淡水池塘養(yǎng)殖尾水特殊性及治理措施分析

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淡水池塘養(yǎng)殖尾水特殊性及治理措施分析

陳暢1 ，盧生華2 ，陶險(xiǎn)峰3 ，高雅英1 ，楊冬莉4

（1. 重慶市水產(chǎn)技術(shù)推廣總站，重慶 401120；2. 重慶鑫鄉(xiāng)科技有限公司，重慶 400039； 3. 豐都縣農(nóng)民科技培訓(xùn)中心，重慶豐都 408200；4. 重慶農(nóng)業(yè)廣播電視學(xué)校，重慶 401120）

2020年我國(guó)淡水養(yǎng)殖504.06萬公頃，其中池塘養(yǎng)殖262.54萬公頃，同比減少0.73%，占總養(yǎng)殖面積的52.09%；淡水養(yǎng)殖產(chǎn)量3088.89萬噸 ，同比增加2.49%，占養(yǎng)殖總產(chǎn)量的59.13%。淡水池塘養(yǎng)殖在保障水產(chǎn)品有效供給的同時(shí)，養(yǎng)殖尾水超標(biāo)排放也成為部分河流、湖泊氮磷富營(yíng)養(yǎng)化的來源之一，必須對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖帶來的負(fù)面影響給予高度重視。為治理養(yǎng)殖尾水污染，全國(guó)各地開展了形式多樣的技術(shù)探索，總結(jié)出了魚菜共生綜合種養(yǎng)凈化（見圖1）、多級(jí)人工濕地凈化、生態(tài)溝渠凈化、三池兩壩凈化（見圖2、圖 3）等技術(shù)模式，這些模式不同程度地借鑒了工業(yè)廢水、生活污染的治理辦法。但是由于對(duì)養(yǎng)殖尾水與畜禽養(yǎng)殖污水、生活污水、工業(yè)污水的區(qū)別認(rèn)識(shí)不到位，使得這些模式不同程度存在一些缺陷和不足。本文擬分析淡水池塘養(yǎng)殖尾水的特殊性，從其特殊性出發(fā)提出尾水治理的新技術(shù)模式，供借鑒參考。

圖1 魚稻共生綜合種養(yǎng)

1 淡水池塘養(yǎng)殖污染物質(zhì)的來源

1.1 池塘中沉積氮磷主要來源于飼料

已有研究表明，池塘生態(tài)系統(tǒng)中的氮主要來源于飼料，在高度集約化投餌養(yǎng)殖中占90%～98%，飼料中的氮轉(zhuǎn)化為水產(chǎn)品輸出的占20%～27%，沉積氮為54%～77%；磷來源于飼料的占97%～98%，轉(zhuǎn)化為水產(chǎn)品輸出的占8%～24%，沉積磷為72%～89%。大量的氮磷沉積不但造成了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的浪費(fèi)，而且污染池塘水質(zhì)，影響水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)發(fā)展。這些氮磷超標(biāo)養(yǎng)殖尾水排放到江河湖庫(kù)，造成了很大的環(huán)境壓力。

圖2 尾水治理池生物毛刷

假設(shè)養(yǎng)殖草魚餌料系數(shù)為1.5，飼料含水量為零， 草魚干物質(zhì)占鮮重22.6%～27.5%[1] ，則每投喂1.5kg飼料，就有1.09～1.16 kg飼料通過魚的排泄、呼吸、代謝方式進(jìn)入環(huán)境，占比72.67%～77.33%。其中，排糞量占20%即0.3 kg左右[2] ，其他則通過魚鰓以氨、二氧化碳方式及通過尿液（磷通過尿液排出）方式排入水體[3-6] 。糞便中一部分轉(zhuǎn)化為氨氮、二氧化碳、硫化氫等進(jìn)入水體，一部分滯留在淤泥中。從氮、磷角度來看，草魚養(yǎng)殖飼料中約75%的總氮、總磷排入了環(huán)境中[7] 。

