羅國芝,陳曉慶,譚洪新

(上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院,上海201306)

養(yǎng)殖用水重復(fù)利用過程中懸浮固體物的性質(zhì)及控制

羅國芝,陳曉慶,譚洪新

(上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院,上海201306)

顆粒物不僅對(duì)養(yǎng)殖對(duì)象有直接影響,也會(huì)影響到其它水處理單元的效率,是水產(chǎn)養(yǎng)殖水體重復(fù)利用和排放的限制性指標(biāo)。本文概述了水產(chǎn)養(yǎng)殖水體中固體物質(zhì)性質(zhì)的描述指標(biāo),根據(jù)水產(chǎn)養(yǎng)殖活動(dòng)的特點(diǎn)對(duì)養(yǎng)殖過程中顆粒物的來源途徑進(jìn)行了分析,可以根據(jù)水體的投飼量估算需要去除的顆粒產(chǎn)生量;介紹了使用雙排管將殘餌和糞便盡快地排出養(yǎng)殖池的方法;根據(jù)顆粒物的粒徑、沉降速率等特征,總結(jié)了幾種常見的固液分離技術(shù)。選擇固液分離技術(shù)時(shí),需要考慮去除的粒徑、水頭損失、水力負(fù)荷以及總體去除效率,還要考慮是否可能在去除的過程中會(huì)把大粒徑顆粒碎成小粒徑顆粒因而增加總體去除難度。

水產(chǎn)養(yǎng)殖;循環(huán)水;顆粒物;固液分離

2014年世界水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量占水產(chǎn)品總產(chǎn)量的44%,水產(chǎn)養(yǎng)殖也是近30年來動(dòng)物蛋白供應(yīng)領(lǐng)域增長(zhǎng)最快的產(chǎn)業(yè)[1]。水資源的短缺促使水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)水的利用更加高效,提高養(yǎng)殖密度和養(yǎng)殖用水重復(fù)利用是提高水資源使用效率的有效舉措,近年來已成為國內(nèi)外水產(chǎn)養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展的重要研究?jī)?nèi)容之一。由于魚蝦的高營(yíng)養(yǎng)需求和低消化吸收能力[2],養(yǎng)殖過程需要投喂高蛋白含量(25%～55%)的配合飼料,但魚蝦只能利用29.7%的碳(C)、38.2%的氮(N)和30.7%的磷(P)[3]。不能被利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中,7%～32%的N、30%～84%的P和30%～50%的C存在于糞便和殘餌中,成為養(yǎng)殖水體中固體廢棄物的主要來源[4]。

一般水產(chǎn)養(yǎng)殖水體中含5～50mg/L總懸浮顆粒物(TSS)[5]。如果定期更換養(yǎng)殖水,對(duì)養(yǎng)殖對(duì)象不至于產(chǎn)生明顯的負(fù)面影響。但如果重復(fù)利用養(yǎng)殖水,則必須將養(yǎng)殖水體中的固體懸浮物(SS)控制在一定的濃度范圍內(nèi)。SS會(huì)降解,并消耗水體氧氣、增加CO2、寄生致病菌,同時(shí)會(huì)堵塞魚鰓和生物過濾器等[6],因此,SS是養(yǎng)殖水重復(fù)利用過程中要重點(diǎn)降低的水質(zhì)指標(biāo)之一。同時(shí),越來越多的國家開始立法限制水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中有機(jī)物的排放,養(yǎng)殖場(chǎng)不得不將固體顆粒物的處理納入整改、規(guī)劃和設(shè)計(jì)中去[7-9]。

本文分析了高密度養(yǎng)殖過程中固體物質(zhì)的性質(zhì)和產(chǎn)生規(guī)律,并對(duì)國內(nèi)外現(xiàn)有的去除方法進(jìn)行了陳述和比較,可為提高高密度養(yǎng)殖系統(tǒng)的養(yǎng)殖用水重復(fù)利用效率提供參考。

