唐山市海水養(yǎng)殖尾水監(jiān)測(cè)及分析

宋蓀陽(yáng),黃金臣,岳 強(qiáng),張宏祥,張 強(qiáng)

(唐山市水產(chǎn)技術(shù)推廣站,河北 唐山 063000)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,養(yǎng)殖天然水體因遭受工業(yè)廢水、生活污水和農(nóng)業(yè)面源污染的影響,環(huán)境質(zhì)量有所下降,這給水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境帶來(lái)了很大的沖擊[1]。唐山市是北方沿海城市,也是重工業(yè)城市,大部分企業(yè)屬于高耗能重污染的發(fā)展模式。企業(yè)生產(chǎn)的污水直接排入海洋和河流,對(duì)海洋和河流造成嚴(yán)重的影響。唐山市的主要水源河流之一的灤河,下游水污染物主要來(lái)自工業(yè)三廢、生活污水、垃圾、化肥和農(nóng)藥[2-3]。2019年1月,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、生態(tài)環(huán)境部、自然資源部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)等十部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)綠色發(fā)展的若干意見(jiàn)》,明確提出要推進(jìn)養(yǎng)殖尾水治理,推動(dòng)養(yǎng)殖尾水資源化利用或達(dá)標(biāo)排放。

海水養(yǎng)殖尾水中的主要污染物有氨氮、亞硝酸鹽、有機(jī)物、磷及污損生物[4]。養(yǎng)殖尾水中的營(yíng)養(yǎng)性成分、溶解有機(jī)物、懸浮固體和病原體是處理的重點(diǎn)[5]。戴修贏[6]通過(guò)對(duì)蘇州地區(qū)七種養(yǎng)殖池塘水質(zhì)及其氮、磷收支研究發(fā)現(xiàn),河蟹、青蝦池塘養(yǎng)殖氮釋放量較低,魚(yú)類(lèi)及中華鱉養(yǎng)殖氮釋放量均較高;河蟹養(yǎng)殖池塘磷釋放量為最低,混養(yǎng)魚(yú)磷釋放量最高。河北省2018年18家冷水魚(yú)養(yǎng)殖場(chǎng),養(yǎng)殖尾水檢測(cè)合格率94.4%。2019年24家冷水魚(yú)養(yǎng)殖場(chǎng),養(yǎng)殖尾水全部符合《SC/T 9101-2007淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》[7]。

海水養(yǎng)殖尾水處理技術(shù)主要包括:池塘凈化、設(shè)施凈化和濕地凈化等[8]。南美白對(duì)蝦海水養(yǎng)殖尾水中大量的剩餌和糞便被排入水體,導(dǎo)致水質(zhì)惡化、病害頻發(fā)。浙江省在溫州、臺(tái)州、寧波、舟山等示范點(diǎn)地,開(kāi)展了南美白對(duì)蝦海水養(yǎng)殖尾水處理技術(shù)示范工作,效果顯著[9]。

為摸清唐山市海水養(yǎng)殖尾水污染物排放現(xiàn)狀,推動(dòng)海水養(yǎng)殖尾水治理,2020年根據(jù)唐山市不同的海水養(yǎng)殖種類(lèi)和養(yǎng)殖模式,在曹妃甸區(qū)、灤南縣、樂(lè)亭縣等唐山市海水養(yǎng)殖集中縣區(qū),對(duì)養(yǎng)殖進(jìn)水、尾水進(jìn)行了環(huán)境監(jiān)測(cè),為唐山市海水養(yǎng)殖尾水治理提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查區(qū)域和采樣點(diǎn)設(shè)置

在唐山市海水養(yǎng)殖集中區(qū)域曹妃甸區(qū)、灤南縣、樂(lè)亭縣,對(duì)海水主要養(yǎng)殖模式工廠(chǎng)化育苗室、工廠(chǎng)化養(yǎng)殖車(chē)間、養(yǎng)殖池塘養(yǎng)殖進(jìn)水、尾水進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)。涉及唐山市主要海水養(yǎng)殖品種:中國(guó)對(duì)蝦育苗、河鲀育苗、南美白對(duì)蝦工廠(chǎng)化養(yǎng)殖、鲆鰈類(lèi)工廠(chǎng)化養(yǎng)殖、海水池塘海參養(yǎng)殖、海水池塘中國(guó)對(duì)蝦與河鲀混養(yǎng)、海水池塘南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖。

