淡水池塘养殖尾水特殊性及治理措施分析.docx

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作者:陈畅卢生华陶险峰高雅英杨冬莉
来源:《南方农业•上旬》2021年第11期
图2尾水治理池生物毛刷
图?尾水治理过滤坝
表1两个养殖场的检测值单位:mg-LT
縮号一化貲船啊址代0U) 飙淤 总獗总磷
池塘1 89 L82
池塘2 79 (W92
图4生态沟渠净化
冋水件
分水平f
引水搏板
图,跌瀑装置示憲图
摘要淡水池塘養殖尾水与畜禽养殖污水、生活污水、工业污水有着显著不同,这些差异使得传统污水治理模式难以在养殖尾水治理上充分发挥作用。总结出养殖尾水化学需氧量高而氮磷低、污染轻但冲击量大、排水量受降雨影响大、溶解氧比较高等特点,详细分析这些特点对传统污水治理技术的挑战,提出应用养殖尾水池塘外循环技术、投料台臭氧微纳米气泡水增氧杀菌消毒破解养殖尾水治理难题。
关键词淡水池塘;养殖尾水;特点;治理措施;重庆
中图分类号:S949文献标志码:BDOI:.l673-
,,%,%;,%,%。淡水池塘养殖在保障水产品有效供给的同时,养殖尾水超标排放也成为部分河流、湖泊氮磷富营养化的来源之一,必须对水产养殖带来的负面影响给予高度重视。
为治理养殖尾水污染,全国各地开展了形式多样的技术探索,总结出了鱼菜共生综合种养净化(见图1)、多级人工湿地净化、生态沟渠净化、三池两坝净化(见图2、图3)等技术模式,这些模式不同程度地借鉴了工业废水、生活污染的治理办法。但是由于对养殖尾水与畜禽养殖污水、生活污水、工业污水的区别认识不到位,使得这些模式不同程度存在一些缺陷和不足。本文拟分析淡水池塘养殖尾水的特殊性,从其特殊性出发提出尾水治理的新技术模式,供借鉴参考。
淡水池塘养殖污染物质的来源
池塘中沉积氮磷主要来源于饲料
已有研究表明,池塘生态系统中的氮主要来源于饲料,在高度集约化投饵养殖中占90%~98%,饲料中的氮转化为水产品输出的占20%~27%,沉积氮为54%〜77%;磷来源于饲料的占97%~98%,转化为水产品输出的占8%~24%,沉积磷为72%~89%。大量的氮磷沉积不但造成了营养物质的浪费,而且污染池塘水质,影响水产养殖业持续发展。这些氮磷超标养殖尾水排放到江河湖库,造成了很大的环境压力。
,饲料含水量为零,%~%[1],,〜、呼吸、代谢方式进入环境,%〜%。其中,排粪量占20%[2],其他则通过鱼鳃以氨、二氧化碳方式及通过尿液(磷通过尿液排出)方式排入水体[3-6]。粪便中一部分转化为氨氮、二氧化碳、硫化氢等进入水体,一部分滞留在淤泥中。从氮、磷角度来看,草鱼养殖饲料中约75%的总氮、总磷排入了环境中[7]。
,降低经济效益
养殖淤泥的产生是一个很重要但又经常被忽视的问题。随着饲料不断投入和养殖时间的延长,池塘中残饵粪便等长期沉积,形成很厚的养殖淤泥,通常情况下,投饵养殖1年,增加淤泥厚度为10~20cm。淤泥的增加使得池塘底部抬高,水的深度减小,压缩鱼类生存空间,同时增加发生鱼病的风险,降低养殖产量和效益。目前通行的外运处理淤泥办法操作不便且成本高昂,如何减少、清除或者合理利用池塘淤泥,已经成为池塘养殖持续发展必须解决的难题。
淡水池塘养殖尾水的特殊性
养殖尾水化学需氧量超标多而氮磷超标少
养殖池塘水质检测结果分析
2020年3月17日,重庆某区级环境监测站对42口养殖池塘水体化学需氧量、氨氮、总氮、总磷进行监测,得出化学需氧量(COD)、氨氮、总氮、、、、・L-1。
2020年,重庆某环保督查组对两个养殖场水体暗访检测,得出其化学需氧量、氨氮、总氮、总磷数据(见表1)。
可以看出,相对于《淡水池塘养殖水排放要求(SC/T9101-2007))》一级排放限值而言,~,~,~,呈现出化学需氧量超标严重而氮磷超标轻微的特点。
、菌类是化学需氧量高的主要原因
养殖水体中的有益藻类是池塘生态系统中重要的初级生产力,是水体溶解氧的主要来源。藻类的旺盛生长,引起水体中叶绿素a的大量增加,进而引起化学需氧量增加。菌类作为有机体,同样引起化学需氧量增加。有研究指出,叶绿素a与高锰酸盐指数之间呈良好的线性相关性[8-9]。

