周亮，唐榮，劉興國(guó)，程果鋒，顧兆俊，劉士坤

(中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所,上海市,200092)

0 引言

隨著集約化養(yǎng)殖技術(shù)的不斷發(fā)展,無公害生態(tài)養(yǎng)殖模式已成為技術(shù)更新的方向,工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖已經(jīng)提上日程。循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)(Recirculating Aquaculture System,以下簡(jiǎn)稱RAS)是一種通過物理和生物等處理方式對(duì)池塘養(yǎng)殖尾水進(jìn)行循環(huán)利用,使養(yǎng)殖安全生產(chǎn)可持續(xù)化的高效環(huán)保系統(tǒng)[1]。與傳統(tǒng)的池塘養(yǎng)殖模式相比,RAS節(jié)約保護(hù)耕地資源,并將傳統(tǒng)的“靜水”養(yǎng)魚模式轉(zhuǎn)變成了“流水”養(yǎng)魚模式,在保持養(yǎng)殖池內(nèi)水環(huán)境質(zhì)量相對(duì)較好的同時(shí),又能提高成品養(yǎng)殖魚類的產(chǎn)量,并且在廢水利用、病害防控等方面有著無與倫比的優(yōu)勢(shì)[2-4]。目前,構(gòu)建技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)緊湊、高效處理的RAS已成為高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖先進(jìn)生產(chǎn)力的研究熱點(diǎn),但懸浮顆粒物作為影響?zhàn)B殖水體和養(yǎng)殖對(duì)象的主要因素,一直難以得到徹底解決,主要是因?yàn)樵赗AS中,95%以上的懸浮顆粒物直徑小于20 μm,懸浮顆粒物密度較小,難以去除[5-7]。因此,控制和去除高密度養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的固體懸浮顆粒物,成為RAS是否能夠穩(wěn)定高效運(yùn)行的前提。

基于此,本文首先介紹懸浮顆粒物的來源和危害,引出水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中使用的懸浮物顆粒物去除裝備,從沉淀、旋流、泡沫分離、臭氧氧化、孔過濾和生物過濾幾大方面介紹目前裝備的研究進(jìn)展,最后對(duì)后續(xù)裝備研發(fā)進(jìn)行展望。

1 懸浮顆粒物

1.1 產(chǎn)生和危害

懸浮顆粒物是影響?zhàn)B殖水質(zhì)的重要因素之一,泥沙等無機(jī)懸浮顆粒物占到主要部分,有機(jī)懸浮顆粒物中,腐質(zhì)和細(xì)菌是主要的組成部分[8],根據(jù)Holan等[9]的研究發(fā)現(xiàn),25%的飼料會(huì)轉(zhuǎn)換成懸浮物。若在沒有去除懸浮顆粒物的情況下繼續(xù)投喂,大量堆積的懸浮顆粒物得不到有效處理,養(yǎng)殖水體中的懸浮顆粒物會(huì)不斷累積并分解鈣化,則會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)渾濁,水體中產(chǎn)生氨氮等有害物,大顆粒的懸浮物還會(huì)損害魚鰓,直接危害水體中魚體的健康。水產(chǎn)品安全與人體健康密切相關(guān),在這種嚴(yán)峻的形勢(shì)下,環(huán)保相關(guān)部門出臺(tái)政策,對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的排放水進(jìn)行監(jiān)管,保證養(yǎng)殖品種健康生長(zhǎng)[10]。因此,為了使排放水達(dá)標(biāo)、魚類能夠健康生長(zhǎng),循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中亟需研發(fā)出能夠快速有效去除懸浮顆粒物的設(shè)備。

