养殖水处理

中国水产门户网报道   一、养殖水处理的最基本过程
    由于渔业生产的迫切需要，国内众多水产单位开始进行海水、淡水的循环水养殖生产、实验。循环水养鱼系统的核心是养殖水处理系统，并且围绕水处理系统，建立适合循环水养殖情况下的鱼病防御和治疗系统。
    说到现在中国和国外的循环水养殖，不能不从水处理这个根子上开始说。所有水处理都是在模仿大自然的水体自净的过程。所谓水体的自净是指天然水体在受到污染后，在没有为处理的条件下，借助水体自身的能力使之得到净化的过程。在自净过程中包括稀释、沉降、扩散等物理化学作用和生物降解作用。水中大部分有机物是经生物氧化分解作用得到降解和除去的。
     在养殖水中，污染物质来源于鱼类分泌排泄物、饵料残留，包含碳、氮、磷、硫四种主要元素。其中碳、磷、硫三种元素在物质循环过程中形成的各种产物，在工厂化养殖、溶解氧充分的条件下，对于鱼类影响不大，而且伴随着氮循环，它们也在各种微生物作用下，不断转化成对于鱼类无毒或者毒性较低的物质，这不是养殖水处理主要针对和检测的目标。所以循环水养殖最关注的是氮循环。有机物都含氮，在多种微生物作用下，经过一系列的反应，氮元素从有机到无机，以NH4-N的形式存在，然后NH4-N氧化成为NO2-N，NO2-N进一步氧化成为NO3-N。其中NH4-N和NO2-N对于鱼类毒性很大，我国渔业水质标准中对此有严格的规定。水产养殖的日常水质控制也主要是针对溶解氧、温度、pH、NH4-N和NO2-N。NH4-N和NO2-N对于鱼类的毒性原理类似人类的尿毒症。我们猜想，NH4-N和NO2-N对于鱼类的毒性作用在自然界其实是一种鱼类自我调节和报警功能，一旦局部水域NH4-N和NO2-N浓度偏高，鱼类就会逃离该水域，降低局部的生物密度，保持生物链的结构合理。但是这成为工厂化、高密度水产养殖一个必须要跨越的障碍。所以我们必须模仿水体自净脱氮的过程，并通过人为的控制，降低养殖水体中的NH4-N和NO2-N浓度。
    完整的脱氮过程如下：含氮有机物质→ NH4-N → NO2-N → NO3-N → 氮气
    1.能够完成（含氮有机物质→ NH4-N）转化过程的微生物特别多，不需要我们人为控制就可以完成。
    2.（NH4-N → NO2-N → NO3-N）转化的过程，需要亚硝化细菌、硝化细菌的作用。养殖水体中亚硝化细菌能够达到的最大浓度为2.50X106 个/L ,硝化细菌为2.00×106 个/L。可是这个数量对于高密度的渔业养殖生产远远不够。根据理论推算，这个数量能够产生的净化量为1g/m3.h左右，能够完全转化的NH4-N浓度在0.2mg/L以内。以我们目前的养殖密度和投饲量，如果不进行水质管理，NH4-N浓度很快会上升到1.0g/L以上，所以单依靠水体中自有微生物数量，不能完全转化NH4-N、NO2-N为NO3-N，NH4-N，NO2-N浓度会持续积累，危害鱼类生活。
    3.（NO3-N → 氮气）的转化，需要比较严格的厌氧环境，从目前对于所有类型的循环水养殖系统的水质检测看，循环水养殖条件下，很难在水体中形成厌氧环境，从而实现完全的脱氮。因此不换水，NO3-N浓度一定会持续增高。NO3-N对于鱼类的毒性作用不是特别大，但是长期积累，达到60～70mg/Ｌ以上时，也会对于鱼类造成危害。一些人宣扬循环水养鱼之后不用换水，只是商业的噱头，没有实验依据。但是为什么有些人这样说呢？因为完全脱氮可以在污水处理过程中实现，他们把污水处理的结论拿到养殖水处理过程中了。在污水处理过程中，污水中的COD，在排放之前，常常高出溶解氧饱和值的几倍、十几倍。所以污水处理的整个流程，始终伴随厌氧环境，可以实现完全的脱氮。但是在养殖水处理过程中，缺乏厌氧环境，因此实验数据指出没有明显的脱氮反应存在。
