人工濕地尾水處理技術(shù)在池塘養(yǎng)殖中的應(yīng)用探析

◎ 文/張龍 韓楓 王昊 單袁

本文從技術(shù)概述和技術(shù)要點(diǎn)兩方面探討分析了人工濕地尾水處理技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，著重介紹了人工濕地的主要組成、凈化原理、主要類型和植物選擇等情況。以池塘養(yǎng)殖尾水治理為例，重點(diǎn)分析了人工濕地處理技術(shù)應(yīng)用的典型案例以及示范推廣情況，并針對(duì)當(dāng)前人工濕地水處理技術(shù)存在問題提出相關(guān)建議，供大家參考借鑒。

一、技術(shù)內(nèi)容

（一）技術(shù)概述

人工濕地尾水處理技術(shù)是通過在人工濕地上建立人工水生態(tài)系統(tǒng)，利用基質(zhì)、植物、微生物等協(xié)同作用，經(jīng)過物理、化學(xué)和生物三重處理，使養(yǎng)殖尾水水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放或者循環(huán)利用。人工濕地分為表面流人工濕地、潛流濕地，可單獨(dú)或組合應(yīng)用，以構(gòu)建人工濕地—水產(chǎn)養(yǎng)殖復(fù)合系統(tǒng)。

（二）技術(shù)要點(diǎn)

1.人工濕地主要組成

人工濕地尾水處理技術(shù)模式主要由預(yù)處理單元和人工濕地處理單元兩部分組成。其中，預(yù)處理單元包括生態(tài)滯留塘、生態(tài)礫石床、沉砂池、沉淀池及過濾池等，其主要目的是減少污水中的懸浮物和固體大顆粒，防止?jié)竦靥盍隙氯?，增加濕地水處理壽命和維持水處理能力。人工濕地處理單元一般由基質(zhì)（土壤、砂、礫石、陶粒等）、適于在飽和水和厭氧基質(zhì)中生長(zhǎng)的植物（蘆葦、美人蕉、空心菜等）、水體（在基質(zhì)表面下或上流動(dòng)的水）、無脊椎或脊椎動(dòng)物、好氧或厭氧微生物種群等五部分組成。其中，人工濕地基質(zhì)又稱填料，是為植物與微生物提供生長(zhǎng)環(huán)境，并對(duì)水體中污染物起過濾、阻截和吸附等作用的填充材料，是人工濕地水處理的核心組成部分。

2.人工濕地凈化原理

人工濕地是模擬天然濕地構(gòu)造的人工生態(tài)系統(tǒng)，通過微生物的分解作用、植物根系的吸收作用和填料的過濾吸附作用，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖水質(zhì)的凈化處理。填料表面生物膜和植物根系的培養(yǎng)是人工濕地系統(tǒng)能否充分發(fā)揮水質(zhì)凈化功能的關(guān)鍵，生物膜中硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌通過生化反應(yīng)將養(yǎng)殖水體中的有機(jī)物污染物降解轉(zhuǎn)化為相對(duì)無害的氮化物；植物根系能夠充分發(fā)揮自身生長(zhǎng)特性，吸收養(yǎng)殖水體中的無機(jī)物（其中的氮和磷是植物首要的營(yíng)養(yǎng)元素）和濕地系統(tǒng)內(nèi)生物化學(xué)作用釋放的二氧化碳，并通過光合作用產(chǎn)生大量氧氣，為生物膜的培養(yǎng)創(chuàng)造良好條件，促進(jìn)微生物生化反應(yīng)進(jìn)行。同時(shí)，填料的吸附作用和填料空隙的過濾截留作用能夠?qū)︷B(yǎng)殖水體進(jìn)一步進(jìn)行物理處理，從而達(dá)到水質(zhì)凈化的目的。