1.2 懸浮顆粒物的評(píng)估

懸浮顆粒物的質(zhì)量濃度及粒徑分布(Particle Size Distribution,PSD),是評(píng)估水體中懸浮顆粒物的成分及分布特征的重要參數(shù),具體為:養(yǎng)殖水體中不同粒徑顆粒物占總顆粒物的百分比。養(yǎng)殖系統(tǒng)中懸浮顆粒物的粒徑范圍會(huì)受許多因素的影響而波動(dòng),例如投料量、水流大小、魚類活動(dòng)、季節(jié)更替等人為和環(huán)境因素[11-13]。楊建雷等[14]研究發(fā)現(xiàn),養(yǎng)殖草魚、鰱魚和鯉魚混養(yǎng)的池塘中懸浮顆粒物的濃度受到魚類活動(dòng)影響較多,具體的懸浮顆粒物濃度范圍為18.89～116.27 mg/L,其中顆粒有機(jī)物占到50.08%,以此為指標(biāo)設(shè)計(jì)構(gòu)建了一種魚類混養(yǎng)模式,在混養(yǎng)共同作用下,水體中懸浮顆粒物得到了穩(wěn)定性控制。段姍杉等[15]研究了大西洋鮭循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中懸浮顆粒物的影響因素,結(jié)果顯示,懸浮顆粒物粒徑范圍較為穩(wěn)定,98.36%為1～3 μm的顆粒物,1.63%為3～15 μm的顆粒物,分布規(guī)律為:粒徑越大,數(shù)量越小,體積也越大,表面積先減小后增大。試驗(yàn)中使用的泡沫分離器和浸沒式生物濾池對(duì)懸浮顆粒物都一定的去除能力,而微濾機(jī)沒有起到去除作用。Xu等[16]為了收集懸浮顆粒物的粒徑分布狀況,從50個(gè)池塘收集了50份池塘水樣品,試驗(yàn)顯示懸浮顆粒物濃度范圍為0.7～485 mg/L,其中投料對(duì)水體中懸浮顆粒物濃度影響最大。Sarkar等[17]設(shè)計(jì)了一種生態(tài)可持續(xù)的池塘尾水處理系統(tǒng),經(jīng)過監(jiān)測(cè),池塘表層水體的懸浮顆粒物濃度范圍為60～400 mg/L,下層水體的懸浮顆粒物濃度范圍較大(80～510 mg/L),然而隨著尾水在處理系統(tǒng)中循環(huán)使用,下層水體的懸浮顆粒物濃度沉降速率比上層快。說明在養(yǎng)殖水體中,大重量的懸浮顆粒物會(huì)下降到池底,微細(xì)顆粒懸浮物會(huì)隨著魚類活動(dòng)一直漂浮在中層水體中,因此,懸浮顆粒物去除裝備對(duì)魚類健康、生態(tài)環(huán)保具有重要意義。

2 懸浮顆粒物去除裝備

養(yǎng)殖過程中,魚類活動(dòng)會(huì)影響水體中懸浮顆粒物的質(zhì)量濃度及粒徑分布,水體中的懸浮顆粒物的濃度和粒徑還會(huì)隨著人為和環(huán)境因素變化,不同的懸浮顆粒物的濃度和粒徑對(duì)應(yīng)著不同的去除工藝,目的是達(dá)到RAS中循環(huán)水的水質(zhì)要求。根據(jù)懸浮顆粒物濃度范圍,羅國(guó)芝等[18]給出了循環(huán)水中不同粒徑的顆粒物對(duì)應(yīng)的去除方法(圖1),可以看出大致分為沉淀和過濾兩大方面。

目前,在環(huán)保業(yè)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)中,用于處理懸浮顆粒物的去除設(shè)備有很多,下面將從大粒徑顆粒去除(沉淀、旋流和孔過濾)和微細(xì)顆粒去除(泡沫分離、臭氧氧化和生物過濾)兩大方面進(jìn)行介紹。

圖 1 不同粒徑顆粒物的去除方法

2.1 沉降分離

沉降分離是利用懸浮顆粒物自身的重力進(jìn)行沉淀處理,因此分離出的顆粒物大多是質(zhì)量較大的。沉降分離技術(shù)簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用較低,沉淀池在早期被廣泛應(yīng)用,但因其占地面積較大,產(chǎn)生難聞臭味等原因逐漸被固定式裝置取代[19]。目前在循環(huán)水的預(yù)處理過程中,使用較多的是固定式沉降桶。