1 水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水體中的固體懸浮物

1.1 概念

固體物指在設(shè)定溫度條件下(103℃～105℃)蒸發(fā)后在容器中留下的物質(zhì)。水樣過濾后,濾液蒸干所得固體為溶解固體物(TDS);被濾紙截留的物質(zhì)烘干后所得即為固體懸浮物(SS)。濾紙的孔徑、孔隙率、面積、厚度、顆粒物的粒徑和被濾紙截留物質(zhì)的數(shù)量等對(duì)TSS和TDS的測(cè)定都有明顯影響。根據(jù)文獻(xiàn)[10],被孔徑2.0μm(或者更小)的濾紙截留的物質(zhì)稱為TSS,通過濾紙的被稱為TDS。關(guān)于濾紙的孔徑,文獻(xiàn)[11]中用的是1.2μm,文獻(xiàn)[12]規(guī)定的是0.45μm。糞便和殘餌是水體中TSS的主要來源。養(yǎng)殖水體中關(guān)注的主要是TSS。從化學(xué)成分上分,顆粒物又被劃分為揮發(fā)性固體物質(zhì)(VS)和固定性固體物質(zhì)(FS)。

1.2 SS的粒徑

養(yǎng)殖系統(tǒng)中,SS的粒徑小到微米(μm)級(jí),大至厘米(cm)級(jí),絕大多數(shù)懸浮顆粒物的粒徑大小范圍都在0.4～900μm[13]。如果按重量劃分,重復(fù)利用率比較高的水體中,粒徑<35μm的SS占TSS的80%～90%[6];按體積分,23%～39%的顆粒物的粒徑<100μm[14]。 牙鲆(Paralichthys olivaceus)養(yǎng)殖循環(huán)水中,≥100μm的固體顆粒水力粒徑占比50%左右,<60μm的顆粒占比37%左右[15]。粒徑5～10μm的SS被證明對(duì)養(yǎng)殖動(dòng)物的危害性最大[16]。所以,那些較大顆粒SS(≥200μm)要盡快及時(shí)去除,否則,隨著它們?cè)谙到y(tǒng)內(nèi)變得越來越小,會(huì)更加難以去除,對(duì)養(yǎng)殖過程的負(fù)面影響更加明顯。[17]。

不同粒徑的SS處理方式會(huì)有不同?？沙两殿w粒(粒徑≥100μm)可用沉淀收集法去除[18]。懸浮顆粒在1 h之內(nèi)則不會(huì)沉降,因此用傳統(tǒng)的重力沉淀方法去除,效果不理想。微細(xì)顆粒(粒徑<35μm)和膠體顆粒(粒徑小于1μm)容易在系統(tǒng)中積累[19]。溶解顆粒的粒徑在0.001μm以下,廣義上可以包括以溶解態(tài)存在的有機(jī)和無機(jī)的離子、分子(比如金屬離子)。微細(xì)顆粒、膠體顆粒和溶解顆粒用重力方法不能去除,需要進(jìn)一步深度處理[20]。

1.3 比重和沉降速度

APHA[10]對(duì)SS比重的定義為:充分吸水膨脹的固體顆粒與其所在水體的密度之比。研究表明,水體中顆粒物的平均比重為1.19,略重于其所在的水[21],用簡(jiǎn)單的快速沉降方法難以將其完全從養(yǎng)殖水體中去除。Patterson等[22]對(duì)10家養(yǎng)殖場(chǎng)的調(diào)查表明,顆粒的密度范圍為1.01～1.20 g/cm3。沉降速度被用來描述顆粒物質(zhì)的沉降性能。顆粒飼料的沉降速度為15～33 cm/s[23];循環(huán)水養(yǎng)殖水體中SS的沉降速度是 0.01～6.40 cm/s[23];虹 鱒(Oncorhynchusmykiss)養(yǎng)殖水體中可沉降顆粒的沉淀速度為1.7 cm/s[24];大西洋鮭(Salmo salar)的糞便顆粒沉降速度為4～6 cm/s[25];亞特蘭大鮭(Actinopterygii salmonidae)的糞便顆粒沉降速度為5.1～6.4 cm/s[26]。盡管投喂相同的飼料,鯉魚(Cyprinus carpio)和尼奧羅非魚(Oreochromis niloticus)養(yǎng)殖水體中的顆粒物沉降速度分別為0.05 ～0.75 cm/s和0.18～1.5 cm/s[27]。

