湖北水产养殖污染控制管理探讨

赵 琼，曾 霞

（湖北经济学院 统计与应用数学系，湖北 武汉 430205）

一、研究现状

从20世纪80年代开始，国内外许多学者从生态学观点出发，把淡水养殖系统作为人工生态系统来研究，对系统的结构和功能，能量交换和物质循环进行了深入的探讨，认为它是具有良好的生态、经济、社会效益的综合体。然而大规模的淡水养殖，大量的外源输入使得系统内部的物质循环受阻，湖水的生态环境发生了深刻的变化。近年来随着养殖引发的环境问题逐渐突显，越来越多的国内外学者开始关注并研究淡水养殖对局部湖泊环境的影响。养殖水体环境监测、污染成因分析、生态养殖技术、治理技术的开发应用已成为各界关注的热点。[1]-[7]但是，各种污染物对水体的影响程度量化研究较少，且研究视角多数是从生物、化学、环境学等角度出发，对于养殖污染如何控制和处理的研究尚处于初步探索阶段。

鉴于此，本文在总结污染成因的基础上，筛选出污染控制的关键指标，并利用反应扩散方程原理计算养殖废水处理池的容积，能为管理部门和工程设计人员提供科学、可行的建议。

二、水产养殖污染的主要指标

以湖北省为例，淡水养殖的主要方式有大湖网箱养殖、小湖网围精养和农村分散鱼塘精养，这些粗放的养殖方式造成了水体不同程度的污染，污染源主要来自投放的饵料、水生动物排出的粪便、投加的肥料、各种添加剂与药剂以及底质释放，对水体的污染表现为水域氮、磷含量偏高，水体富营养化。[1]

在各项水质指标中，氮和磷被普遍认为是水体富营养化最主要的诱因。水库富营养化程度与水体TN、TP浓度直接相关，TN 在 0.5~1.5mg／L 之间为富营养型，TP 超过 0.01 mg／L时，就可能引起富营养化发生。在网箱养殖水域，散失的饵料和养殖对象的排泄物是投饵网箱养殖水体中磷的主要来源，高密度的投饵网箱养殖造成水体中磷浓度的增加。

此外，BOD（水体中微生物分解有机物的过程消耗水中DO的量）是表示水体被有机物污染程度的一个重要指标。水库网箱养殖产生残饵和排泄物等有机物通常都可以被微生物所分解，分解主要依赖于水中的溶解氧，若溶解氧不足以供给微生物需要，部分有机物氧化不完全，容易产生H2S、NH等有毒气体，严重时会引起养殖鱼类的大量死亡。天气变化引起的鱼大量翻塘正是这个原理。一般认为BOD小于l mg/L，表示水体清洁；大于3～4mg／L，表示受到有机物污染。在水质条件限制不能做BOD测定时，可用COD（水体中能被氧化的物质在规定条件下进行化学氧化过程中所消耗氧化剂的量）代替。网箱养殖对水库水体COD的影响与BOD相类似，其使水库水体的化学耗氧量增加。

下面仅以网箱养殖为例，在一些简化假设的基础上，结合上述各指标，建立相应的模型，对水产养殖废水的处理给出初步的抉择方案。

三、水产养殖废水处理

根据水质监测所得数据，设废水中有害物质的浓度在某个区间内，拟采用生物处理法将其浓度降低到环境保护法规定的标准以下，然后排入河流或再利用。生物处理方式是利用微生物的生命活动过程，把废水中的有机物转化为简单的无机物，在有氧供应的转化过程中微生物对复杂有机物进行分解，使一部分有机物最终转化为稳定的无机物，另一部分与微生物合成为新细胞，而新细胞可从废水中分离出来，通过这种方式去除废水中的有机物。

为此建立废水和微生物混合处理池模型。有机物分解、转化和微生物增殖、衰亡的规律以及有关的参数，由生物化学的研究、试验结果所得。[8]

用数值方法分别对于V=1.6×104m3和V=3×104m3两种容积计算有机物浓度，可得结果如下图1、图2所示。其中，纵轴x的单位为g/m3，横轴t的单位为h。

图1

图2

根据模型运行结果可知，池内有机物的稳定浓度与入池浓度无关，所以，为了使处理后的稳定浓度不超过规定标准，池的容积最小应为V=1.6×104m3，但是，由动态过程的计算知，当有机物的入池浓度突然增加时，用这个容积的处理池将有约有1300h机物浓度，超标准的2倍，且最高达标准的5倍，即使池的容积增到，也超标准的2倍，最高达3倍，注意到现实情况，池子已经太大了，再增大容积显然不可接受，考虑两个池子代替一个大池的双池模型，类似分析稳态情况得出，应选择较大的V1和较小的V2配合。分别令V1=1.4×104m3，V2=0.7×104m3，和 V1=1.4×104m3，V2=2.5×104m3时，得出有机物浓度的曲线如下图3、图4：

