我国海水养殖废水处理技术再获新进展

作者:  来源:中国海洋报   发布时间:2018-11-02 11:07:42   [打印本页] [关闭窗口]

  装在塑料瓶里发黄、浑浊的污水,几个小时后,竟然变戏法似的成了清澈透亮、无色无味的水……近日,记者在交通运输部天津水运工程科学研究院的实验室里目睹了这一过程。原来,该院的实验人员正在进行海水养殖废水处理实验。

  由交通运输部天津水运工程科学研究院联合华北电力大学开展的海水养殖废水净化项目,近期取得了突破性进展。该项目创新研发了接触氧化耦合微纳米曝气技术,能够使海水养殖废水中的污染物快速去除,减少养殖废水对海水的污染,用科技手段助力海洋生态环境保护,推动海洋产业绿色可持续发展。

  高度重视 打好海洋污染治理攻坚战

  近年来,我国海水养殖业迅猛发展,促进了当地海洋经济的发展,为养殖户带来了可观的收入。但由此产生的养殖废水排放量与日俱增。

  目前,绝大多数海水养殖废水直排入海,造成了一些排放海域氮、磷等营养物质增高和溶解氧降低,严重污染近海水域环境,加剧生态系统失衡。

养殖废水处理工艺流程

  为了治理养殖废水,打好海洋污染治理攻坚战,我国出台了多项水体保护及治理规划,提出阶段性完成目标及治理期限。

  2015年4月2日,国家出台《水污染防治行动计划》,彰显了国家对防治水污染的重视和决心。该计划中提出,到2030年,全国水环境质量要实现总体改善,水生态系统功能得到初步恢复。

  2017年5月19日,《关于进一步加强渤海生态环境保护工作的意见》中,指出,要加强海洋生态保护与环境治理修复。同年,中央环保督察组对广西、海南、福建等省提出入海排污源、海岸线养殖塘、养殖废水等的整治要求。

  各级政府纷纷响应并行动。以海南为例,海南省政府高度重视,办公厅印发《海南省深化生态环境六大专项整治行动计划(2018年~2020年)》,制定实施养殖水域滩涂规划,整治无序海水养殖行为。同时,《海南省水污染防治条例》明确要求,从事水产养殖应当保护水域生态环境,排水应当符合国家和本省水污染物排放标准。

  由此可见,海水养殖废水污染治理已经受到高度重视,并在政策层面提出了必须达标排放的要求。

  目前,海水养殖废水排放标准执行水产行业标准《海水养殖水排放要求》(SC/T9103-2007)中的各项污染物指标要求。其中主要约定了养殖过程中可能产生的,对环境造成不良影响的指标,即以氮、磷、有机物为主的排放指标。

  “受诸多因素影响,海水养殖废水治理难度较大。常规方法下,海水养殖废水治理费用高且难以达标”,该项目负责人张騄表示:“技术及成本是海水养殖废水达标排放的最大制约因素”。

  技术攻坚  坚决对养殖废水污染说“不”

  为解决海水养殖废水处理难题,交通运输部天津水运工程科学研究院投入专项资金,利用水运交通环保实验室科研平台,联合华北电力大学等国内知名高校组建了博士科研团队,开展海水养殖废水净化技术研究。

高效微生物载体实景图

高效微生物载体结构图

实际应用的高效微生物载体

水体中微生物结构图

  当下,专门针对海水养殖废水治理的研究相对较少,实际应用也不多,常规的治理方法包括水体交换法、物理法、化学法、生物法。其中,水体交换法、物理法、化学法需要较多工程措施以及电力设备等条件,处理成本较高。物理法和化学法无法有效去除水体总氮,容易造成二次污染,破坏水域原有的生态系统。

  因此,生物法以其投资低、效益高、无二次污染且运行管理方便等优势得到了快速发展,并逐渐应用到水环境污染治理中。

  但是,由于海水盐度较高,常规生物法处理海水污染效率较低,无法达到预期效果。因此,该科研团队经过潜心钻研,研发了新型固定化微生物技术。

  “固定化微生物技术是指利用物理或化学方法将游离微生物细胞、细胞器、酶或动植物细胞固定在某一特定空间范围内,使其高度聚集,并使其保留固有的活性,能在环境中连续和重复使用的技术。”该项目技术负责人常方介绍道,固定化微生物技术对受污染水体中的有机物和无机氮等的去除均能取得较好的效果,并且用于水处理后的固定化微生物可多次重复使用。

  同时,科研人员针对不同海水养殖废水特性进行了大量、系统的试验研究,在耐盐微生物培养驯化、固定化材料研发等方面不断创新,技术取得重大突破,并形成一整套高效、成熟的处理技术和装备设计方案。

