池塘養(yǎng)殖水異位生態(tài)工藝的水質(zhì)凈化效果

王充，蔣天寶，蔡嘉慶，王建明，陳方燦，嚴(yán)晶晶，唐匯娟，鄒記興，周愛國(guó)*

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.廣州市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，廣東 廣州 510520；3.廣州千江水生態(tài)科技有限公司，廣東 廣州 511440）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源短缺和環(huán)境問題日益嚴(yán)重。我國(guó)主要的江河湖海都受到不同程度的污染。水污染的加劇損害了人們的健康和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。水產(chǎn)養(yǎng)殖是導(dǎo)致污染的原因之一，中國(guó)養(yǎng)殖以池塘養(yǎng)殖為主，傳統(tǒng)的池塘養(yǎng)殖模式存在水資源浪費(fèi)、污染問題。過剩餌料及養(yǎng)殖產(chǎn)品排泄物殘留于水體，沉積在底部，使養(yǎng)殖水體受到污染，而養(yǎng)殖戶的傳統(tǒng)做法是大量換水，將未經(jīng)處理受污染的養(yǎng)殖水直接外排，最終導(dǎo)致水資源的浪費(fèi)及環(huán)境污染。預(yù)計(jì)到2050年，全球糧食需求將增加50%，而水產(chǎn)養(yǎng)殖是滿足糧食需求的一種必不可少的方式，近年來水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，且將持續(xù)增長(zhǎng)，想要追求產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展必須解決本行業(yè)造成的環(huán)境污染問題。

為了解決養(yǎng)殖水污染問題，各地區(qū)也建設(shè)了池塘養(yǎng)殖水處理設(shè)施，實(shí)施新型現(xiàn)代養(yǎng)魚模式。如浙江杭州桐廬，主要采用三級(jí)沉淀池、生態(tài)凈化池、生態(tài)溝渠等池塘養(yǎng)殖水凈化設(shè)施，養(yǎng)殖水經(jīng)處理，凈化效果明顯，均達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)；湖州南潯區(qū)在2018年治理養(yǎng)殖水面積6 670萬m，并在2019年全面完成治理，消除了漁業(yè)養(yǎng)殖對(duì)水源環(huán)境的負(fù)面影響；江西省方洲特種淡水養(yǎng)殖有限公司開展了池塘循環(huán)水養(yǎng)殖項(xiàng)目，養(yǎng)殖區(qū)與凈化區(qū)聯(lián)成一體，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖用水的循環(huán)利用；江蘇省實(shí)行潔水循環(huán)生態(tài)養(yǎng)殖，積極建立養(yǎng)殖水處理區(qū)，形成濕地型的水生動(dòng)植物立體布局，使池塘養(yǎng)殖水通過多重凈化后能達(dá)標(biāo)排放或循環(huán)利用；重慶璧山區(qū)大力推廣池塘魚菜共生養(yǎng)殖、池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖、池塘底排污養(yǎng)殖等方式，積極構(gòu)建環(huán)境友好、生態(tài)高效的現(xiàn)代漁業(yè)發(fā)展模式；陜西省采用生態(tài)浮床凈化養(yǎng)殖池塘的水質(zhì)，使池塘各營(yíng)養(yǎng)鹽水平均下降，有效控制了藻類微囊藻水華的爆發(fā)，降低了魚病的發(fā)生；寧夏地區(qū)通過節(jié)水型池塘健康養(yǎng)殖模式構(gòu)建及池塘水質(zhì)凈化等方式，有效地控制了養(yǎng)殖水質(zhì)，降低了養(yǎng)殖用水量；洪湖市金地農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司通過復(fù)合池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)進(jìn)行濕地水質(zhì)的凈化，且人工濕地作為一種生態(tài)、綠色的污水處理技術(shù)，效果也十分顯著。

現(xiàn)于2018年12月2日—2019年2月22日在廣州綠豐農(nóng)水產(chǎn)有限公司炭步基地開展養(yǎng)殖水治理工程試驗(yàn)，運(yùn)用池塘養(yǎng)殖水生態(tài)處理工藝，包括養(yǎng)殖池塘—沉淀池—過濾壩—曝氣氧化池—生態(tài)凈化池等環(huán)節(jié)，利用沉淀、過濾、曝氣、水生動(dòng)植物等手段進(jìn)行處理，形成了池塘養(yǎng)殖水綜合處理模式。通過分析治理工藝對(duì)池塘養(yǎng)殖水的凈化效果，為今后改進(jìn)和完善池塘養(yǎng)殖水生態(tài)處理工藝，促進(jìn)水產(chǎn)綠色生態(tài)健康養(yǎng)殖、保護(hù)和改善水生態(tài)環(huán)境提供數(shù)據(jù)支持。

