水产养殖尾水处理模式及发展建议

2023-08-03陈天兄张日喜刘建龙柏宗春孙建国倪德纲

水产养殖 2023年5期

陈天兄，张日喜*，刘建龙，柏宗春，孙建国，倪德纲

（1.宝应县农业农村局，江苏扬州 225800；2.江苏省农业科学院农业设施与装备研究所，江苏南京 210014；3.农业农村部长江中下游设施农业工程重点实验室，江苏南京 210014；4.泗阳县双高水产科技有限公司，江苏宿迁 223734；5.江苏大学农业工程学院，江苏镇江 212013）

水产养殖是我国农业结构中发展最快的产业之一，2021 年水产养殖产量接近5 400 万t[1]。目前，池塘养殖多采用集约化、规模化的养殖方式，随着放养密度过大，投饵量过多，水体中粪便残饵量日益积累，饲料和渔药添加剂富集，导致水质恶化[2]。养殖尾水直接排放，污染了周边环境，对人体健康造成危害，严重违背了水产绿色健康养殖的理念[3-4]。《第二次全国污染源普查公报》显示，全国涉及水产养殖业的区县有2 843 个，水产养殖业排放的化学需氧量、氨氮、总氮和总磷的排放量分别为66.6 万、2.23 万、9.91 万和1.61 万t，与整个工业源排放量相近，分别为工业源排放量的0.73、0.5、0.64 和2.03 倍；水产养殖业总磷的排放量已经达到了工业污染源的2 倍。2020 年，农业农村部在全国实施水产健康养殖“五大行动”，其中包括生态健康养殖模式推广行动、养殖尾水治理模式推广行动、水产养殖用药减量行动、配合饲料替代幼杂鱼行动、水产种业质量提升行动等，在全国范围内推广生态健康养殖模式，稳步推进水产养殖尾水治理措施的实施[5]。现介绍几种典型的养殖尾水治理模式，指出存在问题，提出发展建议。

1 水产养殖尾水

养殖尾水由不可溶的各种污染物颗粒和可溶氮、磷物组成。其中氮、磷及其各种化合物是污染水体的主要成分[6]。

1.1 不可溶颗粒

尾水中污染物颗粒一般指溶解的饵料、排泄物和污泥，粒径≤1 mm。这些不可溶污染物对鱼类有较大危害，感染其呼吸系统，增加应激反应风险，影响其生长发育。同时这些污染物会造成水体富营养化，为细菌和病毒在水体中的繁殖提供温床；如果长期不清理，会导致水体缺氧，厌氧菌会代谢出对鱼类有害的硫化氢，引起鱼鳃发炎，最终导致鱼类死亡[7]。

1.2 含氮化合物

主要成分为氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮等，达到一定的浓度，则会造成水体内的动植物大量中毒死亡。由于氨极易在脂肪中溶解，进入鱼体后，损伤其表皮细胞，增加鱼类血液中的氨浓度，同时破坏了氧携带能力，导致鱼类出现厌食、窒息等现象。

1.3 含磷化合物

饲料以及鱼类粪便均会产生含磷化合物。水中的磷分为可溶和不可溶2 种[8]。鱼的排泄物中一般存在不可溶性颗粒状的磷，而水体没有自主分解能力，磷则会在水体中聚集，污染水体，最终造成水体富营养化。

2 尾水处理技术

2.1 物理

物理处理技术是通过过滤、膜分离等方式，去除养殖尾水中的悬浮物，从而降低化学需氧量。该技术简单易行，但其处理不可溶污染物的成效不佳。

过滤法是借助筛网等进行机械过滤，去除大颗粒悬浮态物质。该法是固液分离的主要手段，要进一步去除小颗粒悬浮物，还需要借助弧形筛或微滤机，对养殖尾水进一步处理。Ridha 等[9]借助塑料生物过滤介质，对罗非鱼养殖尾水进行过滤，效果较好。但该法成本高。