图3

图4

分析动态过程，对比单池模型和双池模型时有机物浓度的曲线可见，双池的总容积减小近1/3，而处理效果要好得多，这是一个可行方案，虽然仍有超标，但极难出现有机物入池浓度由10-3突增到10-2的情况。

四、水产养殖污染控制管理策略建议

（一）科学规划湖泊养殖水域，发展生态养殖

科学规划湖泊养殖水域，由环境容量确定水域适宜的生产规模是解决养殖与环境间矛盾的有效途径。确定养殖水体对网围精养或网箱养殖的负载能力，对营养元素尤其是氮和磷的负载能力，最终确定水体的养殖容量，以便科学规划网围、网箱面积和网箱密度等，减少对环境的污染，从而实现对养殖水体的可持续利用。此外，必须修复已退化的水生生态系统。生物修复投资少，没有二次污染，具有广阔的市场和发展前景，是我国今后治理养殖污染水体最具价值和生命力的生物工程技术。现有主要技术有[2]：

生物学技术，包括通过养殖一些对净化水质有益的鱼类或种植一些大型水生生物，达到净化水质的目的。生物调控技术利用的生物基本无副作用，有些本身还是经济产品或养殖动物的饲料，既有经济效益又有环境生态效益。

物理和化学措施，包括施用改良水质的物质、换水、使用增氧机等，其目的是为有益生物种类和生态系的良性运转创造最佳条件。增氧、清淤、换水，不仅能直接减少有害物质，并对促使有害物质和有机物分解起到事半功倍作用。

（二）加强水产养殖排放水处理技术的研究，规范养殖

在健康养殖模式下，除了合理的养殖密度，科学的放养品种结构之外，规范处理养殖废水更不容小觑。我国对集约化养殖排放水处理的研究已经取得了一定进展，如贝类养殖处理污水工程技术、生物净化工程技术、鱼菜共生工程技术、人工湿地废水处理技术等[3]，对于节省资金、保护水环境以及实施生态恢复重建具有重要意义。在现有研究成果的基础上，进一步利用各种相关的数学模型，设计合理的废水处理池容积，既满足鱼类健康生长所需空间和基本的进排水功能，又具备水质调控和净化功能，规范养殖，才能使水体保持良好的生态环境，进而扼制水生生态系统的恶化，减少对水域大环境的影响。

（三）研发配制生态营养饲料，科学投喂

由于大多数水产养殖废物来自饲料，要降低由此而产生的废物，应注意饲料营养成份和投喂方式。通过选择饲料中所含的能量值与蛋白质含量的最佳比，可以减少饲料中N的排泄，其结果是单位生物量所排泄的能量减少。此外，采用科学的投喂方式可减少残饵量。比如，根据养殖对象，在生产过程中，按水温、溶氧、季节变化、鱼体重，随时调整投喂率和投喂量以及投饵次数和时间。另外，变投喂沉性料为投喂浮性颗粒饵料和对饵料过筛，可防止碎饵料在水中流失所造成的污染。

（四）提高养殖户的法制意识，强化法制

为保证水产养殖的社会经济利益与环境利益协调发展，政府必须进行立法并制定严格的实施措施。目前中国还没有完备的水产养殖法规框架和政策，我国正在积极推进和完善以养殖许可证为核心的水产养殖管理制度，加强对水产养殖环境、苗种、饲料、渔药和水产品质量等的全面管理。此外，加大水产品质量标准体系的宣传、教育力度，提高养殖户的法制意识以及公众对水产品质量标准的认知度，制订强制性的水产品质量标准，凡是不符合标准的水产品，禁止进入流通领域。参照质量管理强制性标准，建立市场禁入制度。对于产生严重质量或环境污染事件的，永久性禁止相关单位和个人从事渔业生产和经营的资格。这样，多管齐下才能确保我国水产养殖业的可持续发展。

[1]江林源，邓潜，等.网箱养鱼与水库水质的相互关系研究[J].现代农业科技，2008，（20）：222－226.

[2]胡海彦，狄瑜，宋迁红，邴旭文.水产养殖对水生生态系统的影响[J].湖北农业科学，2011，50（7）：1426－1429.

[3]边蔚，王路光，等.水产养殖对水域环境的影响及污染防治对策[J].河北农业科学，2009，13（6）：91-93.

[4]赵安芳，刘瑞芳，温琰茂.不同类型水产养殖对水环境影响的差异及清洁生产探讨[J].环境污染与防治，2003，25（6）：362-364.

[5]聂湘平，王翔，陈菊芳.水产养殖与有毒有害污染物残留及其环境影响[J].环境科学与技术，2007，30（4）：106－109.

[6]刘浩，董莹，田玲玲.湖北省湖泊水产养殖对湖区生态系统的影响[J].湖北农业科学，2011，50（9）：1789－1792.

[7]李娟，张龙庄，等.人工湿地废水处理技术的研究现状及展望[J].南方农业学报，2011，42（1）：69-73.

[8]姜启源，等.数学模型（第三版）[M].高等教育出版社，2003-08.384－388.