Fleite等[20]設(shè)計(jì)了一種分散式片層沉降器,該設(shè)備可以很好地去除有機(jī)物,試驗(yàn)完成后,可以清楚看到渾濁度明顯下降,經(jīng)檢測(cè),化學(xué)需氧量去除率為98%,磷去除率為95%。這種分散式片層沉降器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低廉,在水力驅(qū)動(dòng)下顆粒物處理效果較好,但是沉淀物后續(xù)處理困難,較多的沉淀物在清理不干凈的情況下會(huì)導(dǎo)致二次污染。為此,張成林等[21]設(shè)計(jì)了一種多向流的重力沉淀裝置(圖2),該裝備添加了集污倉(cāng)和排污口,可以有效排出收集到的沉淀顆粒物,試驗(yàn)在流水條件下進(jìn)行,以懸浮顆粒物去除率為參數(shù),評(píng)估了裝置的性能,最終數(shù)據(jù)顯示,顆粒物最高去除率可達(dá)68.57%,粒徑大于60 μm的顆粒物去除率高達(dá)90.3%。柴金龍等[22]利用水力旋轉(zhuǎn)的離心沉降原理,在魚池底部安裝一種雙層結(jié)構(gòu)的沉淀分離設(shè)備(圖3),該設(shè)備利用水動(dòng)力學(xué),將沉淀物和清水分離,分離過程高效簡(jiǎn)單,后續(xù)水處理環(huán)節(jié)大大減少,同時(shí),具有節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地以及可為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供高濃度優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥的特點(diǎn)。在預(yù)處理循環(huán)水環(huán)節(jié)被廣泛應(yīng)用,但其處理效果有限,只能去除90%以上的大粒徑顆粒物,因此,還需要進(jìn)行下一步處理環(huán)節(jié)。

2.2 旋流分離

旋流分離是利用差速離心沉降原理,水體中的粗顆粒和細(xì)顆粒之間存在粒徑差異和密度差異,在水力達(dá)到要求的情況下形成旋流,粗顆粒會(huì)從排污口排出,而細(xì)顆粒進(jìn)入溢流管,從而達(dá)到分離的目的。李建平等[23]通過計(jì)算流體模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)了一種養(yǎng)殖水體固液分離設(shè)備(圖4),試驗(yàn)表明,驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果誤差在10%以內(nèi),旋流分離設(shè)備能夠較好地去除水體中的大顆粒懸浮物。Pfeiffer等[24]在羅非魚養(yǎng)殖池中設(shè)置了旋流分離系統(tǒng)(圖5)來去除懸浮顆粒物,并且測(cè)試了其去除效率,試驗(yàn)結(jié)果顯示,粒徑大于250 μm的懸浮顆粒物去除效率較高(90%),而粒徑較小的懸浮顆粒物去除效率為50%,加大旋流分離器中的水流速度能夠提升去除效率,但是成本會(huì)增加。

圖4 固液分離設(shè)備

圖5 旋流分離器系統(tǒng)

旋流分離相對(duì)于沉降分離更加高效,維護(hù)成本低,占用空間小,并聯(lián)可提高水處理效率。但缺點(diǎn)也存在:對(duì)于比重較小的懸浮顆粒物去除效率較低,排污口容易堵塞需要人工定時(shí)清理。因此,這就需要研究學(xué)者在后續(xù)工藝上做出改善。

2.3 泡沫分離

泡沫分離技術(shù)對(duì)于微小顆粒物的去除極其有效,目前在造紙業(yè)、食品業(yè)都有一定的技術(shù)涉及,隨著集約化養(yǎng)殖帶來的廢水處理問題日趨嚴(yán)重,國(guó)內(nèi)RAS中懸浮顆粒物去除遭遇技術(shù)瓶頸,泡沫分離技術(shù)引起了研究學(xué)者的重點(diǎn)關(guān)注。