圖3 尾水治理過濾壩

1.2 養(yǎng)殖淤泥危害養(yǎng)殖生產(chǎn)，降低經(jīng)濟(jì)效益

養(yǎng)殖淤泥的產(chǎn)生是一個(gè)很重要但又經(jīng)常被忽視的問題。隨著飼料不斷投入和養(yǎng)殖時(shí)間的延長(zhǎng)，池塘中殘餌糞便等長(zhǎng)期沉積，形成很厚的養(yǎng)殖淤泥，通常情況下，投餌養(yǎng)殖1年，增加淤泥厚度為10～20cm。淤泥的增加使得池塘底部抬高，水的深度減小，壓縮魚類生存空間，同時(shí)增加發(fā)生魚病的風(fēng)險(xiǎn)，降低養(yǎng)殖產(chǎn)量和效益。目前通行的外運(yùn)處理淤泥辦法操作不便且 成本高昂，如何減少、清除或者合理利用池塘淤泥，已經(jīng)成為池塘養(yǎng)殖持續(xù)發(fā)展必須解決的難題。

2 淡水池塘養(yǎng)殖尾水的特殊性

2.1 養(yǎng)殖尾水化學(xué)需氧量超標(biāo)多而氮磷超標(biāo)少

2.1.1 養(yǎng)殖池塘水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果分析

2020年3月17日，重慶某區(qū)級(jí)環(huán)境監(jiān)測(cè)站對(duì)42口養(yǎng)殖池塘水體化學(xué)需氧量、氨氮、總氮、總磷進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得出化學(xué)需氧量（COD）、氨氮、總氮、總磷平均值分別為54.86、1.98、5.48、0.92 mg·L-1 。2020年，重慶某環(huán)保督查組對(duì)兩個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)水體暗訪檢測(cè)，得出其化學(xué)需氧量、氨氮、總氮、總磷數(shù)據(jù)（見表1）。

可以看出，相對(duì) 《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求 (SC/T9101-2007)）》一級(jí)排放限值而言，化學(xué)需氧量是排放限值的3.7～6.0倍，總氮是排放限值的1.1～1.9倍，總磷是排放限值的0.5～1.8倍，呈現(xiàn)出化學(xué)需氧量超標(biāo)嚴(yán)重而氮磷超標(biāo)輕微的特點(diǎn)。

2.1.2 藻類、菌類是化學(xué)需氧量高的主要原因

養(yǎng)殖水體中的有益藻類是池塘生態(tài)系統(tǒng)中重要的初級(jí)生產(chǎn)力，是水體溶解氧的主要來源。藻類的旺盛生長(zhǎng)，引起水體中葉綠素a的大量增加，進(jìn)而引起化學(xué)需氧量增加。菌類作為有機(jī)體，同樣引起化學(xué)需氧量增加。有研究指出，葉綠素a與高錳酸鹽指數(shù)之間呈良好的線性相關(guān)性[8-9] 。

2.1.3 混養(yǎng)模式中藻類的存在降低了氮磷的含量

養(yǎng)殖水體中的氮磷除主要來源于飼料外，還有一小部分來源于施肥，包括為了培水而投入的肥水劑（主要成分為氨基酸肥料、可溶性磷酸鹽一種或者兩種）。藻類是混養(yǎng)食物鏈中不可缺少的一環(huán)，能夠?qū)⑺w中的部分氮磷轉(zhuǎn)化成濾食性魚肉，因此混養(yǎng)有濾食性魚類池塘水體的總氮、總磷一般不會(huì)很高。