养殖水体中的氮磷除主要来源于饲料外,还有一小部分来源于施肥,包括为了培水而投入的肥水剂(主要成分为氨基酸肥料、可溶性磷酸盐一种或者两种)。藻类是混养食物链中不可缺少的一环,能够将水体中的部分氮磷转化成滤食性鱼肉,因此混养有滤食性鱼类池塘水体的总氮、总磷一般不会很高。

饲料中被鱼类摄食的氮,一部分以氨氮形式通过鱼鳃进入水体,一部分以有机氮形式通过粪便进入水体,残饵粪便中部分有机氮也会分解成氨氮进入水体,所以说饲料中的氮主要以氨氮形式进入水体。综合来看,由于投喂饲料而进入水体中的氮,80%以上溶于水中,只有不到20%的氮在淤泥中。
按《饲料添加剂安全使用规范》(2017年修订版)要求,水产养殖饲料中总磷的含量为0~%。饲料中磷的10%~20%直接进入水体,鱼类摄食磷中的20%~40%用于生长,60%~80%排入水环境[10]。进入水体中磷的少部分被藻类吸收,约70%~80%吸附在淤泥中。如果用生石灰消毒调水,则磷主要以磷酸钙盐形式沉淀在淤泥中或者悬浮于下层水中。所以排放下层水(包含部分淤泥)时磷含量高一些,排放表层水时磷含量低一些。

水产养殖尾水虽然与畜禽养殖污水、生活污水相比属于轻度污染水,但是排放方式区别很大。畜禽养殖污水、生活污水排水量均匀,每次排水量小,而水产养殖尾水排放不均匀,单次排水量大。比如1畝(1亩=667m2),按照每年清塘1次,再换水1/3测算,每年排放养殖尾水约1333t,而一个养殖场面积规模少则几十亩,多则几百上千亩,排放养殖尾水的量会相当大。更重要的是,清塘时一天或者几天就要排干一口或者几口塘,对这种短时间集中大量排水,一般的处理设施设备难以承受。

池塘养殖绝大部分是露天养殖,受降雨影响很大,雨季可能天天排水,旱季几个月都有可能不排水。这样的看天看降雨排水,对于生物处理系统而言,要么超负荷运转,达不到处理效果,要么系统长时间处于沉寂状态,系统功能逐步丧失,而一个微生物处理系统要恢复功能,通常需要20d以上。