泡沫分離技術(shù),是利用水體中的溶解物和懸浮物能夠吸附在氣泡上的原理,氣泡的浮力將這些顆粒物帶到水面富集于泡沫,經(jīng)過排污口排出,水中的溶解物和懸浮物通過這樣的方式得到去除。孫大川等[25]研究了泡沫分離器(圖6)運(yùn)用于養(yǎng)殖系統(tǒng)水質(zhì)凈化時(shí)的性能,在研究過程中,使用了不同工況下的養(yǎng)殖尾水,經(jīng)過數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn),泡沫分離器對(duì)懸浮顆粒物的去除效果較好,增加水力停留時(shí)間可以提高懸浮顆粒物的去除效率,在最優(yōu)運(yùn)行條件下泡沫分離器的去除效率高達(dá)72.66%。泡沫分離器的性能和產(chǎn)生的泡沫息息相關(guān),泡沫越小,性能越好。季明東[12]設(shè)計(jì)了一種射流式泡沫分離器(圖7),該泡沫分離器產(chǎn)生的氣泡規(guī)格可控制,在對(duì)不同粒徑的懸浮顆粒物進(jìn)行分離試驗(yàn)后,數(shù)據(jù)顯示,粒徑小于90 μm的懸浮顆粒物去除效果比較理想,尤其是小于10 μm和50～90 μm的懸浮顆粒物去除效果尤為明顯,但是,對(duì)于粒徑在90 μm以上的懸浮顆粒物去除效果并不理想。為此,Gregersen等[26]在虹鱒魚池中設(shè)計(jì)了對(duì)比試驗(yàn),將泡沫分離器和臭氧分開進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果顯示,單獨(dú)使用泡沫分離器,水體中的懸浮顆粒物數(shù)量和體積降低(58%和62%),水濁度降低了62%,細(xì)菌活性減少54%,生化需氧量(BOD)減少51%;兩者結(jié)合,水體中的懸浮顆粒物數(shù)量顯著降低89%,水濁度降低了79%,細(xì)菌活性減少90%,BOD減少75%。Gesto等[27]嘗試將泡沫分離器與臭氧技術(shù)相結(jié)合,試驗(yàn)結(jié)果顯示,懸浮顆粒物的數(shù)量和體積分別減少了89%和76%,水濁度明顯提升。這證實(shí)了泡沫分離器和臭氧相結(jié)合可能成為控制淡水RAS中有機(jī)物富集和細(xì)菌負(fù)荷的有用工具。

圖6 泡沫分離器

圖7 射流式泡沫分離器

泡沫分離器對(duì)于細(xì)微懸浮顆粒物的去除效果較為理想,但是還存在某方面的短板,例如,泡沫分離器不能用在淡水水體,這是因?yàn)榈腥狈﹄娊赓|(zhì),而形成泡沫需要電解質(zhì)的參與,所以在淡水中形成的泡沫少而易破碎,直接影響泡沫分離器的分離效率。另外,泡沫分離器還會(huì)去除尾水中的微量元素,因此,當(dāng)尾水處理回用時(shí),需要適當(dāng)控制。

2.4 臭氧氧化

臭氧具有強(qiáng)氧化性,在處理循環(huán)水中懸浮物、殺滅有害病菌方面具有很大優(yōu)勢(shì),另外臭氧在水中的最終產(chǎn)物主要是氧氣,相比于其他殺菌物,臭氧綠色環(huán)保無公害,因此臭氧發(fā)生器在RAS處理循環(huán)水中得到了廣泛的應(yīng)用。運(yùn)用在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的臭氧發(fā)生器,最早是由Honn等[28]設(shè)計(jì)的,這種小型的高輸出臭氧發(fā)生器(圖8)最高輸出的臭氧可達(dá)14.2 L/min。宋奔奔等[29]設(shè)計(jì)了一套養(yǎng)殖系統(tǒng),并將臭氧運(yùn)用在系統(tǒng)中,評(píng)估了臭氧處理系統(tǒng)中循環(huán)水的性能,數(shù)據(jù)顯示,水體中的懸浮顆粒物去除率為59%,顆粒物濃度為8 mg/L。單獨(dú)配一套臭氧發(fā)生器價(jià)格比較昂貴,為此,陶雷等[30]將增氧和臭氧消毒結(jié)合,設(shè)計(jì)成一體機(jī)(圖9),該臭氧機(jī)的增氧能力為4.5 kg/h、臭氧濃度為0.1～0.3 mg/L,具有殺菌和增氧雙重功效。