2.1.4 氮磷在池塘環(huán)境中存在的形式和位置不同

飼料中被魚類攝食的氮，一部分以氨氮形式通過魚鰓進(jìn)入水體，一部分以有機(jī)氮形式通過糞便進(jìn)入水體，殘餌糞便中部分有機(jī)氮也會(huì)分解成氨氮進(jìn)入水體，所以說飼料中的氮主要以氨氮形式進(jìn)入水體。綜合來看，由于投喂飼料而進(jìn)入水體中的氮，80%以上溶于水中，只有不到20%的氮在淤泥中。

按《飼料添加劑安全使用規(guī)范》（2017年修訂版）要求，水產(chǎn)養(yǎng)殖飼料中總磷的含量為0～0.6%。飼料中磷的10%～20% 直接進(jìn)入水體，魚類攝食磷中的20%～40%用于生長(zhǎng)，60%～80%排入水環(huán)境[10] 。進(jìn) 入水體中磷的少部分被藻類吸收，約70%～80%吸附在淤泥中。如果用生石灰消毒調(diào)水，則磷主要以磷酸鈣鹽形式沉淀在淤泥中或者懸浮于下層水中。所以排 放下層水（包含部分淤泥）時(shí)磷含量高一些，排放表層水時(shí)磷含量低一些。

2.2 養(yǎng)殖尾水污染輕但是沖擊量大

水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水雖然與畜禽養(yǎng)殖污水、生活污水相比屬于輕度污染水，但是排放方式區(qū)別很大。畜禽養(yǎng)殖污水、生活污水排水量均勻，每次排水量小，而水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水排放不均勻，單次排水量大。比如1畝（1畝=667m2）1.5 m深的池塘，按照每年清塘1次，再換水1/3測(cè)算，每年排放養(yǎng)殖尾水約1333 t，而一個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)面積規(guī)模少則幾十畝，多則幾百上千畝，排放養(yǎng)殖尾水的量會(huì)相當(dāng)大。更重要的是，清塘?xí)r一天或者幾天就要排干一口或者幾口塘，對(duì)這種短時(shí)間集中大量排水，一般的處理設(shè)施設(shè)備難以承受。

2.3 養(yǎng)殖尾水日常排水量受降雨影響大

池塘養(yǎng)殖絕大部分是露天養(yǎng)殖，受降雨影響很大，雨季可能天天排水，旱季幾個(gè)月都有可能不排水。這樣的看天看降雨排水，對(duì)于生物處理系統(tǒng)而言，要么超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)不到處理效果，要么系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間處于沉寂狀態(tài)，系統(tǒng)功能逐步喪失，而一個(gè)微生物處理系統(tǒng)要恢復(fù)功能，通常需要20 d以上。

2.4 養(yǎng)殖尾水溶解氧比較高

養(yǎng)殖尾水來源于養(yǎng)殖池塘，根據(jù)《中華人民共和 國(guó)漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB11607-89）：溶解氧連續(xù)24 h中，16h以上必須大于5mg·L-1 ，其余任何時(shí)候不得低于3mg·L-1，對(duì)于鮭科魚類棲息水域冰封期其余任何時(shí)候不得低于4mg·L-1 。即使排出的是底層水，其溶解氧一般也不低于3 mg·L-1 。

3 養(yǎng)殖尾水特殊性對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的影響

3.1 制造厭氧環(huán)境受到挑戰(zhàn)

人類社會(huì)運(yùn)用A2O污水處理模式已經(jīng)上百年，完全能夠?qū)崿F(xiàn)污水的脫氮脫磷。這個(gè)模式的一大特點(diǎn)就是有一個(gè)厭氧（缺氧）環(huán)境來進(jìn)行反硝化脫氮?，F(xiàn)行的一些養(yǎng)殖尾水治理技術(shù)借鑒了這個(gè)模式，比如“三 池兩壩”模式就設(shè)置了厭氧池，然而由于很難做到溶解氧快速低于0.5mg·L-1 ，因此脫氮效果非常不明顯。如前面分析所知，養(yǎng)殖尾水具有輕污染、高溶解氧特性，輕污染就難以在靜置較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到厭氧狀態(tài)，再加上本身又具有高溶解氧，所以難以形成厭氧環(huán)境。此外，如果處理池沒有避光，在陽光照射下，池水中的藻類還會(huì)產(chǎn)生溶解氧?？梢?，養(yǎng)殖尾水要運(yùn)用傳統(tǒng)模式來處理，在制造厭氧環(huán)境方面很難達(dá)到預(yù)期目的。