     在从NH4-N转化为NO2-N，再转化为NO3-N的过程，需要消耗氧气，pH也相应产生变化。因此养殖水处理实际上是利用滤床培养、聚集亚硝化细菌、硝化细菌，促进水体中NH4-N转化为NO2-N，再转化为NO3-N的过程。在这个过程中，需要调节pH和溶解氧，使之同时适合养殖需要和氮的转化。
    二、养殖水处理和污水处理、泳池水处理的异同从产业的角度，水处理可以分为污水处理、泳池水处理、养殖水处理。养殖水处理起步比较晚，所以目前无论国内、国外的养殖水处理流程设计都借鉴于污水处理和泳池水处理的技术模式。这种模式在挪威、日本、韩国等国家使用了很长时间，已经形成一些比较成熟的套路和管理模式，对于养殖水的水质处理也达到了渔业的要求。但是这种模式移植到我国后，发现一个致命的弱点，就是设备造价昂贵，运行费用很高，对于我们这样一个发展中国家，这种高成本、高能耗的模式，对于实际的渔业生产不现实，难以广泛应用和推广。
    因此，结合中国的实际情况，研究出一套具有中国特色的，节能、低成本的养殖水处理工艺，是我们中国的水产科技人员必须要做的事情。要想搞出一套具有中国特色的养殖水处理工艺，就必须对于污水处理、泳池水处理和养殖水处理三者之间，进行深入的分析，比较其异同，然后才能有针对性的进行借鉴和取舍，做到节能、降低成本。项目污水处理泳池水处理养殖水处理水中有害物质组成固体物质、有机合成物质、有毒物质、无机化合物、高色度物质和高臭味物质等悬浮物质、病原生物和尿素残饵、鱼类分泌排泄物、氨-氮、亚硝酸-氮，硝酸-氮和病原生物进水口相关指标污水厂进水口，氨-氮、含量30～70mg／L1、在亚硝化细菌、硝化细菌 成熟前，氨-氮、亚硝酸- 氮最大值均在10～20mg／L2、在亚硝化细菌、硝化细菌成熟后，氨-氮、亚硝酸氮最大值均在0.01～0.20mg／L
氨-氮完全氧化耗氧量69～253mg/l(是水体饱和溶氧量的9倍以上)1mg/L.(在亚硝化细菌，硝化细菌成熟后，是水体饱和溶氧量的20％以下)主要水质处理指标总固体，悬浮固体，COD，BOD5，总氮.pH、浑浊度、耗氧量、尿素，余氯，细菌总数，总大肠菌数、有害物质pH、氨-氮、亚硝酸-氨，硝酸-氮，水质清洁度，致病微生物数量水质处理目标氨-氮含量<15mg/Ｌ氨-氮含量<2mg/l氨-氮含量<0.025mg/Ｌ亚硝酸-氨<0.020mg/Ｌ注：完全氧化1.0mg氨—氮需4.6mg溶解氧。
通过上表的比较，我们可以看出养殖水处理和污水处理、泳池水处理之间的差别：
    1. 养殖水处理相对于污水处理来说，污物种类少，污物含量变化小，生化过程耗氧量低；
    2. 养殖水处理和污水处理比较，处理目的不同。污水处理是把工业、农业等各个行业的废水，经过处理，变成可排放水的过程，养殖水处理是水体循环利用的过程。
    3. 养殖水处理和污水处理、泳池水处理对于水质的要求十分不同。养殖水处理的水质范围、标准，要细致、狭窄的多。
    4. 养殖水处理相对于泳池水处理来说，处理目的不同。泳池水处理最重要的是对于人体不产生危害，主要是水体的消毒、清洁，强调物理过滤、消毒作用。养殖水处理中更重视生化过滤，必须通过微生物作用将NH4-N、NO2-N转化。
    污水处理是一个复杂、庞大的技术体系，产品也很丰富。但是大家注意这样一个问题，大多数种类的污水COD、BOD非常高，降解的主要过程要消耗大量氧气，而水体的溶解氧是有极限的（饱和值）。于是给水体增氧，成为污水处理的一个非常重要的环节，并且伴随污水处理的整个过程。许多污水处理的产品，也都是为适应这个要求设计的。但是养殖水处理过程中，滤床成熟稳定后，进水和出水之间的DO差值一般小于1.0mg/L。由于在循环水养殖的过程中，水体不断循环，并且不断对养殖水体进行充氧，DO在渔业水质标准中一般要求在4.5mg/L以上，因此溶解氧不是养殖水处理的制约因素。