圖8 臭氧發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖

圖9 一體機(jī)結(jié)構(gòu)圖

為增強(qiáng)臭氧去除懸浮顆粒物效果,Guo等[31]設(shè)計(jì)了一種利用臭氧增強(qiáng)的陶瓷膜—生物活性炭混合工藝系統(tǒng)(圖10)來處理污水,結(jié)果表明去除顆粒物可達(dá)99%,但臭氧預(yù)處理改變了原水組分,對(duì)有機(jī)物和亞硝酸鹽的去除產(chǎn)生了負(fù)面的影響。

圖10 混合工藝系統(tǒng)示意圖

2.5 孔過濾

孔過濾技術(shù)的原理十分簡(jiǎn)單,利用孔濾膜的均一孔徑性質(zhì),來攔截水中的顆粒物。常見的設(shè)備有固定篩、弧形篩、轉(zhuǎn)鼓式微濾機(jī)和浮式濾床等。過濾設(shè)備的核心就是過濾網(wǎng),通常根據(jù)水體中要處理的顆粒物大小,來選擇不同孔徑大小的過濾網(wǎng)。

2.5.1 固定篩、振動(dòng)篩和微濾機(jī)

固定篩(圖11)是應(yīng)用最早的水處理裝置之一,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,去除效率由篩孔的大小決定,通常循環(huán)水經(jīng)過固定篩后,粒徑大于篩孔大小的顆粒物會(huì)被截留下來,隨著裝置工作一段時(shí)間后,篩孔會(huì)被堵塞。因此,固定篩需要暫停工作,將濾網(wǎng)取出并進(jìn)行清洗。當(dāng)篩孔較小時(shí),機(jī)械方法清洗不干凈,濾網(wǎng)只能采用高壓水槍清洗,當(dāng)堵塞嚴(yán)重時(shí),還需更換濾網(wǎng)。

圖11 固定篩結(jié)構(gòu)圖

為了避免篩孔堵塞,研究學(xué)者研發(fā)出振動(dòng)篩裝置,其原理與固定篩相似,不同在于振動(dòng)篩增加了一個(gè)振動(dòng)裝置(圖12),更小粒徑的顆粒物會(huì)經(jīng)過比自身孔徑更大的篩網(wǎng),并不斷下落,最終落在比自身孔徑更小的篩網(wǎng)上。不同粒徑的顆粒物被截留在不同的篩網(wǎng)上,由于篩網(wǎng)一直振動(dòng),所以很少有篩網(wǎng)堵塞情況。江滔等[32]介紹了固定篩和振動(dòng)篩的區(qū)別,固定篩的去除效率在10%～35%之間,而振動(dòng)篩的去除效率在12%～25%之間。

圖12 振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)圖

微濾機(jī)廣泛應(yīng)用于循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中,是循環(huán)水處理系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備,微濾機(jī)的原理與固定篩相似,不同于振動(dòng)篩,微濾機(jī)的防堵塞措施是增加了一個(gè)反沖洗裝置(圖13),當(dāng)顆粒物聚集堵塞濾網(wǎng)時(shí),濾網(wǎng)內(nèi)的水位會(huì)上升,當(dāng)液位傳感器監(jiān)測(cè)到水位上升到設(shè)定高度時(shí),會(huì)打開反沖洗裝置進(jìn)行反沖洗,在高壓水槍的沖洗下,堵塞的濾網(wǎng)孔會(huì)被疏通,濾網(wǎng)內(nèi)的水位會(huì)下降到設(shè)定高度以下,反沖洗裝置關(guān)閉。如此往復(fù),水體中的懸浮顆粒物得到去除。