3.2 脫氮脫磷受到挑戰(zhàn)

如前所述，通過反硝化脫氮難以達(dá)到預(yù)期目的， 而采取表面流人工濕地、植物綜合種養(yǎng)等方式來脫氮脫磷同樣受到挑戰(zhàn)。人工濕地對(duì)氮的去除主要依靠微生物的反硝化作用，植物吸收和氨氮揮發(fā)所占比率不到總?cè)コ实?20%[11] 。由于養(yǎng)殖尾水溶解氧高，反硝化極難進(jìn)行，而植物吸收效率又較低，造成其總體荷載較低，除非加大處理面積，否則即便尾水均勻排放也難以治理達(dá)標(biāo)，更何況還存在強(qiáng)沖擊和降雨排水的影響。

圖4 生態(tài)溝渠凈化

生態(tài)溝渠（見圖4）看似添加了生物填料，但是溝渠中厭氧環(huán)境缺失，填料上的微生物仍然從事的是硝化反應(yīng)，脫氮仍然得靠其中的植物，同樣存在效率低下的難題。

雖然在好氧條件下，固磷菌能吸收磷，但是缺少加藥沉淀（混凝、絮凝）環(huán)節(jié)，不能像生活污水處理廠一樣，用固磷菌通過沉淀工藝將磷從水中分離出來。

3.3 降COD受到挑戰(zhàn)

養(yǎng)殖尾水污染指標(biāo)超標(biāo)最高的是化學(xué)需氧量，由前面分析可知，化學(xué)需氧量之所以高，是因?yàn)樵孱?、菌類所致。要在尾水中移除藻類、菌類，唯一的辦法是加藥沉淀（混凝、絮凝）。限于加藥沉淀成本高，后續(xù)淤泥處理難度大，對(duì)水處理的技術(shù)要求更高，難以在養(yǎng)殖尾水治理上大面積推廣應(yīng)用。

4 水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水可利用性分析

4.1 環(huán)保關(guān)注污染物質(zhì)對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的利弊

環(huán)保關(guān)注的養(yǎng)殖尾水污染指標(biāo)主要是氨氮、總氮、總磷和化學(xué)需氧量（COD），其中硝酸鹽 （NO3 -）、總磷、離子氨（NH4 +)和化學(xué)需氧量對(duì)魚類沒有毒害，非離子氨（NH3）和亞硝酸鹽（NO2-）對(duì)魚類有毒害，但是在溶解氧充足情況下一般不易超標(biāo)。

4.2 幾種污染物質(zhì)的生物毒性分析

如前所述，飼料中未被魚類利用的氮主要是以氨氮形式存在于水體中。氨氮包括非離子氨（NH3 ）和離子氨（NH4 +)。在氨氮總量一定的情況下，非離子氨與離子氨之間的比例會(huì)在隨著水溫和pH的不同，而有規(guī)律地相互轉(zhuǎn)化，水溫越高，pH值越高，非離子氨占比就越高。非離子氨對(duì)魚類有毒害，養(yǎng)殖水體非離子氨濃度不得大于0.02mg·L-1（相當(dāng)于在 20 ℃，pH=7.5時(shí)，氨氮≤1.61mg·L-1），而離子氨沒有毒害。亞硝酸鹽毒性非常大，養(yǎng)殖水體亞硝酸 鹽濃度不得大于0.1mg·L-1 。而硝酸鹽要有很高的濃度（300mg·L-1以上）才會(huì)對(duì)魚有脅迫性，這種情況在淡水養(yǎng)殖池塘一般不會(huì)發(fā)生。以養(yǎng)殖草魚為例， 假設(shè)餌料系數(shù)為1.5，1畝（1畝=667m2）水深2m池塘產(chǎn)出1000kg草魚，則需投飼1500kg，假設(shè)飼料中粗蛋白含量26%，則這些飼料在水中能最大限度累積產(chǎn)生的硝態(tài)氮的濃度在128.73mg·L-1 ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于300mg·L-1 。實(shí)踐中這個(gè)值要低很多，因?yàn)樵孱愐罅课盏?，揮發(fā)一部分非離子氨，還有底部淤泥由于存在厭氧環(huán)境，會(huì)發(fā)生反硝化作用，使得一部分硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)狻?/span>