    了解了这个差别，就为养殖水处理降低成本提供了最有力的理论依据。因为目前我们看到的国外的养殖水处理模式，基本上采用的都是污水处理和泳池水处理的设备，没有针对养殖水处理的特点来独自开发。很多的能量和材料浪费在为水体充氧上。如果光从理论上分析出这些差别，还不足以说明问题，也没有解决问题。我们在生产实践中，利用我们在认识上的突破，设计了一些土洋结合的养殖水处理系统，实践证明，对于NH4-N、NO2-N的转化十分有效，和对照组比较去除率达到95%以上，水体中NH4-N、NO2-N浓度长期保持在渔业水质标准要求的范围之内。主要的做法就是增加开放式滤池的体积，尽量就地取材选择过滤材料、设备采用并联方式，避免采用串联方式。 
    但是只把NH4-N、NO2-N控制得很低，并没有解决养殖中全部的问题。伴随着微生物对于NH4-N、NO2-N的降解转化，水质产生和流水养殖、大水面养殖完全不同的一些变化规律，导致鱼类生长出现一些不适应状况。主要如下：
    1.pH降低采用循环水养殖后，pH会下降，并且不稳定。这对于海水鱼类来说，十分有害。天然海水稳定性极强，导致牙鲆、大菱鲆、石斑鱼等海洋鱼类对于pH变化的适应力很低。但是采用循环水养殖以后，有时pH会降低到6左右，造成鱼类严重的不适，同时伴随鱼病发生。
    2.鱼病治疗时，施药量不同循环水养殖中，由于使用滤床，整个水体中导入大量亚硝化细菌和硝化细菌以及其它各种微生物，鱼病治疗的过程因此发生变化，产生新的用药禁忌、用药量也和以往不同。
    3.长期使用循环水养鱼，NO3-N积累，对于鱼类生长产生影响，出现一些没有见过的现象。
    针对以上三点，我们也及时总结了一些经验。总之，通过实践和试验，我们认为，适合我国情况的，造价低、运行成本低的养殖水处理模式，一是对于水处理的原理，应针对渔业生产的需要进行深入了解和探讨;二是要在理论突破的基础上，进行技术突破，因地制宜的采用目前我们的广大渔业生产单位能够承受的设备、材料，土洋结合，建立我们自己的养殖水处理模式;三是要认识到循环水养鱼不是装备设备就可以睡觉了，后期的水质管理十分重要，其规律还需要所有的生产、科研人员，一起共同探索和完善。理的最基本过程由于渔业生产的迫切需要，国内众多水产单位开始进行海水、淡水的循环水养殖生产、实验。循环水养鱼系统的核心是养殖水处理系统，并且围绕水处理系统，建立适合循环水养殖情况下的鱼病防御和治疗系统。
     说到现在中国和国外的循环水养殖，不能不从水处理这个根子上开始说。所有水处理都是在模仿大自然的水体自净的过程。所谓水体的自净是指天然水体在受到污染后，在没有为处理的条件下，借助水体自身的能力使之得到净化的过程。在自净过程中包括稀释、沉降、扩散等物理化学作用和生物降解作用。水中大部分有机物是经生物氧化分解作用得到降解和除去的。
    在养殖水中，污染物质来源于鱼类分泌排泄物、饵料残留，包含碳、氮、磷、硫四种主要元素。其中碳、磷、硫三种元素在物质循环过程中形成的各种产物，在工厂化养殖、溶解氧充分的条件下，对于鱼类影响不大，而且伴随着氮循环，它们也在各种微生物作用下，不断转化成对于鱼类无毒或者毒性较低的物质，这不是养殖水处理主要针对和检测的目标。所以循环水养殖最关注的是氮循环。有机物都含氮，在多种微生物作用下，经过一系列的反应，氮元素从有机到无机，以NH4-N的形式存在，然后NH4-N氧化成为NO2-N，NO2-N进一步氧化成为NO3-N。其中NH4-N和NO2-N对于鱼类毒性很大，我国渔业水质标准中对此有严格的规定。水产养殖的日常水质控制也主要是针对溶解氧、温度、pH、NH4-N和NO2-N。NH4-N和NO2-N对于鱼类的毒性原理类似人类的尿毒症。我们猜想，NH4-N和NO2-N对于鱼类的毒性作用在自然界其实是一种鱼类自我调节和报警功能，一旦局部水域NH4-N和NO2-N浓度偏高，鱼类就会逃离该水域，降低局部的生物密度，保持生物链的结构合理。但是这成为工厂化、高密度水产养殖一个必须要跨越的障碍。所以我们必须模仿水体自净脱氮的过程，并通过人为的控制，降低养殖水体中的NH4-N和NO2-N浓度。
    完整的脱氮过程如下：含氮有机物质→NH4-N→NO2-N→NO3-N→氮气