顆粒物的沉降速率是其尺寸、密度、形狀以及養(yǎng)殖水的密度和粘滯度的函數(shù),顆粒尺寸和沉降速率之間的關(guān)系符合斯托克斯定律[28]。但計(jì)算參數(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)多不可得,所以需要對(duì)顆粒和水體的物理性質(zhì)做假設(shè)[29]。

除了上述指標(biāo)外,還要關(guān)注某些特殊狀況,比如鮰魚(Clarias gariepinus)養(yǎng)殖廢水比其它養(yǎng)殖魚類產(chǎn)生的廢水帶有更多難以去除的粘性物質(zhì)[30];大多數(shù)魚蝦產(chǎn)生的是長(zhǎng)線狀糞便,但也有例外[31];淡水和海水養(yǎng)殖系統(tǒng)所產(chǎn)生的固體顆粒物質(zhì)以及要求的去除手段也不同[29]。

1.4 其它理化性質(zhì)指標(biāo)

在已經(jīng)發(fā)表的文獻(xiàn)中,常把收集到的TSS稱為污泥,用以下指標(biāo)進(jìn)行描述:溶氧(DO),pH,氧化還原電位(ORP),導(dǎo)電率(EC),總懸浮顆粒物濃度(TSS),揮發(fā)性懸浮固體(VSS),污泥體積指數(shù)(SVI),SO24-,H2S,凱氏氮(TKN),五日生化需氧量(BOD5),總磷(TP),總有機(jī)碳(TOC),化學(xué)耗氧量(COD)。SVI指SS∶TSS的值[32]。 上述指標(biāo)的測(cè)定方法在APHA(10,11,12)及相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中均有標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試流程。檢測(cè)DO和ORP是為了檢測(cè)環(huán)境中氧化和還原的狀態(tài)。厭氧環(huán)境的ORP在-400 mV以下[33]。污泥的pH是一個(gè)重要指標(biāo),可以影響污泥的化學(xué)反應(yīng)和生物反應(yīng),其指標(biāo)基本呈中性[33]。EC是污泥鹽度的一個(gè)指標(biāo),研究較少。

養(yǎng)殖廢水中,7%～32%的N和30%～84%的P存在于固體物質(zhì)中,固體物質(zhì)中還含有一定數(shù)量的Na、K、Ca、Mg和Cl[34]。不同養(yǎng)殖對(duì)象生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污泥組分不同(表1),從表1可看出,差別比較明顯[35]。

2 TSS的來源和產(chǎn)生量

廣義上說,水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中的廢物指被收獲的漁獲物以外的其它任何物質(zhì)[43]。水體中增加的所有廢物都源于額外投入的飼料,主要是殘餌和魚類以固體、液體及氣體形式排出的排泄物[17]。密度越高,每單位水體投入的飼料就越多,產(chǎn)生的TSS也就越多。一般認(rèn)為11%～40%的投喂飼料(干重)會(huì)在養(yǎng)殖系統(tǒng)中以固體廢棄物的形式存在[41]。據(jù)估算,循環(huán)水養(yǎng)殖鮭鱒魚類8 138 t/年,會(huì)產(chǎn)生1 602 t/年的固體廢棄物[42]。根據(jù)投飼計(jì)劃可以估算TSS的產(chǎn)生量,為制定去除計(jì)劃提供依據(jù)。