3.人工濕地主要類型

人工濕地按照填料和水的位置關(guān)系，分為表面流人工濕地和潛流人工濕地，潛流人工濕地按照水流方向，分為水平潛流人工濕地、垂直潛流人工濕地。

表面流人工濕地是水面在土壤表面以上，水從進(jìn)水端流向出水端的人工濕地。通常，表面流人工濕地水位較淺（多在0.1m～0.6m），具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工程建設(shè)費(fèi)用低、硝化能力較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，該濕地具有自然富氧特征，能夠依靠植物生長(zhǎng)在水下部分莖稈上的生物膜去除水體有機(jī)污染物。其缺點(diǎn)是有機(jī)物處理能力一般，占地面積大，易受季節(jié)氣候影響。

水平潛流人工濕地是指水面在填料表面以下，水從進(jìn)水端水平流向出水端的人工濕地，凈化后出水由濕地另一端的集水管收集后排出處理系統(tǒng)。該濕地具有保溫性較好、受氣候環(huán)境影響小、衛(wèi)生條件好的特點(diǎn)，并且有機(jī)物去除能力和反硝化能力強(qiáng)，能夠充分利用填料表面和植物根系表面生物膜微的生物凈化作用，提高水質(zhì)處理效果。

垂直潛流人工濕地是指水垂直流過填料層的人工濕地，濕地床體處于不飽和狀態(tài)，氧氣通過大氣擴(kuò)散和植物傳輸進(jìn)入濕地系統(tǒng)。該濕地具有占地面積小、水力與污染物削減負(fù)荷高、有機(jī)物去除能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；其反硝化能力介于表面流人工濕地和水平潛流人工濕地之間，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工程建設(shè)費(fèi)用高，需專業(yè)技術(shù)人員運(yùn)行管理。

4.人工濕地植物選擇

人工濕地水處理技術(shù)模式應(yīng)選擇尾水處理效果好、成活率高、耐水性強(qiáng)、生長(zhǎng)周期長(zhǎng)的植物，并且要求其根系發(fā)達(dá)，可深入到表土以下0.6m～0.7m的礫石層中。濕地植物根系應(yīng)具有較強(qiáng)的輸氧能力，可使周圍水環(huán)境中保持較高溶解氧濃度，供好氧微生物生長(zhǎng)、繁殖。目前在人工濕地水處理系統(tǒng)構(gòu)建中，我國(guó)應(yīng)用的植物包括挺水植物（蘆葦、香蒲、菖蒲等）、浮水植物（睡蓮、槐葉萍等）和沉水植物（狐尾藻、苴草、金魚藻、黑藻等），種植時(shí)間應(yīng)根據(jù)植物生長(zhǎng)特性確定，一般在春季或初夏，必要時(shí)也可在夏季、秋季種植，但應(yīng)采取保證成活率的措施。濕地植物在冬夏季應(yīng)做好防凍和防曬措施，在生長(zhǎng)旺季及時(shí)收割，做好日常維護(hù)，避免腐爛污染水質(zhì)。同時(shí)，根據(jù)植物種類與工藝類型合理確定種植密度，挺水植物宜為9株/m2～25株/m2，浮水植物宜為1株/m2～9株/m2，沉水植物宜為16株/m2～36株/m2。

5.注意事項(xiàng)

在人工濕地強(qiáng)化措施方面，可以采取輔助充氧、增加填料厚度和補(bǔ)充投加碳源等工程措施強(qiáng)化水質(zhì)處理效果，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。在人工濕地植物選擇方面，宜選擇適應(yīng)當(dāng)?shù)刈匀粭l件、管理維護(hù)容易、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、景觀效果好的本土植物和抗凍、耐鹽、耐熱及抗病蟲害等較強(qiáng)的抗逆性水生植物，禁止選擇水葫蘆、空心蓮子草、大米草、互花米草等外來入侵物種。在二次污染控制措施方面，應(yīng)根據(jù)運(yùn)行要求、淤泥積存情況及環(huán)境影響等定期清淤排泥和及時(shí)收割枯萎死亡的水生植物，防止污染水體水質(zhì)。