    1.能够完成（含氮有机物质→ NH4-N）转化过程的微生物特别多，不需要我们人为控制就可以完成。
    2.（NH4-N→NO2-N→NO3-N）转化的过程，需要亚硝化细菌、硝化细菌的作用。养殖水体中亚硝化细菌能够达到的最大浓度为2.50X106个/L ,硝化细菌为2.00×106个/L。可是这个数量对于高密度的渔业养殖生产远远不够。根据理论推算，这个数量能够产生的净化量为1g/m3.h左右，能够完全转化的NH4-N浓度在0.2mg/L以内。以我们目前的养殖密度和投饲量，如果不进行水质管理，NH4-N浓度很快会上升到1.0g/L以上，所以单依靠水体中自有微生物数量，不能完全转化NH4-N、NO2-N为NO3-N，NH4-N，NO2-N浓度会持续积累，危害鱼类生活。
    3.（NO3-N →氮气）的转化，需要比较严格的厌氧环境，从目前对于所有类型的循环水养殖系统的水质检测看，循环水养殖条件下，很难在水体中形成厌氧环境，从而实现完全的脱氮。因此不换水，NO3-N浓度一定会持续增高。NO3-N对于鱼类的毒性作用不是特别大，但是长期积累，达到60～70mg/Ｌ以上时，也会对于鱼类造成危害。一些人宣扬循环水养鱼之后不用换水，只是商业的噱头，没有实验依据。但是为什么有些人这样说呢？因为完全脱氮可以在污水处理过程中实现，他们把污水处理的结论拿到养殖水处理过程中了。在污水处理过程中，污水中的COD，在排放之前，常常高出溶解氧饱和值的几倍、十几倍。所以污水处理的整个流程，始终伴随厌氧环境，可以实现完全的脱氮。但是在养殖水处理过程中，缺乏厌氧环境，因此实验数据指出没有明显的脱氮反应存在。
    在从NH4-N转化为NO2-N，再转化为NO3-N的过程，需要消耗氧气，pH也相应产生变化。因此养殖水处理实际上是利用滤床培养、聚集亚硝化细菌、硝化细菌，促进水体中NH4-N转化为NO2-N，再转化为NO3-N的过程。在这个过程中，需要调节pH和溶解氧，使之同时适合养殖需要和氮的转化。
    二、养殖水处理和污水处理、泳池水处理的异同
    从产业的角度，水处理可以分为污水处理、泳池水处理、养殖水处理。养殖水处理起步比较晚，所以目前无论国内、国外的养殖水处理流程设计都借鉴于污水处理和泳池水处理的技术模式。这种模式在挪威、日本、韩国等国家使用了很长时间，已经形成一些比较成熟的套路和管理模式，对于养殖水的水质处理也达到了渔业的要求。但是这种模式移植到我国后，发现一个致命的弱点，就是设备造价昂贵，运行费用很高，对于我们这样一个发展中国家，这种高成本、高能耗的模式，对于实际的渔业生产不现实，难以广泛应用和推广。
    因此，结合中国的实际情况，研究出一套具有中国特色的，节能、低成本的养殖水处理工艺，是我们中国的水产科技人员必须要做的事情。要想搞出一套具有中国特色的养殖水处理工艺，就必须对于污水处理、泳池水处理和养殖水处理三者之间，进行深入的分析，比较其异同，然后才能有针对性的进行借鉴和取舍，做到节能、降低成本。项目污水处理泳池水处理养殖水处理水中有害物质组成固体物质、有机合成物质、有毒物质、无机化合物、高色度物质和高臭味物质等悬浮物质、病原生物和尿素残饵、鱼类分泌排泄物、氨-氮、亚硝酸-氮，硝酸-氮和病原生物进水口相关指标污水厂进水口，氨-氮、含量30～70mg／L1、在亚硝化细菌、硝化细菌 成熟前，氨-氮、亚硝酸-氮最大值均在10～20mg／L2、在亚硝化细菌、硝化细菌成熟后，氨-氮、亚硝酸氮最大值均在0.01～0.20mg／L
氨-氮完全氧化耗氧量69～253mg/l(是水体饱和溶氧量的9倍以上)1mg/L.(在亚硝化细菌，硝化细菌成熟后，是水体饱和溶氧量的20％以下)主要水质处理指标总固体，悬浮固体，COD，BOD5，总氮.pH、浑浊度、耗氧量、尿素，余氯，细菌总数，总大肠菌数、有害物质pH、氨-氮、亚硝酸-氨，硝酸-氮，水质清洁度，致病微生物数量水质处理目标氨-氮含量<15mg/Ｌ氨-氮含量<2mg/l氨-氮含量<0．025 mg/Ｌ亚硝酸-氨<0.020 mg/Ｌ注：完全氧化1.0mg氨—氮需4.6mg溶解氧。