1.2 采樣時(shí)間與檢測(cè)方法

每種養(yǎng)殖模式選擇1～4個(gè)進(jìn)水、尾水監(jiān)測(cè)點(diǎn),春季、夏季、秋季每月定期監(jiān)測(cè)1次(由于冬季池塘結(jié)冰,未在冬季進(jìn)行監(jiān)測(cè))。監(jiān)測(cè)指標(biāo)5項(xiàng):COD、總氮、總磷、無(wú)機(jī)氮(包括氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮)、活性磷酸鹽。檢測(cè)方法及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 檢測(cè)方法和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2020年,累計(jì)完成采樣11 次(2月份因河北省新冠疫情原因未采樣),共采集樣品200 個(gè),完成1 400 項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。海水養(yǎng)殖尾水環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果詳見(jiàn)表2。

表2 進(jìn)水、尾水水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.1 COD

進(jìn)水年平均值為3.125 mg/L,不符合《GB 3097 海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》二類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(≤3 mg/L),超標(biāo)率45.6%。其中,海水池塘中國(guó)對(duì)蝦與河鲀混養(yǎng)COD超標(biāo)率最高,為60%,海水池塘海參養(yǎng)殖超標(biāo)率最低,為33.3%,其余5 種養(yǎng)殖模式超標(biāo)率在50%左右。尾水所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)COD全部符合《SC/T 9103-2007海水養(yǎng)殖水排放要求》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(≤10 mg/L),合格率100%。尾水COD監(jiān)測(cè)結(jié)果與2019年馬國(guó)臣等[10]研究結(jié)果一致。

2.2 總氮、總磷

進(jìn)水總氮年平均值為1.112 mg/L,不符合《GB 3838 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》三類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)(≤1 mg/L),超標(biāo)率40%。尾水總氮年平均值為2.002 mg/L,不符合《GB 3838 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》三類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)(≤1 mg/L),超標(biāo)率51%,其中,南美白對(duì)蝦工廠(chǎng)化養(yǎng)殖、海水池塘中國(guó)對(duì)蝦與河鲀混養(yǎng)2 種模式進(jìn)水、尾水均不超標(biāo),其余5 種養(yǎng)殖模式進(jìn)水、尾水總氮均超標(biāo)。尾水與進(jìn)水相比增加量為0.89 mg/L,低于標(biāo)準(zhǔn)限量值。

總磷進(jìn)水年平均值為0.220 mg/L,尾水年平均值為0.252 mg/L,都不符合GB 3838地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)三類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)(≤0.2 mg/L),增加量?jī)H為0.032 mg/L,尾水中總磷增加不顯著。進(jìn)水超標(biāo)率28%,尾水超標(biāo)率39%。其中,海水池塘海參養(yǎng)殖超標(biāo)率最低,進(jìn)水為11.1%,尾水全部合格。中國(guó)對(duì)蝦育苗、海水池塘海參養(yǎng)殖、海水池塘中國(guó)對(duì)蝦與河鲀混養(yǎng)3 種養(yǎng)殖模式尾水中總磷增加量為負(fù)值。