  据悉,该项目的核心技术——接触氧化耦合微纳米曝气技术是将特选的高效微生物固定在特殊的微生物载体上,使其在复杂环境中依然可保持很高的微生物密度和生物活性,并且能在适宜条件下快速增殖。

  “该技术具有处理效率高、反应速度快、微生物流失少,运行稳定可靠等诸多优势。极大程度地增强了微生物在养殖废水中的生物活性,从而有效提升了出水水质,克服了微生物对污染物降解效率低的困难,降低了养殖废水处理的成本。”该项目技术总负责人常方告诉记者。

  目前,这项技术可将养殖废水中化学需氧量、无机氮、磷分别降至5毫克/升、0.3毫克/升、0.03毫克/升以下,处理效果高于养殖废水一级排放标准的要求。“采用该技术可将养殖废水中各种污染物严格控制在排放标准以下,而且部分难降解污染物浓度远低于排放标准。”常方说。

  不仅如此,新技术还具有占地面积相对较小、运行稳定、运行成本低(每吨养殖废水处理成本仅为0.5元~1元)、维护成本低等特点,适用范围广、推广价值高。

  因地制宜 技术推广应用前景广阔

  为推进技术应用,2017年,交通运输部天津水运工程科学研究院在海南省东方市某水产养殖场开展了海水养殖废水净化的实验研究。

  科研人员因地制宜,采用了微纳米曝气固定化微生物处理装置。该装置由初沉池、调节池、多级缺氧—好氧接触氧化反应池等组成,微生物反应池中以聚氨酯悬浮球组合调料作为反硝化菌和硝化菌的载体。“利用聚氨酯载体填料独特的微生物固定化优势,将富集出的氨氧化菌等污染物高效降解菌固定在载体表面,使其在系统中维持较高的微生物密度和活性,从而发挥稳定高效的氨氮等污染物去除效果。”常方介绍道。

  第三方检测结果表明,养殖废水经处理设施净化后的出水水质已优于海水养殖废水排放一级标准,其中化学需氧量、无机氮以及活性磷酸盐分别稳定达到10.0毫克/升、0.50毫克/升和0.05毫克/升以下的水平。

  不忘初心 推动海水养殖业健康发展

  2017年,海南省海洋经济生产总值约为1250亿元,同比增长9%,快于地区生产总值增幅。海洋经济的发展正在科技的带动下服务新时代的发展需求,将大海的潜在生产力转化为洁净、高效的生产力。建立养殖示范区,将养殖废水集中收集、集中处理、集中排放,成为推动传统渔业向现代渔业转型的必然要求。

  “下一步,将推动该技术广泛应用于我国沿海海水养殖废水处理工作,推动海水养殖业健康发展,破解海洋环境保护和废水排放污染的矛盾。”张騄表示,将继续推动科技与海洋环保相结合,克服传统海水养殖业的弊端,同时为其带来新的经济活力。

  交通运输部天津水运工程科学研究院院长张华勤表示:“这几年,我院按照党中央、国务院加强生态文明建设的要求,把开展海洋保护作为我院科研工作的重点,加大人才引进及资金投入,积极推动相关科研工作。该项目是我院践行十九大报告当中提出的科技创新战略、交通强国战略和海洋强国战略的具体行动之一。我院将继续加大资金及人才投入,为加强海洋生态环境保护、加快建设海洋强国贡献一份力量。”

  链接

  交通运输部天津水运工程科学研究院近5年承担各类项目6000余项,其中国家及省部级科技计划项目130余项,国家重大工程研究项目400余项,韩国、马来西亚、印度尼西亚等20余个国家的海外工程研究120余项,与美国、德国、日本等20多个国家科研机构开展合作。获得国家科技进步奖4项,国家优质工程奖4项,省部级科技进步奖140余项。

  该院海岸与海洋资源利用研究中心秉承“科技让环境更美好”的核心价值观,将环境及生态问题的研究、环境及生态科技产品的研发、环境及生态咨询服务等作为重要科研方向。在巩固以海洋为中心、科学和技术相结合的学科群优势的基础上,充分发挥环境工程、海洋工程、生态学、港口工程、土木工程、自动控制工程、材料工程、测量工程、地理信息系统、遥感科学与技术、水文与水资源等学科综合优势,围绕社会经济发展、环境保护和城市建设的中心任务,致力于为环境及生态建设及管理提供决策咨询和技术支持。

  用微生物固定化技术对海水养殖废水进行处理。

  微生物固定化载体是一种具有网状大孔结构的高分子合成材料,微生物(细菌)通过吸附作用结合在高效微生物载体表面。载体表面的微生物通过硝化作用和反硝化作用达到脱氮的目的,整个处理过程中,载体表面的微生物可以有效消耗掉水体中有机物和磷酸盐,从而达到去除有机物和磷酸盐的目的。