    通过上表的比较，我们可以看出养殖水处理和污水处理、泳池水处理之间的差别：
    1. 养殖水处理相对于污水处理来说，污物种类少，污物含量变化小，生化过程耗氧量低；
    2.养殖水处理和污水处理比较，处理目的不同。污水处理是把工业、农业等各个行业的废水，经过处理，变成可排放水的过程，养殖水处理是水体循环利用的过程。
    3. 养殖水处理和污水处理、泳池水处理对于水质的要求十分不同。养殖水处理的水质范围、标准，要细致、狭窄的多。
    4.养殖水处理相对于泳池水处理来说，处理目的不同。泳池水处理最重要的是对于人体不产生危害，主要是水体的消毒、清洁，强调物理过滤、消毒作用。养殖水处理中更重视生化过滤，必须通过微生物作用将NH4-N、NO2-N转化。
    污水处理是一个复杂、庞大的技术体系，产品也很丰富。但是大家注意这样一个问题，大多数种类的污水COD、BOD非常高，降解的主要过程要消耗大量氧气，而水体的溶解氧是有极限的（饱和值）。于是给水体增氧，成为污水处理的一个非常重要的环节，并且伴随污水处理的整个过程。许多污水处理的产品，也都是为适应这个要求设计的。但是养殖水处理过程中，滤床成熟稳定后，进水和出水之间的DO差值一般小于1.0mg/L。由于在循环水养殖的过程中，水体不断循环，并且不断对养殖水体进行充氧，DO在渔业水质标准中一般要求在4.5mg/L以上，因此溶解氧不是养殖水处理的制约因素。
    了解了这个差别，就为养殖水处理降低成本提供了最有力的理论依据。因为目前我们看到的国外的养殖水处理模式，基本上采用的都是污水处理和泳池水处理的设备，没有针对养殖水处理的特点来独自开发。很多的能量和材料浪费在为水体充氧上。
    如果光从理论上分析出这些差别，还不足以说明问题，也没有解决问题。我们在生产实践中，利用我们在认识上的突破，设计了一些土洋结合的养殖水处理系统，实践证明，对于NH4-N、NO2-N的转化十分有效，和对照组比较去除率达到95%以上，水体中NH4-N、NO2-N浓度长期保持在渔业水质标准要求的范围之内。主要的做法就是增加开放式滤池的体积，尽量就地取材选择过滤材料、设备采用并联方式，避免采用串联方式。 
    但是只把NH4-N、NO2-N控制得很低，并没有解决养殖中全部的问题。伴随着微生物对于NH4-N、NO2-N的降解转化，水质产生和流水养殖、大水面养殖完全不同的一些变化规律，导致鱼类生长出现一些不适应状况。主要如下：
    1.pH降低采用循环水养殖后，pH会下降，并且不稳定。这对于海水鱼类来说，十分有害。天然海水稳定性极强，导致牙鲆、大菱鲆、石斑鱼等海洋鱼类对于pH变化的适应力很低。但是采用循环水养殖以后，有时pH会降低到6左右，造成鱼类严重的不适，同时伴随鱼病发生。
    2.鱼病治疗时，施药量不同循环水养殖中，由于使用滤床，整个水体中导入大量亚硝化细菌和硝化细菌以及其它各种微生物，鱼病治疗的过程因此发生变化，产生新的用药禁忌、用药量也和以往不同。
    3.长期使用循环水养鱼，NO3-N积累，对于鱼类生长产生影响，出现一些没有见过的现象。针对以上三点，我们也及时总结了一些经验。
    总之，通过实践和试验，我们认为，适合我国情况的，造价低、运行成本低的养殖水处理模式，一是对于水处理的原理，应针对渔业生产的需要进行深入了解和探讨;二是要在理论突破的基础上，进行技术突破，因地制宜的采用目前我们的广大渔业生产单位能够承受的设备、材料，土洋结合，建立我们自己的养殖水处理模式;三是要认识到循环水养鱼不是装备设备就可以睡觉了，后期的水质管理十分重要，其规律还需要所有的生产、科研人员，一起共同探索和完善。





                                编辑：庞琪