1 試驗(yàn)方法

1.1 草龜養(yǎng)殖池異位處理模式

試驗(yàn)地點(diǎn)位于廣州綠豐農(nóng)水產(chǎn)有限公司炭步生態(tài)龜鱉養(yǎng)殖基地，養(yǎng)殖面積66 700 m。池塘養(yǎng)殖水異位生態(tài)處理工藝設(shè)施總面積約占養(yǎng)殖總面積的10%（6 670 m），包括排水管-沉淀池（約2 001 m，種植水葫蘆，面積達(dá)1/3）—過濾壩（2 m×5 m×1 m，底部鋪設(shè)礫石，種植有水葫蘆）—曝氣氧化池（約2 001 m）—生態(tài)凈化池（約2 333 m，種有荷花，試驗(yàn)時(shí)間在冬季，已枯萎），養(yǎng)殖池水每日排放，并通過生態(tài)處理工藝處理凈化，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖用水的循環(huán)利用。養(yǎng)殖池異位處理模式見圖1。

圖1 養(yǎng)殖池異位處理模式

1.2 樣品采集

于2018年12月2日、2018年12月16日、2019年1月2日、2019年1月22日和2019年2月22日16：00—17：00，分別采集池塘養(yǎng)殖水生態(tài)處理工藝中養(yǎng)殖池塘—沉淀池—曝氣氧化池—生態(tài)凈化池4個(gè)池的水樣，每個(gè)池采集3處，每處500 mL。

1.3 檢測(cè)指標(biāo)和方法

溶解氧（DO）采用便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀測(cè)定，亞硝酸鹽氮（NO-N）、氨氮（NH-N）、余氯采用DZ-B型水產(chǎn)養(yǎng)殖檢測(cè)儀測(cè)定，化學(xué)需氧量（COD）采用酸性高錳酸鉀滴定法測(cè)定，總磷（TP）采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定，總氮（TN）采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定，硝酸鹽氮（NO-N）采用分光光度法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用WPS2019進(jìn)行畫圖，SPSS17.0軟件進(jìn)行單因素方差分析和多重比較。

1.5 計(jì)算方法

去除率（%）=（水樣污染物初始值-水樣污染物終值）/水樣污染物初始值×100。

2 結(jié)果與分析

不同池塘5次水樣檢測(cè)結(jié)果見圖2（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）。由圖2可見，COD經(jīng)沉淀池處理，其值從14.71 mg/L降至6.93 mg/L，平均去除率達(dá)52.89%，凈化效果明顯。

圖2 不同池塘5次水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

尾水經(jīng)過沉淀池處理后，ρ（DO）出現(xiàn)下降趨勢(shì)，與微生物硝化作用有關(guān)，也可能與水葫蘆覆蓋抑制大氣復(fù)氧有關(guān)，經(jīng)曝氣氧化池曝氣作用，ρ（DO）升高，達(dá)到最大值，生態(tài)凈化池與曝氣氧化池中ρ（DO）相差不大，且原池和生態(tài)凈化池的ρ（DO）均高于3 mg/L，符合《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 111607—89）中關(guān)于ρ（DO）任何時(shí)候不低于3 mg/L的要求。

尾水經(jīng)過沉淀池處理后，ρ（NH-N）下降明顯，由于曝氣氧化池養(yǎng)了一些魚，尾水經(jīng)過曝氣氧化池時(shí)，ρ（NH-N）稍升高，后經(jīng)生態(tài)凈化池處理后，從4.62 mg/L下降至0.61 mg/L，平均去除率可達(dá)86.80%。

第一、二次檢測(cè)ρ（NO-N）在沉淀池中不降低反而升高，且其他幾次水樣檢測(cè)結(jié)果相比于其他水質(zhì)指標(biāo)如NH-N，ρ（NO-N）下降也不十分明顯，可能與沉淀池內(nèi)有水葫蘆浮床有關(guān)，硝化反應(yīng)充分，反硝化反應(yīng)相對(duì)緩慢，導(dǎo)致NH-N去除效果明顯，NO-N累積，這一結(jié)果可從周小平等的結(jié)論得到解釋。但總體水體凈化效果明顯，ρ（NO-N）從0.74 mg/L降至0.07 mg/L，去除率達(dá)90.54%。