3 TSS對(duì)養(yǎng)殖水體的負(fù)面影響

TSS對(duì)魚類及養(yǎng)殖系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)在:損害魚鰓功能,降低魚類生長(zhǎng)速率[43];為致病微生物提供生活及隱蔽隱蔽場(chǎng)所,增加魚致病的敏感性[44];堵塞生物濾器,降低生物處理的有效性[43];堵塞水路管道、水泵,造成水流不暢;TSS降解耗氧,產(chǎn)生二氧化碳、氨氮,增加生物過濾器的處理負(fù)擔(dān)[41]。Liao等[45]認(rèn)為養(yǎng)殖廢水中有70%的氨氮來源與有機(jī)顆粒的降解有關(guān)。TSS的C∶N為8～30,會(huì)對(duì)硝化過程產(chǎn)生限制作用[48]。TSS在水體中停留的時(shí)間越長(zhǎng),碎裂成更小顆粒的幾率就越大,去除難度也就更大[13,17]。糞便中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放的速度比顆粒飼料快3倍[49],15%的C、N、P會(huì)在數(shù)分鐘內(nèi)釋放到水體之中(表2)。釋放速率與糞便性質(zhì)及溫度有關(guān),但不是線性關(guān)系。

表2 水產(chǎn)養(yǎng)殖水體中SS的DOC、DON和DOP釋放Tab.2 Release of DOC,DON and DOP of SS from aquaculture water

國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中沒有對(duì)養(yǎng)殖水體中TSS給予限定[52]。有研究者推薦20～40 mg/L為安全限度[5]。不同的養(yǎng)殖對(duì)象對(duì)SS濃度的耐受力也不同;其它水質(zhì)參數(shù)可能也會(huì)影響魚蝦耐受高濃度TSS的能力。充足的氧氣是提高養(yǎng)殖動(dòng)物對(duì)TSS耐受能力的方式之一。

4 TSS的控制方法

控制TSS,首先要做好飼料選擇和投飼管理,盡量提高飼料的利用效率,減少甚至避免殘餌的產(chǎn)生。但如上文所述,在做好投飼管理和飼料選擇后,仍會(huì)有11%～40%(飼料干重)的固體廢物產(chǎn)生[3]。要有效去除這部分固廢對(duì)水體的影響,至少需要做好兩個(gè)環(huán)節(jié):首先要從養(yǎng)殖池中及時(shí)、有效地把TSS移出來;其次是將SS和養(yǎng)殖水分離。去除水體中TSS的過程屬于固液分離過程。常用的固液分離方法有沉淀、過濾、絮凝、浮選等。粒徑大于100μm的TSS可通過沉淀池或機(jī)械網(wǎng)篩過濾去除,顆粒介質(zhì)濾器能有效去除粒徑20μm以上的 TSS(圖1)[43,53-55]。除了考慮能耗、需要的反沖水量和去除效率等,還要關(guān)注是否在去除過程中把大粒徑SS打碎成小粒徑SS。

圖1 水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水中TSS的粒徑分布、分類及處理方法Fig.1 Size distribution,classification and handling method of TSS in circulating aquaculture water

為了避免較大粒徑TSS在經(jīng)過水泵時(shí)被打碎成較小TSS,應(yīng)在水流進(jìn)入水泵前就將較大粒徑TSS盡可能去除。水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水中TSS的粒徑分布、分類及處理方法見圖1。

4.1 雙排管法

把TSS從養(yǎng)殖池中盡快、有效地取出才能讓后續(xù)的固液分離過程充分發(fā)揮作用。雙排管是安裝于養(yǎng)殖水槽中用于移出TSS的裝置。在養(yǎng)殖池中使用雙排管能夠在幾分鐘內(nèi)將產(chǎn)生的50%的殘餌和糞便移出養(yǎng)殖池,實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖池的自我清潔[56]。雙排管基于水力旋轉(zhuǎn)的離心沉淀原理(圖2),在圓形池底部中心和池壁中上部分別設(shè)管,顆粒物受到重力和向心力的影響,在水中向下、向中心遷移,移向底部的中心排水管后由專設(shè)的邊排管路直接排到SS收集系統(tǒng)。流經(jīng)中心管和邊排管的水量占總交換水量的5%～15%,其余85%～95%的水量則通過池壁排水孔排出[57],池壁排水口出水含TSS較少,可不必進(jìn)入固液分離裝置。

4.2 沉淀

圖2 雙排管在養(yǎng)殖池(槽)的使用(左)和中央管工藝(右)Fig.2 Application of double-rowed pipe in aquaculture tank(Left)and process of central pipe (Right)