水中總氮、總磷的含量因季節(jié)呈現(xiàn)不同的變化。表3、圖1、圖2分別為春季、夏季、秋季進(jìn)水、尾水中總氮和總磷的變化情況。

圖1 不同季節(jié)進(jìn)水、尾水總氮變化情況

圖2 不同季節(jié)進(jìn)水、尾水總磷變化情況

表3 不同季節(jié)進(jìn)水、尾水中總氮、總磷含量

2.3 無(wú)機(jī)氮

進(jìn)水無(wú)機(jī)氮年平均值0.597 mg/L,不符合《GB 3097 海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》二類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)(≤0.3 mg/L),超標(biāo)率為81%。其中超標(biāo)率最高的是鲆鰈類(lèi)工廠(chǎng)化養(yǎng)殖,超標(biāo)率高達(dá)92.9%。尾水無(wú)機(jī)氮平均值0.663 mg/L,不符合《SCT 9103海水養(yǎng)殖水排放要求》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(≤10 mg/L),超標(biāo)率為50.9%。無(wú)機(jī)氮是進(jìn)水、尾水主要超標(biāo)指標(biāo)。其中,中國(guó)對(duì)蝦育苗、海水池塘海參養(yǎng)殖、中國(guó)對(duì)蝦與河鲀混養(yǎng)、海水池塘南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖4 種模式尾水中的無(wú)機(jī)氮含量要小于進(jìn)水。

海水中無(wú)機(jī)氮受生物因素和水溫狀況的影響較大,因此隨著季節(jié)的變化含量也不同。表4為不同季節(jié)水中無(wú)機(jī)氮的含量。圖3、圖4為進(jìn)水和尾水中氨氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮隨季節(jié)的變化情況。

圖3 不同季節(jié)進(jìn)水中三種形態(tài)氮的變化

圖4 不同季節(jié)尾水中三種形態(tài)氮的變化

表4 不同季節(jié)進(jìn)水、尾水中無(wú)機(jī)氮含量 mg·L-1

2.4 活性磷酸鹽

進(jìn)水年平均值為0.107 mg/L,不符合《GB 3097 海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》二類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)(≤0.03 mg/L),是限量值的3倍多,超標(biāo)率89.5%。尾水年平均值為0.183 mg/L,不符合《SC/T 9103海水養(yǎng)殖水排放要求》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(0.05 mg/L),是限量值的3倍多,超標(biāo)率78.9%,為進(jìn)水、尾水中主要超標(biāo)指標(biāo)。

3 討論

3.1 COD

COD通常用來(lái)反映水體中有機(jī)污染物含量的高低,較低的COD含量能保證養(yǎng)殖水體的有機(jī)物濃度安全。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,進(jìn)水COD超標(biāo)率高于尾水。由于養(yǎng)殖進(jìn)水主要來(lái)自海洋和河流,說(shuō)明進(jìn)水水源中有機(jī)物含量較高。水環(huán)境中的有機(jī)物主要來(lái)源于天然有機(jī)物及其分解產(chǎn)物、生物活動(dòng)產(chǎn)物、人類(lèi)生活廢物和各種工業(yè)廢物等方面。水中動(dòng)植物殘?bào)w、生活污水及工業(yè)廢水中易分解的有機(jī)物,在微生物作用下被氧化分解,大量消耗水中的溶解氧,導(dǎo)致水質(zhì)惡化。目前,全球水體有機(jī)污染呈加重趨勢(shì),人為活動(dòng)是導(dǎo)致水體有機(jī)污染的主要原因。在水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中,由于浮游植物的光合作用,吸收二氧化碳釋放氧氣,同時(shí)通過(guò)增氧機(jī)進(jìn)行人工增氧,增加了水中溶解氧含量,從而加速了水中有機(jī)物的分解。因此,尾水COD全部合格,養(yǎng)殖尾水體中有機(jī)物對(duì)環(huán)境未造成污染。

3.2 總氮、總磷

總氮是水中無(wú)機(jī)氮和有機(jī)氮的總和。天然水中氮的來(lái)源主要是:大氣降水下落過(guò)程從大氣中的淋溶、地下徑流從巖石土壤的溶解、水體中水生動(dòng)物的代謝、水中生物的固氮作用,沉積物中氮的釋放,以及生活、工農(nóng)業(yè)污染等。無(wú)機(jī)氮是水中藻類(lèi)能夠直接吸收利用的氮的形態(tài),在適宜的濃度范圍內(nèi),增加其含量可以提高浮游植物的生物量,提高天然餌料基礎(chǔ),促進(jìn)養(yǎng)殖生產(chǎn)。但是水中無(wú)機(jī)氮含量過(guò)高時(shí),易導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化,對(duì)養(yǎng)殖生物產(chǎn)生有害的影響。有機(jī)氮主要是蛋白質(zhì)的腐解產(chǎn)物、細(xì)胞分泌物,如胞外蛋白、球蛋白以及氨基酸等。海水中還存在其他一些含氮化合物,如尿素、腺嘌呤和尿嘧啶。

