受控式集裝箱養(yǎng)殖尾水生態(tài)治理技術(shù)研究與應(yīng)用

吳小軍， 呂 軍

（河南省水產(chǎn)科學(xué)研究院鄭州450044）

隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，土地資源的稀缺性越來(lái)越明顯，人多地少矛盾日益突出。經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了環(huán)境污染, 水產(chǎn)品產(chǎn)量提高引起水質(zhì)惡化,進(jìn)而影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。近幾年，環(huán)保整治行動(dòng)在全國(guó)各地實(shí)施，造成水產(chǎn)養(yǎng)殖面積不同程度的縮減，各地實(shí)施的撤網(wǎng)還湖、還江、還海、關(guān)停污染嚴(yán)重的小型養(yǎng)殖場(chǎng)等，造成水產(chǎn)養(yǎng)殖壓力不斷加大，轉(zhuǎn)變水產(chǎn)養(yǎng)殖方式十分緊迫。傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖被逐漸壓縮，水產(chǎn)行業(yè)不斷探索新的養(yǎng)殖模式和發(fā)展方向。設(shè)施漁業(yè)通過(guò)循環(huán)用水和污水處理實(shí)現(xiàn)高密度養(yǎng)殖，是一種環(huán)保型節(jié)水型可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。

受控式集裝箱循環(huán)水綠色生態(tài)養(yǎng)殖技術(shù)，作為設(shè)施漁業(yè)工廠化養(yǎng)殖的一種新模式，被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部評(píng)為“2018年十項(xiàng)重大引領(lǐng)性農(nóng)業(yè)技術(shù)”。受控式集裝箱養(yǎng)殖與傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式相比，具有節(jié)約水資源、土地資源、養(yǎng)殖密度高、飼料利用率高、建設(shè)周期短、移動(dòng)性強(qiáng)、污染少、捕獲簡(jiǎn)單、抵御自然能力強(qiáng)、病害可控等優(yōu)點(diǎn)。另外此類型循環(huán)箱滿足標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)所需條件，生產(chǎn)成本低，適合大范圍推廣。

現(xiàn)有的集裝箱養(yǎng)殖尾水處理方式能耗高，效益低，2018年9月至2019年9月河南省水產(chǎn)科學(xué)研究院在河南水投華銳水產(chǎn)有限公司開(kāi)展了生態(tài)化尾水處理循環(huán)再利用的研究和示范應(yīng)用，取得了很好的效果。

1 材料與方法

1.1 生態(tài)湖的構(gòu)建

項(xiàng)目實(shí)施地河南水投華銳水產(chǎn)有限公司現(xiàn)有沉淀池長(zhǎng)120 m，寬8 m，深2.5 m，養(yǎng)殖季節(jié)平均水深2.0～2.2 m，主要功能是集裝箱養(yǎng)殖尾水沉淀池?，F(xiàn)將其改造為受控式集裝箱養(yǎng)殖尾水生態(tài)化處理池，構(gòu)建生態(tài)化養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)。

1.2 工藝流程

試驗(yàn)將長(zhǎng)120 m，寬8 m的生態(tài)湖分成8個(gè)功能區(qū)，生態(tài)湖水質(zhì)凈化工藝如下：

工藝流程：養(yǎng)殖尾水→沉淀池→一級(jí)生物浮床生物凈化區(qū)→生物濾壩→轉(zhuǎn)筒式生物膜凈化區(qū)→二級(jí)生物浮床凈化區(qū)→一級(jí)臭氧氧化區(qū)→三級(jí)生物浮床凈化區(qū)→臭氧消毒區(qū)→循環(huán)再利用。

