梯级净化系统对水产养殖源水水质影响研究

文/华建权 倪蒙 原居林 戎华南

水是鱼、虾等水产养殖生物生活和生长的基础，水质环境恶化会严重影响养殖动物的生长和繁殖，甚至引起鱼、虾大量死亡。国内外学者在养殖水质调控方面开展了大量的研究工作，但传统方法大多集中在池塘水体原位修复环节，且净化水体量小，难以满足日益增长的养殖用水需求。如果结合水体源水修复方法，充分利用养殖源水引水过程进行水质修复，便可以从根源上提高养殖用水的质量，降低养殖用水的污染物含量。如何有效控制养殖用水源水质量、降低其污染物含量和提高水产养殖产量与质量，已成为水产养殖生态研究的重要方向。

本研究从渔业生态环境角度出发，利用养殖场原有的一条沟渠，建立起一种流水梯级净化系统，并对动态进水条件下梯级净化系统的水质特征进行了研究，分析梯级净化系统对水产养殖源水主要污染物的去除效果，为水产养殖源水污染物治理提供参考，并推动水产养殖业的健康可持续发展。

一、材料与方法

（一）梯级净化系统设计

试验在浙江省慈溪市某水产养殖场进行，主养品种为南美白对虾和罗氏沼虾。试验利用养殖场原有的一条沟渠，建立起一种水产养殖梯级净化系统。沿沟渠方向分别设置沉淀区、过滤区、微生物净化区、沉水植物区、挺水植物区和生态净化池（图1）。

沉淀区中采取异向流斜管用于大颗粒污染物质的沉淀。过滤区使用陶粒和火山石作为过滤材料，沿水流方向过滤材料孔径由大到小排列。微生物净化区设置弹性填料，并定期添加侧孢芽孢杆菌+地衣芽孢杆菌+干酪乳杆菌等益生菌。沉水植物区按照6株/m2种植狐尾藻。挺水植物区按照8株/m2种植香蒲。生态净化池按照750尾/hm2放养鲢、鳙，采用双层生态浮床种植空心菜，浮床覆盖面积约为生态净化池面积的10%。

图1 采样断面的位置分布

（二）水质分析

分别在实验开始后第15天、30天、45天和60天采集梯级净化系统各单元水样。使用1.0L的采水器按常规方法采集每个样点表层水样及底层水样，将表层与底层水样混合后取1L，运回实验室分析。采用水和废水监测分析标准方法，测定其总氮、总磷、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、高锰酸钾指数等各项水质指标，分析梯级净化系统对水体中主要污染物的影响。

二、结果

（一）梯级净化系统对总氮去除效果

梯级净化系统对总氮具有很好的去除效果，随各处理单元逐级递减，经生态净水池后，总氮含量为（1.35±0.43）mg/L，平均去除效率为67.71%（图2）。

（二）梯级净化系统对总磷去除效果

梯级净化系统对总磷具有很好的去除效果，随各处理单元逐级递减。15天时，沉水植物区、挺水植物区和生态净化池对总磷去除效果较差，可能是由于水生植物生长周期较短，净化作用较小；30天～60天水生植物对总磷具有较好的去除效果。经生态净水池后，总磷含量为（0.44±0.18）mg/L，平均去除效率为65.59%（图3）。

（三）梯级净化系统对氨氮去除效果

梯级净化系统沉淀区和过滤区均对氨氮具有很好的去除效果，15天时微生物净化区对源水中氨氮含量去除效果不佳，可能与微生物净化区未形成稳定的生物膜有关；30天～60天时，微生物净化区对源水中氨氮去除率为29.23%～39.13%。经生态净化池后，氨氮平均去除效率为74.25%（图4）。

（四）梯级净化系统对硝态氮去除效果

梯级净化系统对硝态氮也有一定的去除效果，30天～60天时，经微生物净化区后硝态氮含量无未有明显下降甚至出现上升，可能是由于微生物的硝化作用较强，导致水体中硝态氮含量上升。经沉水植物区，硝态氮含量显著降低（P＜0.05）。经生态净化池后硝态氮含量为（0.29±0.05）mg/L，平均去除效率为60.05%（图5）。

（五）梯级净化系统对亚硝态氮去除效果

梯级净化系统沉淀区和过滤区均对亚硝态氮具有很好的去除效果，15天时微生物净化区对源水中亚硝态氮去除率8.89%，效果不佳，可能与微生物净化区未形成稳定的生物膜有关；30天～60天时，微生物净化区对源水中亚硝态氮去除率为37.9%～53.09%；经生态净化池后，亚硝态氮含量为（0.023±0.012）mg/L，平均去除效率为72.50%（图6）。

图2 梯级净化系统对总氮去除效果

图5 梯级净化系统对硝态氮去除效果

（六）梯级净化系统对高锰酸钾指数去除效果

梯级净化系统对高锰酸钾指数也有很好的去除效果，随各处理单元逐级降低，经生态净化池后达到19.88mg/L，平均去除效率为44.82%（图7）。

（七）梯级净化系统不同净化单元污染物去除率

不同净化单元污染物去除率如表1所示，沉淀区和过滤区对总氮和总磷均有良好的去除率。除沉淀区和过滤区之外，沉水植物对总磷去除率高达15.61%。过滤区对高锰酸钾指数去除率最高，其次是挺水植物区和沉淀区。氨氮和亚硝态氮在微生物净化区去除率最高。硝态氮在沉水植物区去除率最高。

三、讨论

（一）源水梯级净化系统可有效改善养殖源水水质

本净化系统根据水质净化原理，各处理区布局合理，可有效去除水体中的污染物，对总氮的去除效率为67.71%，对总磷的去除效率为65.59%，对氨氮的去除效率为74.25%，对硝态氮的去除率为60.05%，对亚硝态氮的去除效率高达72.50%，对高锰酸钾指数的去除效率为44.82%。水质净化效果显著，净化效率高。

（二）源水梯级净化系统建设成本较低

养殖池塘中建设尾水处理系统，往往受现有养殖布局的限制，需要利用一定面积的养殖池塘进行水质净化。本净化系统直接利用滩涂地区原有养殖进水沟渠作为净化区，可显著降低土地成本。本净化系统利用流速较缓的进水沟渠进行设计，不需要通过建设过滤坝等进行分割，净化成本低，易维护，具有良好的应用前景。

图3 梯级净化系统对总磷去除效果

图4 梯级净化系统对氨氮去除效果

图6 梯级净化系统对亚硝态氮去除效果

图7 梯级净化系统对CODMn去除效果

表1 不同净化单元污染物去除率

（三）源水梯级净化系统符合可持续发展思路

本净化系统将原有进水沟渠进行改造，可产生鲢、鳙、水生花卉和蔬菜等附属产品，提高了养殖区域利用效率，在净化水质的同时可以产生一定的经济效益，体现了生态效益与经济效益兼顾的可持续发展思路。