养殖尾水来源于养殖池塘,根据《中华人民共和国渔业水质标准》(GB11607-89):溶解氧连续24h中,-1,其余任何时候不得低于3mg・L-1,-1。即使排出的是底层水,其溶解氧一般也不低于3mg・L-1。
养殖尾水特殊性对传统技术的影响
制造厌氧环境受到挑战
人类社会运用A20污水处理模式已经上百年,完全能够实现污水的脱氮脱磷。这个模式的一大特点就是有一个厌氧(缺氧)环境来进行反硝化脱氮。现行的一些养殖尾水治理技术借鉴了这个模式,比如“三池两坝”模式就设置了厌氧池,-1,因此脱氮效果非常不明显。
如前面分析所知,养殖尾水具有轻污染、高溶解氧特性,轻污染就难以在静置较短的时间内达到厌氧状态,再加上本身又具有高溶解氧,所以难以形成厌氧环境。此外,如果处理池没有避光,在阳光照射下,池水中的藻类还会产生溶解氧。可见,养殖尾水要运用传统模式来处理,在制造厌氧环境方面很难达到预期目的。
脱氮脱磷受到挑战
如前所述,通过反硝化脱氮难以达到预期目的,而采取表面流人工湿地、植物综合种养等方式来脱氮脱磷同样受到挑战。人工湿地对氮的去除主要依靠微生物的反硝化作用,植物吸收和氨氮挥发所占比率不到总去除率的20%[11]。由于养殖尾水溶解氧高,反硝化极难进行,而植物吸收效率又较低,造成其总体荷载较低,除非加大处理面积,否则即便尾水均匀排放也难以治理达标,更何况还存在强冲击和降雨排水的影响。
生态沟渠(见图4)看似添加了生物填料,但是沟渠中厌氧环境缺失,填料上的微生物仍然从事的是硝化反应,脱氮仍然得靠其中的植物,同样存在效率低下的难题。
虽然在好氧条件下,固磷菌能吸收磷,但是缺少加药沉淀(混凝、絮凝)环节,不能像生活污水处理厂一样,用固磷菌通过沉淀工艺将磷从水中分离出来。
降COD受到挑战
养殖尾水污染指标超标最高的是化学需氧量,由前面分析可知,化学需氧量之所以高,是因为藻类、菌类所致。要在尾水中移除藻类、菌类,唯一的办法是加药沉淀(混凝、絮凝)。限于加药沉淀成本高,后续淤泥处理难度大,对水处理的技术要求更高,难以在养殖尾水治理上大面积推广应用。
水产养殖尾水可利用性分析
环保关注污染物质对水产养殖的利弊
环保关注的养殖尾水污染指标主要是氨氮、总氮、总磷和化学需氧量(COD),其中***盐(NO3-)、总磷、离子氨(NH4+)和化学需氧量对鱼类没有毒害,非离子氨(NH3)和亚***盐(NO2-)对鱼类有毒害,但是在溶解氧充足情况下一般不易超标。
几种污染物质的生物毒性分析
如前所述,饲料中未被鱼类利用的氮主要是以氨氮形式存在于水体中。氨氮包括非离子氨(NH3)和离子氨(NH4+)。在氨氮总量一定的情况下,非离子氨与离子氨之间的比例会在随着水温和pH的不同,而有规律地相互转化,水温越高,pH值越高,非离子氨占比就越高。非离子氨对鱼类有毒害,-1(相当于在20U,pH=,氨氮<-•L,而离子氨没有毒害。亚***盐毒性非常大,养殖水体亚***-1。而***盐要有很高的浓度(-1以上)才会对鱼有胁迫性,这种情况在淡水养殖池塘一般不会发生。以养殖草鱼为例,,1亩(1亩=667m2)水深2m池塘产出1000kg草鱼,则需投饲1500kg,假设饲料中粗蛋白含量26%,-1,-1。实践中这个值要低很多,因为藻类要大量吸收氮,挥发一部分非离子氨,还有底部淤泥由于存在厌氧环境,会发生反硝化作用,使得一部分硝态氮转化为氮气。
养殖尾水外排有害,但是可以回收利用
虽然非离子氨、亚***盐对鱼类有毒害,但是在溶解氧充足的情况下,水体中的氨氮会转化为亚***盐,亚***盐再转化为***盐,只要注意提高溶解氧,池塘水体中的氨氮、亚***盐一般不会造成危害。除清塘时搅拌底泥后排出的尾水外,日常排放尾水中的总磷一般不会超过养殖标准,而且磷化物有利于藻类的生长,是生态养殖十分重要的营养物质。养殖尾水回收不但能够利用氮磷等营养物质,而且节约大量水资源。
养殖尾水污染轻但是冲击量大
水产养殖尾水虽然与畜禽养殖污水、生活污水相比属于轻度污染水,但是排放方式区别很大。畜禽养殖污水、生活污水排水量均匀,每次排水量小,而水产养殖尾水排放不均匀,单次排水量大。比如1亩(1亩=667m2),按照每年清塘1次,再换水1/3测算,每年排放养殖尾水约1333t,而一个养殖场面积规模少则几十亩,多则几百上千亩,排放养殖尾水的量会相当大。更重要的是,清塘时一天或者几天就要排干一口或者几口塘,对这种短时间集中大量排水,一般的处理设施设备难以承受。
养殖尾水日常排水量受降雨影响大
池塘养殖绝大部分是露天养殖,受降雨影响很大,雨季可能天天排水,旱季几个月都有可能不排水。这样的看天看降雨排水,对于生物处理系统而言,要么超负荷运转,达不到处理效果,要么系统长时间处于沉寂状态,系统功能逐步丧失,而一个微生物处理系统要恢复功能,通常需要20d以上。
养殖尾水溶解氧比较高
养殖尾水来源于养殖池塘,根据《中华人民共和国渔业水质标准》(GB11607-89):溶解氧连续24h中,-1,其余任何时候不得低于3mg・L-1,-1。即使排出的是底层水,其溶解氧一般也不低于3mg・L-1。
3养殖尾水特殊性对传统技术的影响
制造厌氧环境受到挑战
人类社会运用A2O污水处理模式已经上百年,完全能够实现污水的脱氮脱磷。这个模式的一大特点就是有一个厌氧(缺氧)环境来进行反硝化脱氮。现行的一些养殖尾水治理技术借鉴了这个模式,比如“三池两坝”模式就设置了厌氧池,-1,因此脱氮效果非常不明显。
如前面分析所知,养殖尾水具有轻污染、高溶解氧特性,轻污染就难以在静置较短的时间内达到厌氧状态,再加上本身又具有高溶解氧,所以难以形成厌氧环境。此外,如果处理池没有避光,在阳光照射下,池水中的藻类还会产生溶解氧。可见,养殖尾水要运用传统模式来处理,在制造厌氧环境方面很难达到预期目的。

