养殖水前处理和絮凝法去除重金属技术的研究进展

摘要 水产养殖用水中含有大量的有害成分，这些有害成分会对水产养殖生物产生重大危害，甚至通过食物链等方式对人体产生伤害。对养殖水预处理技术进行概述，重点阐述了用絮凝技术对微小悬浮物、重金属进行去除的方法以及对絮凝剂进行优化的方法，旨在为养殖水前处理技术提供理论支持。列举了针对各种污染成分的传统处理方法，以及对无机絮凝剂、有机絮凝剂、生物絮凝剂3种不同类型絮凝剂性能介绍，通过对比常见絮凝剂性能，为水产养殖业找寻污染成分去除效果更好、经济代价更低、更适合水产养殖业的养殖用水处理方式提供思路。

关键词 前水处理;絮凝剂;重金属;去除

中图分类号 TU991.2  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）10-0018-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.10.005

Research Progress on Heavy Metal Removal Technology by Pre-treatment and Flocculation of Aquaculture Water

GUAN Ruo-ling1，FU Ping-he2

（1.College of Naval Architecture and Ocean Engineering，Naval University of Engineering，Wuhan，Hubei 430033;2.College of Marine Science and Technology， Hainan Tropical Ocean University，Sanya， Hainan 572022）

Abstract Aquaculture water contains a large number of harmful components， which will cause great harm to aquaculture organisms， even through the food chain and other ways to harm the human body. This paper summarizes the pretreatment technology of aquiculture water， focusing on the method of removing small suspended matter and heavy metal by flocculation technology and the method of optimizing flocculant， which is intended to provide theoretical support for the pretreatment technology of aquaculture water. Also lists the traditional treatment methods for various pollution components， as well as the performance of inorganic flocculant， organic flocculant and bioflocculant，which will provide ideas for aquaculture to find better removal effect of pollution components， lower economic costs， more suitable for aquaculture water treatment.

Key words Pretreatment;Flocculant;Heavy metal;Removal

基金项目 海南省自然科学基金项目（520QN278）;三亚市专项科研试制项目（2018KS19）;海南热带海洋学院校级引进学科带头人和博士研究生科研启动项目（RHDXB201810）;海南热带海洋学院教育改革研究项目（RHYjg2021-04）。

作者简介 管若伶（1990—），女，山东青岛人，讲师，博士，从事海水资源综合利用研究。

收稿日期 2021-06-21;修回日期 2021-09-22

伴随着我国水产养殖业的快速发展，水产养殖方式从落后的粗放养模式向规模化、集中化转变，系统化养殖数量和规模急速上升。不合理的养殖方式弊端丛生，严重影响产量和经济效益。水产养殖设施陈旧、技术含量低，且并不具备对养殖用水进行处理使其达到生物安全用水标准的功能，传统养殖模式工程化、设施化水平较低，已经不能适应现代水产养殖业的发展需求，这些都制约了我国水产养殖的可持续发展。十九大明确乡村振兴战略，我国水产养殖业已经进入转换升级关键时期，对水产品质量安全工作提出更加严格要求。养殖水处理技术就是为养殖水质安全而诞生的技术，是将不适合养殖水产品的水或将养殖产生的废水通过一系列的方法排除水体中的有害固体、悬浮物、可溶性物质和气体或者使其转换为无害物质并加入所需要的营养物质，使水质达到鱼类生长需要或可排放标准的技术。

该研究对养殖水污染物的去除方法进行阐述，重点对重金属的去除技术进行描述，总结已有养殖水处理技术研究成果，以期为改进水产养殖用水的预处理方法提供理论支持。

1 养殖前水主要污染物处理方法

水体中污染物类型多样，包括大型的固体废弃物、有毒有害气体、细菌病毒以及重金属污染等，对于污染水体的净化，往往需要多种不同的方法协同作用才能对水体进行有效的处理，各种方法都具有其独特的特点（表1）。

1.1 固体废弃物以及大型悬浮物

对于水体中的一些固态废物或者大型的水生生物，通常采用的方法是过滤，常用的过滤方式一般有传统过滤和机械过滤器等。对于水体中的大型悬浮物则会利用其自身的重力效应采用沉淀法，所以常常设置蓄水池首先进行沉淀处理。

1.2 有毒有害气体

水产养殖前水体中对生物有毒有害的溶解性气体主要有氮气、氨气、二氧化碳、硫化氢等，这些有害气体会导致养殖生物成长停顿致使养殖成本上升，二氧化碳甚至还会导致产品窒息死亡，硫化氢是含硫有机物经厌氧细菌分解而形成的，对养殖产品的健康造成极大威胁。氨气一般为生物的代谢产物，也具有很大的毒性。

对于水体中的有害气体一般采用曝气的方法去除，通过曝气的方式，可将水体中有害气体排出，采用静置法即将水体静置48 h以去除其中的有害气体。或者通过机械装置搅动水体，这种方法既可以高效地排出有害气体，又可以为水体增氧。

1.3 有害细菌、病毒

为了养殖对象不被水体中的各种有害细菌及病毒影响，用水过程中的消毒环节是不可或缺的，用于原水消毒的方法有很多，如氯气（Cl2）消毒、次氯酸钠（NaClO）消毒、次氯酸钙[Ca（ClO）2]消毒、氯胺消毒、二氧化氯（ClO2）消毒、紫外线（UV）消毒、臭氧（O3）消毒等。各种消毒方法均有其优缺点，在各消毒方法中，臭氧法和紫外线法因操作简单、成本较低而备受欢迎。