尾水經(jīng)沉淀池處理后，ρ（NO-N）呈明顯下降趨勢(shì)，經(jīng)曝氣氧化池時(shí)稍稍升高，經(jīng)生態(tài)凈化池處理達(dá)到最低值。ρ（NO-N）從0.98 mg/L下降至0.14 mg/L，去除率達(dá)85.71%。

尾水經(jīng)沉淀池處理ρ（余氯）呈下降趨勢(shì)，經(jīng)曝氣氧化池后稍稍上升，后經(jīng)生態(tài)凈化池處理后最終下降，其值從0.39 mg/L降至0.09 mg/L，去除率達(dá)76.92%，符合《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》（SC/T 9101—2007）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（0.1 mg/L）。

ρ（TN）總體呈下降趨勢(shì)，從8.05 mg/L降至3.81 mg/L，去除率達(dá)52.67%，符合《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》（SC/T 9101—2007）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（5 mg/L），偶爾可以達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（3 mg/L）。

原池中ρ（TP）最高，經(jīng)過沉淀池處理后其值大幅度下降，經(jīng)過曝氣氧化池后小幅度上升，經(jīng)生態(tài)凈化池處理后下降。ρ（TP）從0.66 mg/L下降至0.17 mg/L，去除率高達(dá)74.24%，符合《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》（SC/T 9101—2007）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（0.5 mg/L）。

3 討論

該套工藝TN去除率達(dá)52.67%，TP去除率達(dá)74.24%，而浙江德清縣所采用的相似的池塘養(yǎng)殖水生態(tài)處理工藝氮磷凈化效果均能達(dá)到60%以上，與之相比，該套工藝TN凈化效果略低，而TP凈化效果則相對(duì)較好。研究發(fā)現(xiàn),通過混凝沉淀池與微曝氣濾池結(jié)合的方式對(duì)河流湖泊水體TP、TN具有穩(wěn)定的凈化效果。劉棟等認(rèn)為池塘循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)TN、TP等水質(zhì)指標(biāo)平均去除率能維持在60%左右，且通常溫度越高，凈化效果越好，該次結(jié)果基本與之相符，去除率在60%左右，但由于該次試驗(yàn)處于冬季，溫度較低，在一定程度上可能影響了水質(zhì)凈化效果，導(dǎo)致TN去除率較低。而田敏的研究表明，藕塘在休眠期（冬季）對(duì)TN、TP以及其他水質(zhì)指標(biāo)的去除率比結(jié)藕期（夏季）高，這與劉棟等的結(jié)果相反，可能工藝凈化效果與所種植的植物有關(guān)。王延暉等通過生態(tài)植物浮床對(duì)養(yǎng)殖池塘水質(zhì)的凈化研究發(fā)現(xiàn)，利用浮床種植植物可以達(dá)到很好的凈化養(yǎng)殖池塘水質(zhì)的效果；顧兆俊等通過生物浮床技術(shù)構(gòu)建排水溝渠發(fā)現(xiàn)其凈化水質(zhì)效果顯著，同時(shí)具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值和觀賞價(jià)值，以及環(huán)境生態(tài)修復(fù)功能，該次研究結(jié)果與之相符。各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)濃度在經(jīng)過沉淀池時(shí)，呈現(xiàn)大幅度下降趨勢(shì)，可能與該池種植了覆蓋水面1/3的水葫蘆浮床有關(guān)，張文明等認(rèn)為，水葫蘆覆蓋水面，可以減少風(fēng)的影響，利于沉降，其根上附著的微生物可進(jìn)行硝化及反硝化反應(yīng)，且水葫蘆本身可對(duì)氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)行吸收。今后應(yīng)進(jìn)一步探究水葫蘆在沉淀池中起到的凈化效果。

4 結(jié)論

通過構(gòu)建池塘養(yǎng)殖水異位生態(tài)治理技術(shù)工藝，比較處理工藝不同環(huán)節(jié)水質(zhì)指標(biāo)。結(jié)果表明，與原養(yǎng)殖池相比，生態(tài)處理工藝中的沉淀池、曝氣氧化池以及生態(tài)凈化池的COD、NH-N、NO-N、NO-N、余氯、TN、TP等質(zhì)量濃度均呈顯著下降趨勢(shì)，溶解氧呈上升趨勢(shì)，池塘養(yǎng)殖水生態(tài)處理工藝水質(zhì)凈化效果明顯。經(jīng)生態(tài)處理工藝處理后的池塘養(yǎng)殖水符合《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》（SC/T 9101—2007）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖用水的達(dá)標(biāo)排放和循環(huán)利用。