膜分离法是通过天然或人工合成的半透膜，以外界能量或化学位差为推动力，在分子水平上，将不同粒径分子的混合物进行选择性分离的技术。Holan 等[10]应用氧化铝陶瓷微滤膜，对炼油厂废水进行处理，处理后的废水渗透液中总悬浮固体、浊度分别降低了100%、98%。膜分离技术具有高效、节能、环保、避免化学反应、杜绝新的污染、简单易控制等优点，但该方法中滤膜使用时间短、成本略高。

2.2 化学

化学处理技术，是通过向养殖水体中加入化学物质，发生絮凝、氧化还原、络合作用等化学反应，将水体中的污染物变成无害的化合物。

其中絮凝是最常见的化学处理技术。该技术一般使用铝、铁等盐类物质，增加沉淀物离子之间的引力，使污染物离子絮凝，沉淀到沉淀池内，降低水体中一部分污染物的浓度[11-12]。氧化还原技术是通过向养殖水体中加入某些物质，经过一系列氧化还原反应，从而降低、去除养殖水体中的污染物。臭氧是常用的氧化剂，一般用来氧化亚硝酸盐氮和氨气，将这些化合物通过氧化反应转化为氧气，增加养殖水体溶氧量，降低生化需氧量和化学需氧量（COD），同时臭氧可分解破坏细菌的细胞壁（膜），随后进入其细胞内部，进而影响细菌内酶的活性，最终导致病原菌死亡。

化学处理技术虽然具有见效快、处理效果明显等优点，但是其同样有成本高的缺点，同时化学药剂的使用，容易产生二次污染。

2.3 生物

一般是利用水中的微生物和动植物的吸收、转化、代谢、生物降解等生物特性，达到去除养殖水体中有机污染物和无机营养盐的目的，主要去除的是养殖水体中的溶解态污染物。

水生植物主要是通过其根、茎、叶的吸附等作用，去除养殖水体中的污染物，以减少或消除水产养殖对环境的污染，达到净化水体的目的。张义等[13]为了修复富营养化水体，种植了苦草等沉水植物，结果表明，沉水植物对亚硝态氮、磷等有明显的去除作用。Seawright[14]研究发现，在罗非鱼-莴苣复合养殖生态系统运行28 d 后，水体中的硝态氮和磷的含量都有明显的下降。彭剑峰[15]等研究发现，稳定塘-湿地组合生态处理系统中，浮萍塘对氨态氮去除速率高。目前，借助水生植物的吸附作用，将水生植物种植在载体上的生物浮床被广泛应用，可以达到改善水质的效果。

水生动物主要是借助以颗粒悬浮物和浮游生物为营养来源的甲壳类和滤食性鱼类，达到净化养殖水体的目的，因其滤食活动可有效减少养殖尾水中的悬浮颗粒物和藻类的数量。常见的滤食性动物有牡蛎、扇贝、鲢、鳙等。Aldridge 等[16]研究表明，对虾养殖水体中的悬浮颗粒物的去除效果，低密度贻贝去除颗粒物效果好于高密度贻贝，并且高密度贻贝会影响对虾的存活率。田相利[17]等研究结果显示，在对虾、罗非鱼和缢蛏封闭式综合养殖中，混养组的养殖水体COD、细菌数量、有机质含量等均高于单养组，并且底泥中氮、磷含量也有所降低。因此，按合适的比例在水产养殖环境中投放一些滤食动物，来增加水产生长环境的氧携带能力。

生物处理技术具有处理效果好、生态环保、经济适用、不会对环境产生二次污染等优点，而且经济类水生作物和滤食性鱼类也可产生一定的经济效应，具有双赢的效果。但是该技术对养殖管理要求较高，而且需要根据不同的养殖对象，选择搭配不同的水生生物和滤食性鱼类，才能起到较好的处理效果。该模式不能满足集约化养殖的需求。

2.4 生物膜

生物膜技术（Biofilm method）主要是利用微生物易附着于滤料表面进行繁殖，借助其生命活动及各种代谢作用，来消耗、去除养殖尾水中的有机物质、氨态氮、亚硝态氮、COD 等，达到净化水体的目的。

