人工湿地尾水处理技术在池塘养殖中的应用探析

2023-06-03张龙韩枫王昊单袁

中国水产 2023年5期

◎ 文/张龙韩枫王昊单袁

本文从技术概述和技术要点两方面探讨分析了人工湿地尾水处理技术的相关内容，着重介绍了人工湿地的主要组成、净化原理、主要类型和植物选择等情况。以池塘养殖尾水治理为例，重点分析了人工湿地处理技术应用的典型案例以及示范推广情况，并针对当前人工湿地水处理技术存在问题提出相关建议，供大家参考借鉴。

一、技术内容

（一）技术概述

人工湿地尾水处理技术是通过在人工湿地上建立人工水生态系统，利用基质、植物、微生物等协同作用，经过物理、化学和生物三重处理，使养殖尾水水质达标排放或者循环利用。人工湿地分为表面流人工湿地、潜流湿地，可单独或组合应用，以构建人工湿地—水产养殖复合系统。

（二）技术要点

1.人工湿地主要组成

人工湿地尾水处理技术模式主要由预处理单元和人工湿地处理单元两部分组成。其中，预处理单元包括生态滞留塘、生态砾石床、沉砂池、沉淀池及过滤池等，其主要目的是减少污水中的悬浮物和固体大颗粒，防止湿地填料堵塞，增加湿地水处理寿命和维持水处理能力。人工湿地处理单元一般由基质（土壤、砂、砾石、陶粒等）、适于在饱和水和厌氧基质中生长的植物（芦苇、美人蕉、空心菜等）、水体（在基质表面下或上流动的水）、无脊椎或脊椎动物、好氧或厌氧微生物种群等五部分组成。其中，人工湿地基质又称填料，是为植物与微生物提供生长环境，并对水体中污染物起过滤、阻截和吸附等作用的填充材料，是人工湿地水处理的核心组成部分。

2.人工湿地净化原理

人工湿地是模拟天然湿地构造的人工生态系统，通过微生物的分解作用、植物根系的吸收作用和填料的过滤吸附作用，实现养殖水质的净化处理。填料表面生物膜和植物根系的培养是人工湿地系统能否充分发挥水质净化功能的关键，生物膜中硝化细菌和反硝化细菌通过生化反应将养殖水体中的有机物污染物降解转化为相对无害的氮化物；植物根系能够充分发挥自身生长特性，吸收养殖水体中的无机物（其中的氮和磷是植物首要的营养元素）和湿地系统内生物化学作用释放的二氧化碳，并通过光合作用产生大量氧气，为生物膜的培养创造良好条件，促进微生物生化反应进行。同时，填料的吸附作用和填料空隙的过滤截留作用能够对养殖水体进一步进行物理处理，从而达到水质净化的目的。

3.人工湿地主要类型

人工湿地按照填料和水的位置关系，分为表面流人工湿地和潜流人工湿地，潜流人工湿地按照水流方向，分为水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地。

表面流人工湿地是水面在土壤表面以上，水从进水端流向出水端的人工湿地。通常，表面流人工湿地水位较浅（多在0.1m～0.6m），具有结构简单、工程建设费用低、硝化能力较强的优点；同时，该湿地具有自然富氧特征，能够依靠植物生长在水下部分茎秆上的生物膜去除水体有机污染物。其缺点是有机物处理能力一般，占地面积大，易受季节气候影响。

水平潜流人工湿地是指水面在填料表面以下，水从进水端水平流向出水端的人工湿地，净化后出水由湿地另一端的集水管收集后排出处理系统。该湿地具有保温性较好、受气候环境影响小、卫生条件好的特点，并且有机物去除能力和反硝化能力强，能够充分利用填料表面和植物根系表面生物膜微的生物净化作用，提高水质处理效果。

垂直潜流人工湿地是指水垂直流过填料层的人工湿地，湿地床体处于不饱和状态，氧气通过大气扩散和植物传输进入湿地系统。该湿地具有占地面积小、水力与污染物削减负荷高、有机物去除能力强的优点；其反硝化能力介于表面流人工湿地和水平潜流人工湿地之间，且结构复杂、工程建设费用高，需专业技术人员运行管理。

4.人工湿地植物选择

人工湿地水处理技术模式应选择尾水处理效果好、成活率高、耐水性强、生长周期长的植物，并且要求其根系发达，可深入到表土以下0.6m～0.7m的砾石层中。湿地植物根系应具有较强的输氧能力，可使周围水环境中保持较高溶解氧浓度，供好氧微生物生长、繁殖。目前在人工湿地水处理系统构建中，我国应用的植物包括挺水植物（芦苇、香蒲、菖蒲等）、浮水植物（睡莲、槐叶萍等）和沉水植物（狐尾藻、苴草、金鱼藻、黑藻等），种植时间应根据植物生长特性确定，一般在春季或初夏，必要时也可在夏季、秋季种植，但应采取保证成活率的措施。湿地植物在冬夏季应做好防冻和防晒措施，在生长旺季及时收割，做好日常维护，避免腐烂污染水质。同时，根据植物种类与工艺类型合理确定种植密度，挺水植物宜为9株/m2～25株/m2，浮水植物宜为1株/m2～9株/m2，沉水植物宜为16株/m2～36株/m2。

