平流（HFW）和垂直流（VFW）兩種人工濕地系統，對鮭魚養殖非溶性污染物進行了處理研究（如圖2、圖3所示）。濕地內鋪設沙子、礫石，種植香根草，經9個月的凈化，水平流和垂直流濕地分別降低TSS為96%和98%，COD為72%和91%，兩個系統的TKN，P，可溶性磷酸鹽減少了82%～93%。試驗結束經檢測，處理后的非溶性污染物比未處理的非溶性污染物降低50%的揮發性固體（VS）。