梯級(jí)凈化系統(tǒng)對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖源水水質(zhì)影響研究

文/華建權(quán) 倪蒙 原居林 戎華南

水是魚(yú)、蝦等水產(chǎn)養(yǎng)殖生物生活和生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，水質(zhì)環(huán)境惡化會(huì)嚴(yán)重影響?zhàn)B殖動(dòng)物的生長(zhǎng)和繁殖，甚至引起魚(yú)、蝦大量死亡。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控方面開(kāi)展了大量的研究工作，但傳統(tǒng)方法大多集中在池塘水體原位修復(fù)環(huán)節(jié)，且凈化水體量小，難以滿足日益增長(zhǎng)的養(yǎng)殖用水需求。如果結(jié)合水體源水修復(fù)方法，充分利用養(yǎng)殖源水引水過(guò)程進(jìn)行水質(zhì)修復(fù)，便可以從根源上提高養(yǎng)殖用水的質(zhì)量，降低養(yǎng)殖用水的污染物含量。如何有效控制養(yǎng)殖用水源水質(zhì)量、降低其污染物含量和提高水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量與質(zhì)量，已成為水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)研究的重要方向。

本研究從漁業(yè)生態(tài)環(huán)境角度出發(fā)，利用養(yǎng)殖場(chǎng)原有的一條溝渠，建立起一種流水梯級(jí)凈化系統(tǒng)，并對(duì)動(dòng)態(tài)進(jìn)水條件下梯級(jí)凈化系統(tǒng)的水質(zhì)特征進(jìn)行了研究，分析梯級(jí)凈化系統(tǒng)對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖源水主要污染物的去除效果，為水產(chǎn)養(yǎng)殖源水污染物治理提供參考，并推動(dòng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

一、材料與方法

（一）梯級(jí)凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在浙江省慈溪市某水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行，主養(yǎng)品種為南美白對(duì)蝦和羅氏沼蝦。試驗(yàn)利用養(yǎng)殖場(chǎng)原有的一條溝渠，建立起一種水產(chǎn)養(yǎng)殖梯級(jí)凈化系統(tǒng)。沿溝渠方向分別設(shè)置沉淀區(qū)、過(guò)濾區(qū)、微生物凈化區(qū)、沉水植物區(qū)、挺水植物區(qū)和生態(tài)凈化池（圖1）。

沉淀區(qū)中采取異向流斜管用于大顆粒污染物質(zhì)的沉淀。過(guò)濾區(qū)使用陶粒和火山石作為過(guò)濾材料，沿水流方向過(guò)濾材料孔徑由大到小排列。微生物凈化區(qū)設(shè)置彈性填料，并定期添加側(cè)孢芽孢桿菌+地衣芽孢桿菌+干酪乳桿菌等益生菌。沉水植物區(qū)按照6株/m2種植狐尾藻。挺水植物區(qū)按照8株/m2種植香蒲。生態(tài)凈化池按照750尾/hm2放養(yǎng)鰱、鳙，采用雙層生態(tài)浮床種植空心菜，浮床覆蓋面積約為生態(tài)凈化池面積的10%。

圖1 采樣斷面的位置分布

（二）水質(zhì)分析

分別在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后第15天、30天、45天和60天采集梯級(jí)凈化系統(tǒng)各單元水樣。使用1.0L的采水器按常規(guī)方法采集每個(gè)樣點(diǎn)表層水樣及底層水樣，將表層與底層水樣混合后取1L，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室分析。采用水和廢水監(jiān)測(cè)分析標(biāo)準(zhǔn)方法，測(cè)定其總氮、總磷、氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、高錳酸鉀指數(shù)等各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，分析梯級(jí)凈化系統(tǒng)對(duì)水體中主要污染物的影響。

二、結(jié)果

（一）梯級(jí)凈化系統(tǒng)對(duì)總氮去除效果

梯級(jí)凈化系統(tǒng)對(duì)總氮具有很好的去除效果，隨各處理單元逐級(jí)遞減，經(jīng)生態(tài)凈水池后，總氮含量為（1.35±0.43）mg/L，平均去除效率為67.71%（圖2）。

（二）梯級(jí)凈化系統(tǒng)對(duì)總磷去除效果

梯級(jí)凈化系統(tǒng)對(duì)總磷具有很好的去除效果，隨各處理單元逐級(jí)遞減。15天時(shí)，沉水植物區(qū)、挺水植物區(qū)和生態(tài)凈化池對(duì)總磷去除效果較差，可能是由于水生植物生長(zhǎng)周期較短，凈化作用較?。?0天～60天水生植物對(duì)總磷具有較好的去除效果。經(jīng)生態(tài)凈水池后，總磷含量為（0.44±0.18）mg/L，平均去除效率為65.59%（圖3）。

（三）梯級(jí)凈化系統(tǒng)對(duì)氨氮去除效果

梯級(jí)凈化系統(tǒng)沉淀區(qū)和過(guò)濾區(qū)均對(duì)氨氮具有很好的去除效果，15天時(shí)微生物凈化區(qū)對(duì)源水中氨氮含量去除效果不佳，可能與微生物凈化區(qū)未形成穩(wěn)定的生物膜有關(guān)；30天～60天時(shí)，微生物凈化區(qū)對(duì)源水中氨氮去除率為29.23%～39.13%。經(jīng)生態(tài)凈化池后，氨氮平均去除效率為74.25%（圖4）。