张寒冰等[18]应用生物膜技术，模拟处理养殖尾水，结果显示，在曝气条件下，对COD、氨态氮、亚硝态氮的去除效率可分别达到79%、99%、99%，而在不曝气条件下，相应去除率分别为78%、35%、76%。李亚峰等[19]通过对生物滤池自然挂膜过程研究发现，生物膜在第20 d 即可成熟，此时对氨氮和COD 去除率可分别达到90%和80%。生物膜处理技术具有环保、生态、可持续的优点，但其处理效果受温度、pH 值、水体流速等的影响较大，且处理效率不高，很难满足集约化及连片池塘的养殖尾水处理需求。

3 尾水治理模式

3.1 三池两坝

该模式适用于养殖面积在33 350 m2以上集中连片淡水池塘。在对养殖水域进行科学规划、池塘升级改造基础上（进排水分开），利用溢流坝和潜流坝将尾水处理系统分成3 个单元，拦截尾水中不可溶污染物，在高位增加流速，增加水内溶氧量。低位低氧处也可以培养厌氧微生物，使用生物处理技术去除水体污染物，使养殖尾水符合相关排放规定。胡庚东等[20]建立的三池两坝系统，对团头鲂养殖尾水中总氮的去除率约为87%，对总磷的去除率甚至高达99%以上。

三池两坝处理步骤：生态沟渠→沉淀池→过滤坝→曝气池→过滤坝→生态净化池。

3.2 人工湿地

该模式适用于面积＞33 350 m2、集中连片淡水池塘。在养殖水体中，运用生物处理的技术，将养殖的水产品、微生物、动植物合理配比，形成一个大的循环生态系统，通过生物链作用处理污染物[21-23]。人工湿地应用于养殖尾水处理，使尾水排放达到相关规定和标准的要求。

人工湿地处理步骤：生态沟渠→沉淀池→人工湿地（复合式人工湿地）→养殖池塘（外部水域）。处理后，水质达标排放或循环利用。

该模式人工湿地，一般要求其总面积须达到所要治理的养殖总面积的10%以上。

3.3 三级过滤池

利用水生生物、微生物、各种藻类、菌类，稀释、降解、净化尾水中的污染成分[24]，利用设施和污染物处理设备来收集和排放不可溶的颗粒污染物，最后排出养殖水体。养殖尾水经固液分离、过滤、鱼菜共生净化等处理后，循环利用或达标排放，而固体有机颗粒物作可为农作物有机肥。

该模式充分利用池塘自然条件和辅助设施开展池塘养殖水生态治理，主要是在排水沟渠、空地等地方开挖并且修建水泥池，通过修建水泥池并添加滤料来完成。主要流程为：尾水收集池→池塘底部铺设PVC 排水管道→溢流系统→弧形筛→碎石过滤池→细沙过滤池→陶粒过滤池（复合微生物）→生物降解。

根据不同养殖品种，设施面积占比建议如下：（1）四大家鱼、罗非鱼，设施总面积应达到养殖总面积的3%。（2）虾类，设施总面积应达到养殖总面积的2%；蟹类，设施总面积应达到养殖总面积的1.5%。（3）杂交鳢、加州鲈、太阳鱼、黄颡鱼、斑点叉尾鱼类，设施总面积不小于养殖总面积的5%。

3.4 稻渔共作

该处理模式适用于淡水养殖设施。采用渔农综合循环利用模式，使养殖尾水处理与稻渔共作相结合。养殖尾水直接进入稻田。稻田中养殖鱼、虾、蟹等经济动物，一般为杂食性，吃掉稻田中杂草和害虫，为了筑巢，会在田间挖洞，这间接松了土，同时水体中的污染物，含有促进水稻生长的营养元素，水稻吸收水体中的这些元素后能更加茁壮成长，水体也被净化，达到双赢的良性循环。

工艺流程及处理要求：养殖池塘→稻田→养殖池塘。要求养殖用水循环使用。

面积配比：池塘养殖条件下，每2 000~5 000 kg产量配套6 670~10 005 m2稻田。