利用沉淀池去除大粒徑TSS節(jié)能且簡(jiǎn)單。沉淀池普遍采用矩形水槽,按其功能分為進(jìn)水區(qū)、沉淀區(qū)、污泥區(qū)和出水區(qū)。推薦水力停留時(shí)間為15～30min,水流速度低于0.5 cm/s,沉淀池長(zhǎng)寬比以4∶1～8∶1為宜,水深1 m以上,能夠去除至少80%的可沉淀SS[24],但水力負(fù)荷小,去除粒徑小于100μm的SS效率低。與固液分離裝置和填料濾器相比,沉淀池需要較大的空間。沉降后的殘餌、糞便等顆粒物質(zhì),如果清理不及時(shí),極易產(chǎn)生硫化氫(H2S),對(duì)養(yǎng)殖系統(tǒng)而言是極大的污染源。

為盡可能減少沉淀池占地面積,可以通過在內(nèi)部增加阻塞物(如斜面沉降管)來增加沉降率。傾斜管沉降能有效去除微小SS。用復(fù)合管沉降對(duì)粒徑70μm以上的 SS去除率達(dá)到80%,對(duì)>1.5μm的SS去除率達(dá)到55%[58]。斜面沉降管的缺點(diǎn)是不能自我清潔,必須使用其它方法來防止收集到的TSS發(fā)臭,因此要及時(shí)清理。

水力旋轉(zhuǎn)去除方法(圖3)利用離心沉淀原理[53],SS在隨水流旋轉(zhuǎn)的同時(shí),受到向心加速度作用而向旋轉(zhuǎn)中心遷移,當(dāng)進(jìn)水沿圓形槽切線方向進(jìn)入即可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)水流,無需專用攪動(dòng)設(shè)備。水流負(fù)荷控制旋轉(zhuǎn)速度。SS密度越大,分離效率就越高。養(yǎng)殖池設(shè)計(jì)成圓形有助于形成旋轉(zhuǎn)流。采用水力旋轉(zhuǎn)去除粒徑小于50μm SS的效率不高,但去除TSS的效果尚可。在水力負(fù)荷122～ 124 L/(min·m2)的系統(tǒng)中,占總水流交換量5%～15%的中心管出水能去除80%～85%以上大于70μm的SS和90%以上粒徑大于250μm的TSS[56]。低壓水力旋流器(LPH)是常用的一種裝置,適宜于去除密度在2 g/cm3以上的SS,可以去除56%～71%干重的顆粒物[27,60]。

4.3 微孔過濾

圖3 旋流去除方法工藝(左)及低壓水力旋流沉淀池(右)Fig.3 A swirl separator(Left)and low-pressure hydrocyclone setting tank (Right)

微孔過濾(圖4)是指用篩網(wǎng)攔截流經(jīng)水體中粒徑比網(wǎng)篩孔徑大的顆粒物的方式,與沉淀池相比所需空間較小,不需要為水流通過增加額外的水頭壓力,是目前養(yǎng)殖水體TSS應(yīng)用最廣泛的方式[59]。依據(jù)過濾面的不同,分為轉(zhuǎn)筒式、轉(zhuǎn)盤式、履帶式、靜斜面式和弧形篩等。微孔過濾器能去除22%～70%的粒徑60μm以上的SS[61]。但因過濾面積有限,在密度較高的養(yǎng)殖系統(tǒng)中,需要反沖洗的頻率也比較高,因此網(wǎng)篩的孔徑不可能太小,對(duì)60μm以下粒徑的TSS去除效果不明顯。用沉淀池作為微孔過濾器的前處理,可以將微濾器對(duì)60～100μm粒徑的 SS去除效率提高到97%,反沖周期從4 d延長(zhǎng)到3周[61]。

圖4 典型網(wǎng)篩過濾方式工藝及過濾器Fig.4 Typical filtering with mesh screen and filter

土工布過濾是近5年才被用于養(yǎng)殖固體廢棄物的去除和濃縮的。土工布最大的優(yōu)點(diǎn)是不需要什么構(gòu)筑物,投資成本較少,但運(yùn)行成本高,需要更換,為了提高過濾效率,需要加入絮凝劑[62]。土工布能夠最大程度地縮小污泥體積,可用于養(yǎng)殖系統(tǒng)尾排水的污泥濃縮或應(yīng)急用。