二、典型案例及示范推廣情況

根據(jù)《2022中國(guó)漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》，2021年，池塘養(yǎng)殖面積約占全國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖面積的43.23%，是我國(guó)主要水產(chǎn)養(yǎng)殖方式。然而，池塘養(yǎng)殖由于其生產(chǎn)管理粗放、養(yǎng)殖密度高等問題，導(dǎo)致養(yǎng)殖水質(zhì)易惡化、養(yǎng)殖水體有效利用率低，急需轉(zhuǎn)型升級(jí)改造。在各地池塘養(yǎng)殖尾水治理實(shí)踐中，涌現(xiàn)出一批典型案例，其中人工濕地尾水處理技術(shù)在改善池塘養(yǎng)殖水體水質(zhì)、提高養(yǎng)殖生產(chǎn)效益等方面發(fā)揮了重要作用。

（一）典型案例

1.基于“表面流人工濕地”三級(jí)凈化處理模式

江蘇省蘇州市吳中區(qū)東山鎮(zhèn)現(xiàn)代漁業(yè)生態(tài)養(yǎng)殖示范區(qū)圍繞規(guī)劃布局合理、產(chǎn)業(yè)特色鮮明、經(jīng)營(yíng)主體多元、裝備科技先進(jìn)、生態(tài)環(huán)境良好、管理效益顯著的總體目標(biāo)，開展了長(zhǎng)江系中華絨螯蟹、青蝦等生態(tài)健康養(yǎng)殖和尾水治理相關(guān)工作。該示范區(qū)采用了“物理沉淀+曝氣增氧+微生物分解+多重過濾+水生動(dòng)植物生態(tài)利用”的組合技術(shù)處理池塘養(yǎng)殖尾水，形成了基于“表面流人工濕地”的三級(jí)凈化處理模式，其模式工藝流程為“生態(tài)溝渠（一級(jí)凈化）→沉淀池（一級(jí)凈化）→曝氣生物接觸器（二級(jí)凈化）→表流人工濕地（三級(jí)凈化）→生態(tài)塘（三級(jí)凈化）”。通過模式應(yīng)用，水體總氮和總磷指標(biāo)有效降低65%以上，養(yǎng)殖水體可循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)零排放。

2.基于“垂直流人工濕地”養(yǎng)殖尾水四級(jí)凈化模式

江蘇省常州市金壇數(shù)字化漁場(chǎng)以打造全國(guó)高標(biāo)準(zhǔn)智能化水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)為目標(biāo)，以發(fā)展生態(tài)循環(huán)水養(yǎng)殖為方向，積極開展河蟹良種繁育和生態(tài)養(yǎng)殖、養(yǎng)殖尾水凈化及循環(huán)利用等相關(guān)工作。該漁場(chǎng)通過對(duì)養(yǎng)殖排水和場(chǎng)外進(jìn)水采用物理處理和生物處理等技術(shù)，形成了基于“垂直流人工濕地”的養(yǎng)殖尾水四級(jí)凈化模式，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖水資源循環(huán)利用，工藝流程為“河流水源→集水沉淀區(qū)（一級(jí)凈化）→生態(tài)曝氣池（二級(jí)凈化）→碎石床濕地（三級(jí)凈化）→生態(tài)穩(wěn)定塘（四級(jí)凈化）→養(yǎng)殖區(qū)”。根據(jù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)集水區(qū)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，對(duì)氮、磷的攔截超過60%，達(dá)到了《池塘養(yǎng)殖尾水排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB32/4043-2021）排放一級(jí)限值要求，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖尾水達(dá)標(biāo)排放。

3.池塘復(fù)合人工濕地尾水凈化模式

上海市以水產(chǎn)綠色健康養(yǎng)殖技術(shù)推廣“五大行動(dòng)”為指導(dǎo)，大力推進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水治理行動(dòng)的深入實(shí)施，結(jié)合當(dāng)?shù)爻靥琉B(yǎng)殖現(xiàn)狀，因地制宜建設(shè)配套復(fù)合人工濕地凈化工程。通過將生態(tài)溝渠、沉淀池、綜合凈化塘、潛流人工濕地和復(fù)氧池等模塊組合成為一個(gè)生態(tài)處理系統(tǒng)來凈化養(yǎng)殖尾水，形成了“池塘復(fù)合人工濕地尾水凈化模式”，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖尾水達(dá)標(biāo)排放。其模式工藝流程為“池塘排水→生態(tài)溝渠→沉淀池→綜合凈化塘→潛流人工濕地→復(fù)氧池”。通過應(yīng)用該模式，養(yǎng)殖期間系統(tǒng)內(nèi)的氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽、總氮、總磷和高錳酸鉀指數(shù)等保持較低水平和穩(wěn)定狀態(tài)，主要水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，且池塘藻類結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可節(jié)水60%以上，減排80%以上，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖尾水達(dá)標(biāo)排放或內(nèi)部循環(huán)利用。