1.3 工作原理

養(yǎng)殖尾水通過(guò)管道流入沉淀池，魚(yú)類糞便殘餌在這里進(jìn)行自然沉淀后，通過(guò)一級(jí)生物浮床對(duì)水體中的有機(jī)物吸收后，通過(guò)由毛刷組成的生物濾壩進(jìn)行生物過(guò)濾。厭氧、兼性厭氧反應(yīng)在這里進(jìn)行，高分子難降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿右妆唤到獾挠袡C(jī)物，然后進(jìn)入轉(zhuǎn)筒式生物膜凈化區(qū)并經(jīng)過(guò)曝氣和臭氧氧化處理。硝化、反硝化在這里進(jìn)行，有機(jī)物、氨氮等有害物質(zhì)分解或被浮床上的水生植物吸收利用水體得以凈化。最后經(jīng)過(guò)臭氧殺菌消毒后送入養(yǎng)殖箱體循環(huán)利用。轉(zhuǎn)筒式生物膜凈化系統(tǒng)內(nèi)裝有竹子、火山巖等生物濾料。

1.4 檢測(cè)項(xiàng)目

化學(xué)需氧量COD采用重鉻酸鹽法HJ828-2017，亞硝酸鹽氮采用離子色譜法HJ84-2016，總氮TN使用紫外分光光度計(jì)HJ636-2012，總磷TP 采用GB/T11893-1989分光光度計(jì)法。水質(zhì)指標(biāo)每隔一個(gè)月檢測(cè)1 次，連續(xù)3 個(gè)月。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 養(yǎng)殖結(jié)果

試驗(yàn)時(shí)間2018年9月-2019年9月，該生態(tài)凈化系統(tǒng)負(fù)擔(dān)8個(gè)集裝箱養(yǎng)殖箱體。南美白對(duì)蝦純淡水養(yǎng)殖4個(gè)箱,巴沙魚(yú)4個(gè)箱。其中南美白對(duì)蝦純淡水養(yǎng)殖4個(gè)箱養(yǎng)殖水體150 m3，經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的養(yǎng)殖，產(chǎn)出南美白對(duì)蝦296 kg，規(guī)格60～80 尾/kg。

2.2 檢測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如下表。

2.1 化學(xué)需氧量COD的變化

處理前及凈化處理后各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)匯總表

生態(tài)化尾水處理系統(tǒng)對(duì)養(yǎng)殖水體化學(xué)需氧量COD的總?cè)コ?9.8%，處理后的化學(xué)需氧量COD質(zhì)量濃度均顯著低于處理前進(jìn)水濃度，并隨時(shí)間表現(xiàn)出整體下降的趨勢(shì),處理后水質(zhì)低于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB8978-1996一級(jí)A（COD＜50mg/L）排放要求和滿足《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》GB11607-89養(yǎng)殖用水水質(zhì)指標(biāo)要求。

圖1 處理前、凈化處理后水體COD濃度的變化

2.2 營(yíng)養(yǎng)鹽含量變化

2.2.1 氨氮NH4+-N

生態(tài)化養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)對(duì)水體中的氨氮有很好的凈化效果。在轉(zhuǎn)筒式生物膜凈化設(shè)備和人工種植的水生植物以及臭氧的強(qiáng)氧化的共同作用下，氨氮由最高的1.96 mg/L 降到0.2326mg/L，去除率為88.16%。由此證明水生植物對(duì)水體中的氨氮有很強(qiáng)的吸收作用，同時(shí)生物轉(zhuǎn)筒填充了比表面積大的碎竹子段和火山巖等填料，運(yùn)行一段時(shí)間后填料上面形成大量的細(xì)菌，細(xì)菌的生長(zhǎng)老化脫落硝化和反硝化作用交替進(jìn)行，使水體中非離子氨降低，有效地凈化了水質(zhì)。

圖2 處理前、凈化處理后水體NH4+-N濃度的變化

2.2.2 亞硝酸鹽氮NO2--N

本次試驗(yàn)經(jīng)生態(tài)化養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)處理后的水體，經(jīng)多次檢測(cè)亞硝酸鹽含量很低，處理效果顯著，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，NO2--N仍然維持在很低的水平。