4.3 養(yǎng)殖尾水外排有害，但是可以回收利用

雖然非離子氨、亞硝酸鹽對(duì)魚類有毒害，但是在溶解氧充足的情況下，水體中的氨氮會(huì)轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，亞硝酸鹽再轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，只要注意提高溶解氧，池塘水體中的氨氮、亞硝酸鹽一般不會(huì)造成危害。除清塘?xí)r攪拌底泥后排出的尾水外，日常排放尾水中的總磷一般不會(huì)超過養(yǎng)殖標(biāo)準(zhǔn)，而且磷化物有利于藻類的生長(zhǎng)，是生態(tài)養(yǎng)殖十分重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。養(yǎng)殖尾水回收不但能夠利用氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且節(jié)約大量水資源。

5 新技術(shù)破解養(yǎng)殖尾水治理難題

5.1 通過池塘外循環(huán)技術(shù)回收利用養(yǎng)殖尾水

池塘外循環(huán)技術(shù)的含義是指，在養(yǎng)殖池塘外，用部分池塘改建或者新建一個(gè)凈化水質(zhì)的凈化塘（表面流人工濕地、生物氧化塘），將養(yǎng)殖尾水排入凈化塘，通過水力提升泵將凈化后的水提升到養(yǎng)殖池塘旁安裝的跌瀑裝置，經(jīng)過跌瀑裝置曝氣增氧后回到養(yǎng)殖池塘再次使用，如此反復(fù)凈化循環(huán)利用。

5.1.1 凈化塘

凈化塘可按常規(guī)的表面流人工濕地或生物氧化塘方式構(gòu)建，面積占總養(yǎng)殖水面的6%～8%，其作用一是對(duì)日常池塘底部排入的污水進(jìn)行沉淀和植物凈化，二是作為養(yǎng)殖場(chǎng)的冗余池塘，缺水時(shí)為其他池塘補(bǔ)水，清塘?xí)r可以作為倒塘需要儲(chǔ)水。一個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)可以設(shè)一個(gè)凈化塘，也可以設(shè)多個(gè)凈化塘，甚至一口池塘配置一個(gè)或者多個(gè)凈化塘。

5.1.2 跌瀑裝置

跌瀑裝置（見圖 5）是外循環(huán)系統(tǒng)的核心部件，外觀如同一定坡度的梯步，可以用金屬、塑料或者混凝土、磚頭、石頭等制作，其作用是對(duì)循環(huán)回池塘的水進(jìn)行增氧。水被提升到跌瀑裝置上方流下， 經(jīng)過跌瀑裝置上的梯步逐級(jí)跌落，跌落過程中與空氣充分接觸，提升其溶解氧，同時(shí)將水中的二氧化碳（CO2 ）、硫化氫（H2S）等氣體釋放出去。試驗(yàn)證明，跌瀑裝置的動(dòng)力效率介于葉輪式增氧與納米橡膠管曝氣增氧之間。