4.4 填料過濾

填料濾器(圖5)借助填料的截留功能,通過攔截、吸附、聚凝等在水流通過濾床時(shí)截留SS[59]。填料過濾器的運(yùn)行需要增加足夠的水頭壓力,也被稱為機(jī)械濾器或壓力濾器。常見的填料有顆粒介質(zhì)(GM)和多孔介質(zhì)(PM),相應(yīng)的處理器常被稱為顆粒濾器和介質(zhì)濾器。

顆粒濾器運(yùn)作于有單一介質(zhì)(直徑3～5 mm的聚乙稀球或石英砂)或復(fù)合介質(zhì)、下流水式或上流水式,或幾種形式的組合,其操作方式相同,且都需反沖。下流水加壓砂濾器能夠在低水力負(fù)荷條件下去除源水中微小TSS,被廣泛應(yīng)用于養(yǎng)殖用水的預(yù)處理,但很少用于養(yǎng)殖廢水的初級(jí)過濾。因?yàn)榧词乖O(shè)計(jì)負(fù)載能力再合理,也無法承受高密度養(yǎng)殖產(chǎn)生的大量SS和由此帶來的不斷的反洗工作。為了使濾器保持一定的運(yùn)行效率,須用電動(dòng)螺旋槳或曝氣的方法沖洗填料。被填料截留的SS會(huì)一直留在濾器中直到開始反洗,其間有30%～40%的SS被降解,增加氧氣消耗量、異養(yǎng)菌數(shù)量、化學(xué)需氧量及氨氮的量[59],需要及時(shí)清理。

流化床是顆粒過濾器的一種形式,可以同時(shí)具有硝化作用和SS過濾作用。Davidson等[63]的研究表明,在膨化率15%～80%、砂礫直徑0.11～ 0.19mm、水流速度61～151 L/min的條件下,進(jìn)水的TSS低于10mg/L,TSS的去除效率為33%～ 52%;進(jìn)水的TSS為20 mg/L時(shí),TSS的去除效率為58%～71%。

多孔介質(zhì)濾器是指用矽藻土、活性碳等孔隙豐富和比表面積較大的材料作填料的濾器。它利用填料的吸附功能,因而具有良好的去除微小粒徑SS的效果,但容易飽和,處理負(fù)荷有限,多被用于養(yǎng)殖源水的二級(jí)處理,或作應(yīng)急使用,也可用于對(duì)水質(zhì)有較高要求的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的水質(zhì)優(yōu)化處理,如育苗系統(tǒng)等[58]。

4.5 泡沫分離

圖5 沉淀工藝(左)、壓力砂濾器工藝及裝置(中和右)Fig.5 Sedimentation process(Left),pressurized sand filter process and equipment (Middle and Right)

泡沫分離過程是指向水體中通入空氣,使水中的表面活性物質(zhì)被微小氣泡吸附,并借氣泡的浮力上升到水面形成泡沫,從而去除水中溶解物和微小懸浮物。典型的泡沫分離器(圖6)可由一個(gè)簡(jiǎn)單的氣泡圓柱體表示。氣泡圓柱體由兩部分組成,下部為液體段,上部為泡沫段,也可稱為泡沫層反應(yīng)器[59]。溶解物和懸浮物從溶液中向氣泡轉(zhuǎn)移的吸附過程主要發(fā)生在上段,而泡沫的富集則在下段。

泡沫分離過程可以有效去除膠體物質(zhì)和粒徑小于30μm的SS,對(duì)粒徑較大的SS也有效。有研究表明,30min時(shí)間內(nèi),泡沫分離能夠去除流經(jīng)水體中40%的粒徑0.5～50μm的SS[53]。有效去除小微小粒徑的SS,對(duì)于保持水體的透明度、減少生物過濾器反沖次數(shù)有明顯作用。泡沫分離過程應(yīng)用比較簡(jiǎn)單,但因水力停留時(shí)間比較長(zhǎng),處理量也有限,雖然單次效果不錯(cuò),但對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中SS的去除貢獻(xiàn)有限。淡水中使用泡沫分離的效果不及海水。