2.2.3 總氮TN

生態(tài)化治理和生物膜共同作用，隨著周期的延長(zhǎng)生態(tài)化處理系統(tǒng)的總氮呈下降趨勢(shì)，總氮初始濃度均為3～4 mg/L以上，處理后濃度為0.5985～0.89 mg/L，去除率分別為73.2%和85.7%。生態(tài)化處理系統(tǒng)對(duì)總氮的吸收主要是因?yàn)橹参锔鶇^(qū)附近存在多個(gè)好氧、缺氧及厭氧的小區(qū)間，因此，污水在這些小區(qū)間可以交替實(shí)現(xiàn)硝化與反硝化作用，從而去除有機(jī)氮；而無(wú)機(jī)氮?jiǎng)t是水生植物生長(zhǎng)必不可少的營(yíng)養(yǎng)元素，通過(guò)水生植物的生長(zhǎng)可以完成對(duì)無(wú)機(jī)氮的去除，同時(shí)系統(tǒng)中總氮的去除機(jī)制是多樣的，由毛刷及鵝卵石組成的生態(tài)壩不但阻止過(guò)濾了一定量的顆粒物，同時(shí)毛刷及鵝卵石的表面生長(zhǎng)了大量微生物，微生物的生長(zhǎng)吸收了水體中有機(jī)質(zhì)，使水質(zhì)得以凈化；轉(zhuǎn)筒生物膜凈化系統(tǒng)中的竹子濾料纖維素的分解在整個(gè)總氮的降解過(guò)程中又提供了大量碳源，充足的碳源保證了C/N比例，提高了系統(tǒng)凈化效率。

圖3 處理前、凈化處理后水體總氮濃度的變化

2.2.4 總磷TP

生態(tài)化養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)對(duì)總磷有很好的去除效果。在生態(tài)植物浮床和生物膜凈化系統(tǒng)的共同作用下，總磷去除率達(dá)到了86.5%。水生植物吸收攝取和生化濾料上微生物的生長(zhǎng)對(duì)水體中磷的降低起到了很好的凈化作用。

圖4 處理前就、凈化處理后水體總磷TP

3 討論

3.1 生態(tài)化處置和生物膜處理同時(shí)使用

工廠化養(yǎng)殖水處理大多單純使用生物膜處理技術(shù)能耗高，水處理工藝中引入生態(tài)植物浮床生態(tài)化處理方法，可有效的降低水處理工藝中的能耗，值得推廣應(yīng)用。

3.2 選擇合適的水培水生植物

利用浮床種植水生植物可以達(dá)到很好的養(yǎng)殖水體凈化效果。本次試驗(yàn)選擇了多種水生植物的種植，其中空心菜、千屈菜生長(zhǎng)較好，美人蕉、紅、黃燕尾長(zhǎng)勢(shì)較差，所以水生植物品種的選擇至關(guān)重要。

3.3 轉(zhuǎn)筒式生物膜凈化系統(tǒng)效果顯著

生態(tài)化處理系統(tǒng)中轉(zhuǎn)筒式生物膜凈化系統(tǒng)內(nèi)填充的竹子濾料在整個(gè)凈化過(guò)程中提供了大量的碳源，保證了整個(gè)系統(tǒng)的C/N比，提高了凈化效率。

3.4 臭氧的應(yīng)用對(duì)疫病預(yù)防起到很好防控作用

凈化系統(tǒng)中投加了充足的臭氧,提高了水體中的ORP氧化還原電位。養(yǎng)殖水體ORP的提高促進(jìn)了好氧微生物種群的繁殖，好的生態(tài)系統(tǒng)得以重建；水處理工藝末端，利用臭氧殺菌消毒對(duì)疾病的發(fā)生起到了很好的防控效果。

4 結(jié)論

通過(guò)本次試驗(yàn)和數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明，生態(tài)化水處理系統(tǒng)對(duì)COD、總氮TN、氨氮NH4+-N 和總磷TP的去除率分別達(dá)到了39.8%、85.7%、88.16%和86.5%，效果顯著，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》GB11607-89養(yǎng)殖用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，凈化后的養(yǎng)殖尾水循環(huán)再利用實(shí)現(xiàn)了零排放，生態(tài)化處理工藝的引入大大降低了工廠化循環(huán)水處理的能耗，節(jié)能、減排綠色養(yǎng)殖得以體現(xiàn)。