如前所述,通过反硝化脱氮难以达到预期目的,而采取表面流人工湿地、植物综合种养等方式来脱氮脱磷同样受到挑战。人工湿地对氮的去除主要依靠微生物的反硝化作用,植物吸收和氨氮揮发所占比率不到总去除率的20%[11]。由于养殖尾水溶解氧高,反硝化极难进行,而植物吸收效率又较低,造成其总体荷载较低,除非加大处理面积,否则即便尾水均匀排放也难以治理达标,更何况还存在强冲击和降雨排水的影响。
生态沟渠(见图4)看似添加了生物填料,但是沟渠中厌氧环境缺失,填料上的微生物仍然从事的是硝化反应,脱氮仍然得靠其中的植物,同样存在效率低下的难题。
虽然在好氧条件下,固磷菌能吸收磷,但是缺少加药沉淀(混凝、絮凝)环节,不能像生活污水处理厂一样,用固磷菌通过沉淀工艺将磷从水中分离出来。
降COD受到挑战
养殖尾水污染指标超标最高的是化学需氧量,由前面分析可知,化学需氧量之所以高,是因为藻类、菌类所致。要在尾水中移除藻类、菌类,唯一的办法是加药沉淀(混凝、絮凝)。限于加药沉淀成本高,后续淤泥处理难度大,对水处理的技术要求更高,难以在养殖尾水治理上大面积推广应用。
4水产养殖尾水可利用性分析
环保关注污染物质对水产养殖的利弊
环保关注的养殖尾水污染指标主要是氨氮、总氮、总磷和化学需氧量(COD),其中***盐(NO3-)、总磷、离子氨(NH4+)和化学需氧量对鱼类没有毒害,非离子氨(NH3)和亚***盐(NO2-)对鱼类有毒害,但是在溶解氧充足情况下一般不易超标。
几种污染物质的生物毒性分析
如前所述,饲料中未被鱼类利用的氮主要是以氨氮形式存在于水体中。氨氮包括非离子氨(NH3)和离子氨(NH4+)。在氨氮总量一定的情况下,非离子氨与离子氨之间的比例会在随着水温和pH的不同,而有规律地相互转化,水温越高,pH值越高,非离子氨占比就越高。非离子氨对鱼类有毒害,-1(相当于在20U,pH=,氨氮<-•L,而离子氨没有毒害。亚***盐毒性非常大,养殖水体亚***-1。而***盐要有很高的浓度(-1以上)才会对鱼有胁迫性,这种情况在淡水养殖池塘一般不会发生。以养殖草鱼为例,,1亩(1亩=667m2)水深2m池塘产出1000kg草鱼,则需投饲1500kg,假设饲料中粗蛋白含量26%,-1,远远小于300