圖13 微濾機(jī)結(jié)構(gòu)圖

潘雁艷[33]對(duì)微濾機(jī)的反沖洗裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)和選型,并用在池塘尾水處理環(huán)節(jié),懸浮顆粒物去除效果較好,但微濾機(jī)占地大、易堵塞、能耗高等問題也日益凸顯。針對(duì)易堵塞問題,陳建平等[34]以微濾理論模型為基礎(chǔ),研究出可以提高微濾機(jī)過濾能力的方法,并設(shè)計(jì)了一種新型連續(xù)水處理微濾機(jī),該微濾機(jī)可以在不停機(jī)的情況下,定期自動(dòng)更換濾網(wǎng),大大增加了循環(huán)水處理效率。為了降低能耗,提高顆粒物處理效率,Ali[35]設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)了一種由下推水輪驅(qū)動(dòng)的微濾機(jī)(圖14),并用于羅非魚循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)。該微濾機(jī)的濾網(wǎng)孔直徑為100 um,篩面面積最大為27.87 m2,轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速最高為8.4 r/min,試驗(yàn)結(jié)果顯示,后2個(gè)月濾網(wǎng)效率較前2個(gè)月有所提升,前2個(gè)月濾網(wǎng)效率平均為34.22%,后2個(gè)月濾網(wǎng)效率平均為52.41%。

(a) 正視圖

2.5.2 壓濾機(jī)和離心機(jī)

固定篩、振動(dòng)篩的原理是利用顆粒自身重力經(jīng)過微孔,從而達(dá)到過濾的目的,而壓濾機(jī)(圖15)的原理是利用外力,將水和小顆粒物壓出濾帶,大的顆粒物會(huì)截留在濾帶上,隨著履帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)濾帶上的顆粒物會(huì)被刮刀或沖洗噴頭剝落。Walker等[36]對(duì)比了絮凝劑輔助前后壓濾機(jī)的糞水的固相分離效率,試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示懸浮顆粒物去除率相差不大(94.7%和93.9%)。因?yàn)閴簽V機(jī)價(jià)格昂貴,去除顆粒物也以大粒徑為主,因此通常用在處理城市廢水和工業(yè)煤泥水中。

圖15 壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)圖

離心機(jī)原理與旋流分離類似,離心機(jī)械通過高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力,在離心力的作用下,固液混合物中的液、固差速分離,從而得到固液分離的效果[37]。國(guó)外使用最廣泛的是臥式螺旋離心機(jī),該處理效率高,自動(dòng)化程度高,工作環(huán)境衛(wèi)生,占地面積小,主要應(yīng)用在污泥脫水中,也可應(yīng)用于去除RAS中懸浮顆粒物,但因設(shè)備成本及運(yùn)行成本問題推廣十分緩慢。閆瑛[38]將臥式離心機(jī)應(yīng)用于處理再造煙葉白水,結(jié)果顯示,懸浮顆粒物去除率高達(dá)65.38%,懸浮顆粒物含量最低可達(dá)0.09%。

2.6 生物過濾

生物過濾系統(tǒng)是利用人工濕地中的特定植物和土壤微生物等的聯(lián)合作用,去除循環(huán)水中的懸浮顆粒物、氮磷等植物營(yíng)養(yǎng)鹽和溶解有機(jī)物[39]。生物過濾系統(tǒng)主要由消化池、人工濕地和凈化水回用池組成,尾水首先進(jìn)入消化池,其主要功能是厭氧分解尾水中的有機(jī)污染物,分解后的大顆粒物會(huì)沉淀在池底,后續(xù)由人工濕地處理,人工濕地對(duì)生活污水中的化學(xué)需氧量(COD)、總氮(TN)、總磷(TP)、總懸浮物等都有顯著的去除效果。此外,該工藝是一個(gè)復(fù)雜的過程,與濕地類型、進(jìn)水負(fù)荷、水力停留時(shí)間、植物選擇等諸多因素息息相關(guān)。高鋒等[40]采用的是秋茄作為濕地植物,研究了海水蝦的養(yǎng)殖廢水中COD、氨氮、TP等變化情況,由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,在濕地裝置(圖16)穩(wěn)定運(yùn)行17天后,COD、氨氮、TP的去除率分別為73.8%、72.4%、61.7%,選定的秋茄植物根部有大量活躍的微生物,能夠有效去除懸浮顆粒物。當(dāng)表面水力負(fù)荷達(dá)到0.2 m3/(m2·d)時(shí),懸浮顆粒物的最高去除率可達(dá)82.8%。這說明植物根部和底部土壤層能夠及時(shí)攔截并去除循環(huán)水體中的懸浮顆粒物。Cheng等[41]培育了微藻構(gòu)建的人工濕地處理豬糞水,在5天的穩(wěn)定運(yùn)行后,對(duì)TP、NH3-N、TN和COD的去除率分別為90.0%、96.4%、71.0%和91.5%。選取不同植物作為人工濕地植物是一門學(xué)問,因?yàn)椴煌酿B(yǎng)殖品種產(chǎn)生的尾水也不同,這需要長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)。