4.6 貝類凈化

圖6 泡沫分離原理(左)及泡沫分離器(右)Fig.6 Foam separation principle(Left)and foam separator (Right)

養(yǎng)殖水SS可以作為貝類需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),因此利用貝類去除養(yǎng)殖水中的SS是一種廢物的多級(jí)利用方式。Jones等[64]的研究表明,24 h內(nèi)牡蠣可去除養(yǎng)蝦池中12%的TSS。Ramos等[65]研究了進(jìn)水濃度為2～5 g/L的養(yǎng)蝦水體,6h的水力停留時(shí)間可去除50%～70%的TSS。不過貝類對(duì)SS也有一定的承受范圍,所以在實(shí)際使用過程中需要先沉淀,再進(jìn)入貝類凈化池。目前主要應(yīng)用于含鹽水體的凈化。

5 結(jié)論

顆粒物不僅對(duì)養(yǎng)殖對(duì)象有直接影響,對(duì)其他水處理單元的效率也有影響,是水產(chǎn)養(yǎng)殖水體重復(fù)利用和排放的限制性指標(biāo)?？梢愿鶕?jù)水體的投飼量估算需要去除的顆粒產(chǎn)生量。提高飼料利用效率,能夠減少顆粒物的產(chǎn)生量;顆粒物在水體中會(huì)在數(shù)分鐘內(nèi)釋放相當(dāng)數(shù)量的C、N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),應(yīng)盡可能快地把SS從養(yǎng)殖池中移出;大粒徑顆粒物容易去除,5～10μm粒徑的顆粒對(duì)養(yǎng)殖動(dòng)物的負(fù)面影響最明顯,且最不易被去除。使用雙排管可以有效地將養(yǎng)殖池中的SS排出養(yǎng)殖池;選擇固液分離技術(shù)時(shí),除了要考慮去除的粒徑、水頭損失、水力負(fù)荷以及總體去除效率,還需考慮有沒有在去除過程中會(huì)把大粒徑顆粒碎成小粒徑顆粒從而增加總體去除難度。沉淀池需要及時(shí)清理沉淀物;網(wǎng)篩過濾只能去除60μm以上的粒徑;填料濾器處理效率較高,但在處理高密度養(yǎng)殖系統(tǒng)出水時(shí)容易堵塞,需要頻繁反洗。泡沫分離在處理0.5～30μm粒徑時(shí)非常有效。貝類凈化也是去除水體中顆粒的有效方法。

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Properties and control of suspended solids during reuse of aquaculture water

LUO Guozhi,CHEN Xiaoqing,TAN Hongxin
(College of Fisheries and Life Science,Shanghai Ocean University,Shanghai,201306)

Particles not only have direct influences on cultured species,but also affect the efficiency of other water processing elements,thus becoming a restrictive indicator for reuse and discharge of aquaculture water. This paper summarizes descriptive indicators of properties of solids in aquaculture water,analyzes the source of particles during cultivation based on characteristics of aquaculture,and estimates particles necessary to be removed based on water feeding quantity;italso introduces the method to remove residual feeds and excrement from the aquaculture tank with double-rowed pipe as quickly as possible;finally it concludes several common solid-liquid separation techniques.When solid-liquid separation techniques are selected,the size of particles removed,head loss,hydraulic loading and overall removal efficiency,as well as whether it is likely to break particles of large size into particles of small size during removal so that the difficulty in removal is increased on the whole should be considered.

aquaculture;circulating water;particle;solid-liquid separation

S959

A

1007-9580(2017)03-015-10

10.3969/j.issn.1007-9580.2017.03.003

2017-05-05

上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)資助項(xiàng)目(14320501900)

羅國芝(1974—),女,副教授,博士,研究方向:循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)與工程。E-mail:gzhluo@shou.edu.cn