圖5 跌瀑裝置示意圖

5.1.3 循環(huán)動(dòng)力

尾水循環(huán)的動(dòng)力是水泵，水泵配置需恰到好處， 能夠?qū)⑿枰乃縿偤锰嵘降傺b置上方即可，功率過大則增加成本。水泵的效率要高，這樣可以節(jié)約能耗。按經(jīng)驗(yàn)10畝（1畝=667m2）池塘常規(guī)養(yǎng)殖需配3 kW增氧設(shè)備，在這個(gè)系統(tǒng)下，10畝地配一個(gè)1.5kW的增氧設(shè)備，然后配1.5 kW的水泵作為循環(huán)動(dòng)力。當(dāng)池塘需要增氧時(shí)，以前是用3kW的增氧設(shè)備增氧，現(xiàn)在則是用一個(gè)1.5 kW的增氧設(shè)備加上1.5 kW的水泵提升水通過跌瀑裝置增氧，同樣滿足要求。

5.1.4 池塘外循環(huán)作用分析

池塘外循環(huán)將靜水養(yǎng)殖改變?yōu)榘肓魉B(yǎng)殖，不但節(jié)約了水資源，利用了肥力資源，解決了施肥違法的問題，實(shí)現(xiàn)了零污染零排放，同時(shí)跌瀑景觀增加了養(yǎng)殖場(chǎng)的觀光性，有利于休閑漁業(yè)發(fā)展。更為重要的是，該技術(shù)將治理污染與增氧融為一體，而且不增加運(yùn)行成本。

5.2 通過投料臺(tái)氧及臭氧微納米氣泡水增氧殺菌消毒

在投料臺(tái)底部淤泥中布上網(wǎng)格狀水管，水管互相連通，有一個(gè)總的進(jìn)水口，水管上面均勻鉆上數(shù)百個(gè)小孔（小孔直徑1～2mm），進(jìn)水管接到氧及臭氧微納米氣泡水設(shè)備的出水口上。臭氧微納米氣泡水通過布水管上的小孔流出，由于這些水含有高濃度臭氧，可以氧化淤泥中的有機(jī)質(zhì)，殺滅有害菌，如同在淤泥中均勻撒入二氧化氯、過硫酸鉀等物質(zhì)。臭氧很快衰減 為氧氣，可以有效增加投料區(qū)的溶解氧，減少魚的應(yīng)激反應(yīng)，同時(shí)在魚進(jìn)出投料區(qū)時(shí)進(jìn)行殺菌消毒，等同于在投料區(qū)四周掛上藥袋。

6 討論

養(yǎng)殖尾水的特殊性使得傳統(tǒng)的治理技術(shù)難以保證達(dá)標(biāo)排放，但是尾水中豐富的藻類、超標(biāo)的氮磷等又恰好是水產(chǎn)養(yǎng)殖所需要的。循環(huán)回用（見圖 6）是解決養(yǎng)殖尾水污染問題的有效辦法，而不增加運(yùn)行成本則是技術(shù)推廣應(yīng)用必須考慮的重要因素。

圖6 內(nèi)循環(huán)微流水浮式流水槽養(yǎng)殖

投料臺(tái)的臭氧微納米氣泡水在氧化淤泥的同時(shí)，起到增氧、殺菌的作用；氧微納米氣泡水大幅度提高池水溶解氧 ，消除非離子氨（NH3 ）和亞硝酸鹽（NO2 - ）危害，從而減少魚類病害，降低養(yǎng)殖成本。

采用微納米氣泡水技術(shù)保證池水溶解氧充足，再套養(yǎng)適當(dāng)?shù)臑V食性魚類調(diào)控水質(zhì)，通過池塘外循環(huán)的異位治理和投料臺(tái)的原位治理，對(duì)池塘養(yǎng)殖尾水完全能夠?qū)崿F(xiàn)回收利用。

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(來源：南方農(nóng)業(yè)2021年11月第15卷第31期)

另請(qǐng)參閱：水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理——多級(jí)人工濕地凈水技術(shù)

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