1.3.1 臭氧法。

臭氧法的应用基础是臭氧具有的强氧化性以及消毒性能，臭氧作为氧化剂，除了可以对原水中有害细菌、病毒进行有效的灭杀作用外，还能对有机物进行氧化使其转化为可降解有机物，从而使大量含碳有机物质发生分解，改善水体的污染程度以及提高水体水质。

1.3.2 紫外线（UV）消毒法。

紫外线杀菌消毒原理是利用适当波长的紫外线能够破坏微生物机体细胞中的脱氧核糖核酸（DNA）或核糖核酸（RNA）的分子结构，造成生长性细胞死亡和再生性细胞死亡，达到杀菌消毒的效果，紫外线杀菌的有效波长范围可分为4个不同的波段：UVA（400～315 nm）、UVB（315～280 nm）、UVC（280～200 nm）和真空紫外线VUV（200～100 nm）[1]。

吴铮笛等[2]研究发现，基于UV而发展的真空紫外线（VUV）185 nm的杀毒作用主要是通过生成一些活性氧化物来将细胞表面结构破坏或者改变其组成成分从而实现杀菌作用的，并且VUV对NO3-与NO2-之间的转化起到积极的作用，对水体中天然有机物的降解率是UV的7倍之多。

1.4 水体中有害微小颗粒物、重金属

对于水体中微小的悬浮颗粒污染物而言，将其从水体中剔除的方法通常有过滤法、气浮法及化学法，过滤法就是使用不同材料制备成滤网或者滤膜进行过滤，目前应用较广的滤料主要有立体弹性滤料、煤渣、陶粒、生化石以及EPS泡沫粒子等。对于大的沉淀颗粒物而言，沉淀可以去除绝大多数较大的沉淀物，然而水体中较微型的沉淀物颗粒则因为体积小、质量轻而漂浮于水体中，很难通过沉淀去除，气浮法就是通过往水体中通入不溶气体，以气泡作为微粒吸附的介质，使得固体微粒能够借用气泡的浮力上浮，从而让微型颗粒污染物与水体分离。化学法通常向水体中加入化学絮凝剂，其作用就是把具有黏性的悬浮物凝聚为固态絮凝物从而达成分离去除悬浮物的过滤方式，通常是和微滤机一起结合使用，去除效率较高。作为一种先进的处理水体的方式，絮凝沉淀法因为其简便且经济的优点被广泛应用于微小悬浮颗粒物的处理中。

2 絮凝剂的类别、特点以及改性探究

应用水处理的絮凝剂主要有无机絮凝剂、有机絮凝剂以及生物絮凝剂三大类。无机絮凝剂虽然成本低廉，但会对人类健康和生态环境产生有害的影响;有机高分子絮凝剂有着投放剂量少、浮渣产生量低、絮凝本领强、絮体能够轻松分离、除油及除悬浮物功效好等优点，但这类高聚物的残余单体具有“三致”效应（致畸、致癌、致突变），因此应用范围不广泛;生物絮凝剂因其不会产生二次污染，使用方法简易，所以应用前景广阔。未来生物絮凝剂可能将全部代替或部分取代传统的无机高分子和合成有机高分子絮凝剂。目前在水产养殖中常见的无机絮凝剂主要有聚合氧化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）以及聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDADMAC/PDDA）[3]，常用有机絮凝剂主要是合成产品，有聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺以及天然产物藻朊酸等，常见絮凝剂性能见表2。

2.1 无机絮凝剂

这是一种简单的无机聚合物絮凝剂，因为无机聚合物絮凝剂在污染水体中提供大量能产生络合作用的离子所以拥有较好的絮凝效果，能够强烈吸附胶体微粒，通过吸附、桥架、交联作用，使胶体凝聚，同时中和了胶体微粒及悬浮物表面的电荷，使胶体微粒互相吸引、碰撞，使胶团稳定性改变，从而形成絮状的混凝物沉淀，因此其具有十分强大的吸附能力[4-5]。

2.1.1 聚合氯化铝（PAC）。

聚合氯化铝（PAC）是一种无机物，一种新式的净水材料、无机高分子混凝剂，对水中胶体物质和污染颗粒物具有极强的电中和及桥联作用，并可高效脱出微有毒物质以及重金属离子。

宋晓乔等[6]在对PAC预处理麦草制浆废水处理的研究中找到了影响PAC水处理效果的各种因素，其中包括PAC的用量、处理水体pH、处理过程转速以及助凝剂的种类等，其在处理不同样品中当水体酸碱度和处理过程转速一致时，PAC用量为1 g/L时对水处理效果最佳，其余条件一致时在pH 6.0时去除效果最为显著，在转速为100 r/min时对水体的效果最为突出。除此之外，PAC与其他种类絮凝剂形成的复合絮凝剂有着更加优秀的性能，通过向无机高分子聚合铝盐中引入SO2-、SiO32-等阴离子得到聚铝盐无机高分子复合絮凝剂，主要有聚合硫酸氯化铝（PACS）、聚合硅酸氯化铝（PASiC）以及聚合硅酸氯化铝（PASiS），3者性能都较PAC有大幅提高[7]。薛笑莉等[8]对不同絮凝剂絮凝效果的对比研究表明，在相同条件下聚硅铝铁的絮凝速度、浊度去除效果都是最为突出的，而聚合氯化铝（PAC）的各种作用效果均次于聚硅酸铝铁。李光辉等[9]比较