（四）梯級(jí)凈化系統(tǒng)對(duì)硝態(tài)氮去除效果

梯級(jí)凈化系統(tǒng)對(duì)硝態(tài)氮也有一定的去除效果，30天～60天時(shí)，經(jīng)微生物凈化區(qū)后硝態(tài)氮含量無(wú)未有明顯下降甚至出現(xiàn)上升，可能是由于微生物的硝化作用較強(qiáng)，導(dǎo)致水體中硝態(tài)氮含量上升。經(jīng)沉水植物區(qū)，硝態(tài)氮含量顯著降低（P＜0.05）。經(jīng)生態(tài)凈化池后硝態(tài)氮含量為（0.29±0.05）mg/L，平均去除效率為60.05%（圖5）。

（五）梯級(jí)凈化系統(tǒng)對(duì)亞硝態(tài)氮去除效果

梯級(jí)凈化系統(tǒng)沉淀區(qū)和過(guò)濾區(qū)均對(duì)亞硝態(tài)氮具有很好的去除效果，15天時(shí)微生物凈化區(qū)對(duì)源水中亞硝態(tài)氮去除率8.89%，效果不佳，可能與微生物凈化區(qū)未形成穩(wěn)定的生物膜有關(guān)；30天～60天時(shí)，微生物凈化區(qū)對(duì)源水中亞硝態(tài)氮去除率為37.9%～53.09%；經(jīng)生態(tài)凈化池后，亞硝態(tài)氮含量為（0.023±0.012）mg/L，平均去除效率為72.50%（圖6）。

圖2 梯級(jí)凈化系統(tǒng)對(duì)總氮去除效果

圖5 梯級(jí)凈化系統(tǒng)對(duì)硝態(tài)氮去除效果

（六）梯級(jí)凈化系統(tǒng)對(duì)高錳酸鉀指數(shù)去除效果

梯級(jí)凈化系統(tǒng)對(duì)高錳酸鉀指數(shù)也有很好的去除效果，隨各處理單元逐級(jí)降低，經(jīng)生態(tài)凈化池后達(dá)到19.88mg/L，平均去除效率為44.82%（圖7）。

（七）梯級(jí)凈化系統(tǒng)不同凈化單元污染物去除率

不同凈化單元污染物去除率如表1所示，沉淀區(qū)和過(guò)濾區(qū)對(duì)總氮和總磷均有良好的去除率。除沉淀區(qū)和過(guò)濾區(qū)之外，沉水植物對(duì)總磷去除率高達(dá)15.61%。過(guò)濾區(qū)對(duì)高錳酸鉀指數(shù)去除率最高，其次是挺水植物區(qū)和沉淀區(qū)。氨氮和亞硝態(tài)氮在微生物凈化區(qū)去除率最高。硝態(tài)氮在沉水植物區(qū)去除率最高。

三、討論

（一）源水梯級(jí)凈化系統(tǒng)可有效改善養(yǎng)殖源水水質(zhì)

本凈化系統(tǒng)根據(jù)水質(zhì)凈化原理，各處理區(qū)布局合理，可有效去除水體中的污染物，對(duì)總氮的去除效率為67.71%，對(duì)總磷的去除效率為65.59%，對(duì)氨氮的去除效率為74.25%，對(duì)硝態(tài)氮的去除率為60.05%，對(duì)亞硝態(tài)氮的去除效率高達(dá)72.50%，對(duì)高錳酸鉀指數(shù)的去除效率為44.82%。水質(zhì)凈化效果顯著，凈化效率高。

（二）源水梯級(jí)凈化系統(tǒng)建設(shè)成本較低

養(yǎng)殖池塘中建設(shè)尾水處理系統(tǒng)，往往受現(xiàn)有養(yǎng)殖布局的限制，需要利用一定面積的養(yǎng)殖池塘進(jìn)行水質(zhì)凈化。本凈化系統(tǒng)直接利用灘涂地區(qū)原有養(yǎng)殖進(jìn)水溝渠作為凈化區(qū)，可顯著降低土地成本。本凈化系統(tǒng)利用流速較緩的進(jìn)水溝渠進(jìn)行設(shè)計(jì)，不需要通過(guò)建設(shè)過(guò)濾壩等進(jìn)行分割，凈化成本低，易維護(hù)，具有良好的應(yīng)用前景。

圖3 梯級(jí)凈化系統(tǒng)對(duì)總磷去除效果

圖4 梯級(jí)凈化系統(tǒng)對(duì)氨氮去除效果

圖6 梯級(jí)凈化系統(tǒng)對(duì)亞硝態(tài)氮去除效果

圖7 梯級(jí)凈化系統(tǒng)對(duì)CODMn去除效果

表1 不同凈化單元污染物去除率

（三）源水梯級(jí)凈化系統(tǒng)符合可持續(xù)發(fā)展思路

本凈化系統(tǒng)將原有進(jìn)水溝渠進(jìn)行改造，可產(chǎn)生鰱、鳙、水生花卉和蔬菜等附屬產(chǎn)品，提高了養(yǎng)殖區(qū)域利用效率，在凈化水質(zhì)的同時(shí)可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，體現(xiàn)了生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益兼顧的可持續(xù)發(fā)展思路。