5.注意事项

在人工湿地强化措施方面，可以采取辅助充氧、增加填料厚度和补充投加碳源等工程措施强化水质处理效果，提高系统运行效率。在人工湿地植物选择方面，宜选择适应当地自然条件、管理维护容易、经济价值高、景观效果好的本土植物和抗冻、耐盐、耐热及抗病虫害等较强的抗逆性水生植物，禁止选择水葫芦、空心莲子草、大米草、互花米草等外来入侵物种。在二次污染控制措施方面，应根据运行要求、淤泥积存情况及环境影响等定期清淤排泥和及时收割枯萎死亡的水生植物，防止污染水体水质。

二、典型案例及示范推广情况

根据《2022中国渔业统计年鉴》，2021年，池塘养殖面积约占全国水产养殖面积的43.23%，是我国主要水产养殖方式。然而，池塘养殖由于其生产管理粗放、养殖密度高等问题，导致养殖水质易恶化、养殖水体有效利用率低，急需转型升级改造。在各地池塘养殖尾水治理实践中，涌现出一批典型案例，其中人工湿地尾水处理技术在改善池塘养殖水体水质、提高养殖生产效益等方面发挥了重要作用。

（一）典型案例

1.基于“表面流人工湿地”三级净化处理模式

江苏省苏州市吴中区东山镇现代渔业生态养殖示范区围绕规划布局合理、产业特色鲜明、经营主体多元、装备科技先进、生态环境良好、管理效益显著的总体目标，开展了长江系中华绒螯蟹、青虾等生态健康养殖和尾水治理相关工作。该示范区采用了“物理沉淀+曝气增氧+微生物分解+多重过滤+水生动植物生态利用”的组合技术处理池塘养殖尾水，形成了基于“表面流人工湿地”的三级净化处理模式，其模式工艺流程为“生态沟渠（一级净化）→沉淀池（一级净化）→曝气生物接触器（二级净化）→表流人工湿地（三级净化）→生态塘（三级净化）”。通过模式应用，水体总氮和总磷指标有效降低65%以上，养殖水体可循环利用，实现零排放。

2.基于“垂直流人工湿地”养殖尾水四级净化模式

江苏省常州市金坛数字化渔场以打造全国高标准智能化水产养殖场为目标，以发展生态循环水养殖为方向，积极开展河蟹良种繁育和生态养殖、养殖尾水净化及循环利用等相关工作。该渔场通过对养殖排水和场外进水采用物理处理和生物处理等技术，形成了基于“垂直流人工湿地”的养殖尾水四级净化模式，实现养殖水资源循环利用，工艺流程为“河流水源→集水沉淀区（一级净化）→生态曝气池（二级净化）→碎石床湿地（三级净化）→生态稳定塘（四级净化）→养殖区”。根据水质在线监测设备对集水区的水质监测结果显示，对氮、磷的拦截超过60%，达到了《池塘养殖尾水排放标准》（DB32/4043-2021）排放一级限值要求，实现养殖尾水达标排放。

3.池塘复合人工湿地尾水净化模式

上海市以水产绿色健康养殖技术推广“五大行动”为指导，大力推进水产养殖尾水治理行动的深入实施，结合当地池塘养殖现状，因地制宜建设配套复合人工湿地净化工程。通过将生态沟渠、沉淀池、综合净化塘、潜流人工湿地和复氧池等模块组合成为一个生态处理系统来净化养殖尾水，形成了“池塘复合人工湿地尾水净化模式”，实现养殖尾水达标排放。其模式工艺流程为“池塘排水→生态沟渠→沉淀池→综合净化塘→潜流人工湿地→复氧池”。通过应用该模式，养殖期间系统内的氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、总氮、总磷和高锰酸钾指数等保持较低水平和稳定状态，主要水质指标达到地表水Ⅲ类标准，且池塘藻类结构优化，可节水60%以上，减排80%以上，实现养殖尾水达标排放或内部循环利用。

（二）示范推广情况

近年来，全国水产技术推广总站牢固树立“绿水青山就是金山银山”发展理念，以水产绿色健康养殖技术推广“五大行动”为指导，扎实推进养殖尾水治理模式推广行动深入实施，有效地推动了人工湿地养殖尾水处理技术模式的示范推广。据统计，2022年，全国共培育“五大行动”骨干基地1265个，其中28%骨干基地应用人工湿地尾水处理技术模式，示范面积达10余万亩，对水产养殖业绿色高质量发展起到重要推动作用。

三、存在问题及下一步发展建议

人工湿地水处理技术作为一种高效处理水质的绿色技术，被众多养殖企业广泛应用，有力推动了水产养殖尾水治理的可持续发展。然而，当前人工湿地尾水处理技术仍存在一些问题，如长期运行基础研究数据缺乏，水质净化周期较长，冬季运行效率较低，资金保障不足，生产经营主体积极性不高等，这些问题都限制了人工湿地水处理技术的示范推广。建议在后续示范推广过程中，针对上述问题进一步完善发展策略。

（一）加强政府作为，营造良好氛围

建议政府加强对人工湿地水处理技术模式的宣传引导、政策支持和资金扶持，或可建立专门的环境教育与宣传基地，提高公众对人工湿地生态价值和社会价值的认识，加强政企合作，引导相关企业配备人工湿地水处理设施设备，并做好相关资金保障工作。

（二）开展科技攻关，提升技术水平

建议各大高校和科研院所加强对人工湿地水处理系统的基础研究工作，尤其是较长周期的运行管理研究；加强校企协作，对人工湿地水处理系统运行中存在的技术瓶颈和科研难题进行科技攻关，打通人工湿地水处理技术应用推广的关键环节，进一步优化技术的工艺设计，提升水处理技术效率。建议各地水产技术推广部门充分发挥示范引领作用，强化技术模式集成创新，因地制宜推广人工湿地尾水处理技术。