（二）示范推廣情況

近年來，全國(guó)水產(chǎn)技術(shù)推廣總站牢固樹立“綠水青山就是金山銀山”發(fā)展理念，以水產(chǎn)綠色健康養(yǎng)殖技術(shù)推廣“五大行動(dòng)”為指導(dǎo)，扎實(shí)推進(jìn)養(yǎng)殖尾水治理模式推廣行動(dòng)深入實(shí)施，有效地推動(dòng)了人工濕地養(yǎng)殖尾水處理技術(shù)模式的示范推廣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年，全國(guó)共培育“五大行動(dòng)”骨干基地1265個(gè)，其中28%骨干基地應(yīng)用人工濕地尾水處理技術(shù)模式，示范面積達(dá)10余萬畝，對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展起到重要推動(dòng)作用。

三、存在問題及下一步發(fā)展建議

人工濕地水處理技術(shù)作為一種高效處理水質(zhì)的綠色技術(shù)，被眾多養(yǎng)殖企業(yè)廣泛應(yīng)用，有力推動(dòng)了水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水治理的可持續(xù)發(fā)展。然而，當(dāng)前人工濕地尾水處理技術(shù)仍存在一些問題，如長(zhǎng)期運(yùn)行基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)缺乏，水質(zhì)凈化周期較長(zhǎng)，冬季運(yùn)行效率較低，資金保障不足，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)主體積極性不高等，這些問題都限制了人工濕地水處理技術(shù)的示范推廣。建議在后續(xù)示范推廣過程中，針對(duì)上述問題進(jìn)一步完善發(fā)展策略。

（一）加強(qiáng)政府作為，營(yíng)造良好氛圍

建議政府加強(qiáng)對(duì)人工濕地水處理技術(shù)模式的宣傳引導(dǎo)、政策支持和資金扶持，或可建立專門的環(huán)境教育與宣傳基地，提高公眾對(duì)人工濕地生態(tài)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)政企合作，引導(dǎo)相關(guān)企業(yè)配備人工濕地水處理設(shè)施設(shè)備，并做好相關(guān)資金保障工作。

（二）開展科技攻關(guān)，提升技術(shù)水平

建議各大高校和科研院所加強(qiáng)對(duì)人工濕地水處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究工作，尤其是較長(zhǎng)周期的運(yùn)行管理研究；加強(qiáng)校企協(xié)作，對(duì)人工濕地水處理系統(tǒng)運(yùn)行中存在的技術(shù)瓶頸和科研難題進(jìn)行科技攻關(guān)，打通人工濕地水處理技術(shù)應(yīng)用推廣的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)的工藝設(shè)計(jì)，提升水處理技術(shù)效率。建議各地水產(chǎn)技術(shù)推廣部門充分發(fā)揮示范引領(lǐng)作用，強(qiáng)化技術(shù)模式集成創(chuàng)新，因地制宜推廣人工濕地尾水處理技術(shù)。

（三）推動(dòng)企業(yè)轉(zhuǎn)型，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展

相關(guān)企業(yè)應(yīng)將“綠水青山就是金山銀山”綠色發(fā)展理念深刻融入企業(yè)發(fā)展過程中，因地制宜配備人工濕地水處理系統(tǒng)。在應(yīng)用實(shí)踐中，做好人工濕地設(shè)施設(shè)備日常維護(hù)運(yùn)營(yíng)和水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作，不斷提升系統(tǒng)使用效率，為企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和可持續(xù)發(fā)展注入新活力。