磷是一切藻類(lèi)生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素,需要量比氮少。天然水中磷的化合物根據(jù)是否與酸性磷酸鹽反應(yīng)可以分為兩類(lèi):活性磷化合物和非活性磷化合物。磷酸鹽、部分溶解態(tài)的有機(jī)磷、吸附在懸浮物表面的磷酸鹽以及一部分在酸性中可以溶解的顆粒無(wú)機(jī)磷,稱(chēng)為活性磷化合物。不與酸性磷酸鹽反應(yīng)的稱(chēng)為非活性磷化合物。

結(jié)果表明,尾水中總氮的超標(biāo)主要是由于進(jìn)水超標(biāo)所導(dǎo)致。

總氮的變化趨勢(shì)為:春季>秋季>夏季。進(jìn)水、尾水變化趨勢(shì)相同。主要超標(biāo)月份為春季和秋季,夏季不超標(biāo),并且夏季增加量最小。春季增加量與限量值持平,夏秋兩季增加量要明顯低于限量值?？偭椎淖兓厔?shì)為:春季>夏季>秋季。夏季增加量最小,與總氮監(jiān)測(cè)結(jié)果一致。

3.3 無(wú)機(jī)氮

無(wú)機(jī)氮主要包括:氨氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮。由于海水中無(wú)機(jī)氮受生物因素和水溫狀況的影響較大,因此隨著季節(jié)的變化含量也不同。從表3中可以看出,年進(jìn)水、尾水中無(wú)機(jī)氮變化情況:秋季>春季>夏季。由于夏季浮游植物的大量繁殖,海水中無(wú)機(jī)氮被吸收,因此夏季無(wú)機(jī)氮含量最低。夏季過(guò)后,氨氮首先上升,其次硝酸氮和硝酸鹽氮也分別上升。在無(wú)機(jī)氮的三種形態(tài)氮中,由于硝酸鹽氮是含氮化合物的穩(wěn)定形態(tài),是含氮物質(zhì)氧化的最終產(chǎn)物,因此在無(wú)機(jī)氮中占優(yōu)勢(shì)。亞硝酸鹽氮是氨氮氧化和硝酸鹽氮還原的一種過(guò)渡形態(tài),是一種不穩(wěn)定的形態(tài)。因此,在水體中含量要明顯低于其他兩種形態(tài)氮。監(jiān)測(cè)結(jié)果符合天然水中無(wú)機(jī)氮的分布變化[11]。進(jìn)水、尾水中氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的變化情況基本一致。

3.4 活性磷酸鹽

活性磷酸鹽主要來(lái)源于生物有機(jī)殘?bào)w的分解礦化、沉積物的釋放、水生生物的分泌與排泄、水生植物的吸收利用、降水、沖刷土壤地表徑流、生活污水等[12]。由于進(jìn)水、尾水中活性磷酸鹽超標(biāo)率較高,很有可能是由于底層水中有機(jī)物的礦化和沉積物中含有較高的磷酸鹽所導(dǎo)致。

4 結(jié)論

活性磷酸鹽和無(wú)機(jī)氮是唐山市海水養(yǎng)殖進(jìn)水、尾水主要超標(biāo)指標(biāo)。監(jiān)測(cè)結(jié)果與2016—2018年中國(guó)漁業(yè)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)中,“海水重點(diǎn)增養(yǎng)殖區(qū)主要超標(biāo)因子為無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽”結(jié)果一致[13-15]。

養(yǎng)殖尾水狀況與進(jìn)水狀況密不可分,監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,尾水中總氮、總磷、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽的超標(biāo)主要是由于進(jìn)水超標(biāo)所導(dǎo)致。2019年河北省海水池塘養(yǎng)殖尾水排放研究中也得到一致的結(jié)論:養(yǎng)殖池中無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽數(shù)據(jù)與水中本底基數(shù)呈現(xiàn)相關(guān)性,本底數(shù)高養(yǎng)殖水體數(shù)據(jù)也高[16]。