圖16 人工濕地裝置圖

在海水養(yǎng)殖中,高鹽度的尾水會(huì)抑制植物和微生物的生命活動(dòng),因此,許多學(xué)者篩選了耐鹽植物構(gòu)建人工濕地。王芬等[42]模擬研究了鹽威脅對(duì)人工濕地植物根際影響,模擬結(jié)果顯示,在各鹽度水平下,氨氮去除率均大于95%,千屈菜根系豐富了土壤中微生物的多樣性。

傳統(tǒng)單種填料難以滿足凈化要求,采用填料組合,發(fā)揮濕地中植物與微生物的協(xié)同作用,可有效提高人工濕地系統(tǒng)整體去除效果。程夢(mèng)雨等[43]選取美人蕉、互花米草、海三棱藨草3種耐鹽植物構(gòu)建人工濕地裝置,在不同水質(zhì)條件下,研究了裝置對(duì)懸浮顆粒物的去除效果,試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,互花米草裝置對(duì)TN、TP、COD去除效果最理想,去除率分別為95.56%、95.46%、63.61%,三種植物根部的微生物協(xié)同發(fā)揮各菌種優(yōu)勢(shì),有利于水質(zhì)凈化。

3 展望

懸浮顆粒物去除裝置是RAS中不可或缺的一部分,本文針對(duì)懸浮顆粒物去除設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行了梳理,根據(jù)沉降分離、旋流分離、泡沫分離、孔過濾和臭氧氧化幾大去除工藝,介紹了對(duì)應(yīng)的設(shè)備或設(shè)施研究進(jìn)展。

懸浮顆粒物去除是循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的關(guān)鍵問題,當(dāng)前處理大粒徑顆粒物一般采用微濾機(jī)和沉降桶方式,可以有效去除大粒徑顆粒物,但微濾機(jī)等過濾環(huán)節(jié)很難去除微細(xì)懸浮顆粒物(<30 μm),水體中的微細(xì)懸浮顆粒物循環(huán)累積,對(duì)魚體帶來直接危害。若占地面積合適的情況下,可以采用人工濕地裝置,否則可以采用泡沫分離器。另外,在工廠化養(yǎng)殖循環(huán)水系統(tǒng)中還可以加入臭氧機(jī),可以替代傳統(tǒng)紫外線殺菌器,去除循環(huán)水中的重金屬有機(jī)物。

由于成本問題,介紹的設(shè)備或設(shè)施并沒有全部運(yùn)用到商業(yè)循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中,另外微細(xì)懸浮顆粒物在RAS中的研究較少,若要進(jìn)一步提升水處理質(zhì)量,還需對(duì)微細(xì)懸浮顆粒物源頭進(jìn)行高效管控,開展精準(zhǔn)投喂策略研究,有效提升飼料品質(zhì),降低餌料系數(shù),從而降低殘餌和糞便產(chǎn)生量,從源頭把控微細(xì)懸浮顆粒物的形成,或?qū)δみ^濾等精細(xì)工藝方面開展相關(guān)研究,爭(zhēng)取早日研究出低成本、高效率的懸浮物去除裝置。