刺參工廠化海水養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)構(gòu)建與應(yīng)用初探

王文君，王東亮，王 磊，汪順周，劉文娟，楊金龍

(1.煙臺(tái)市海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心，山東 煙臺(tái) 264003；2.煙臺(tái)市疾病預(yù)防控制中心，山東 煙臺(tái) 264003)

近年來，在煙臺(tái)濱海地區(qū)以高密度、集約化為特點(diǎn)的刺參工廠化海水養(yǎng)殖模式發(fā)展迅速，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021 年煙臺(tái)市刺參養(yǎng)殖面積58.9 萬畝，年產(chǎn)值達(dá)到60.6 億元。刺參工廠化海水養(yǎng)殖過程中普遍存在尾水直排入海、排放量大以及尾水中懸浮物、化學(xué)需氧量、總氮、總磷等特征指標(biāo)較高的問題，對(duì)排放區(qū)域周邊海洋環(huán)境構(gòu)成較大壓力。目前，國內(nèi)對(duì)刺參工廠化海水養(yǎng)殖尾水處理缺少技術(shù)研發(fā)和成熟案例，本文依托煙臺(tái)某刺參工廠化海水養(yǎng)殖基地，研究構(gòu)建適合的尾水處理系統(tǒng)并實(shí)施應(yīng)用，有效提高了尾水質(zhì)量，為開展水產(chǎn)養(yǎng)殖入海排污口整治、推廣海水綠色生態(tài)健康養(yǎng)殖技術(shù)、實(shí)現(xiàn)海水工廠化養(yǎng)殖健康可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐和數(shù)據(jù)支持。

一、工廠化養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)的構(gòu)建

1.尾水排放要求

目前，海水養(yǎng)殖尾水的排放參照國家水產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《海水養(yǎng)殖水排放要求》(SC/T 9103－2007)，海水養(yǎng)殖水排放關(guān)鍵指標(biāo)要求如表1 所示，養(yǎng)殖基地尾水排放入海水養(yǎng)殖區(qū)，應(yīng)參照“一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”執(zhí)行。

表1 海水養(yǎng)殖排放要求 毫克/升

2.基地生產(chǎn)設(shè)施狀況

養(yǎng)殖基地車間面積為3 700米2，養(yǎng)殖水體約為2 200米3，養(yǎng)殖車間外建有占地面積為2 200米2的刺參養(yǎng)殖池塘，平均深2.2米?；刂饕源虆⒂绾宛B(yǎng)成為主，車間內(nèi)建有供氧、供水系統(tǒng)和養(yǎng)殖海水過濾設(shè)備，原養(yǎng)殖尾水不經(jīng)處理直排入海。

3.基地實(shí)際尾水排放量及尾水水質(zhì)情況

基地抽取周邊近岸海域海水經(jīng)沙濾后作為養(yǎng)殖用水，養(yǎng)殖過程中間歇性排放尾水。2022年9月20日、10月12日分別于車間外尾水排放渠道采集尾水樣品，檢測(cè)結(jié)果表明，在兩次監(jiān)測(cè)中尾水中懸浮物、無機(jī)氮指標(biāo)均超過《海水養(yǎng)殖水排放要求》(SC/T 9103－2007)中的“一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”限量，活性磷酸鹽和化學(xué)需氧量符合“一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”，水質(zhì)分析結(jié)果詳見表2。

表2 基地尾水中主要污染因子含量監(jiān)測(cè)情況 毫克/升

4.尾水處理技術(shù)路線

養(yǎng)殖基地間歇性排放尾水，尾水中懸浮物、無機(jī)氮含量較高，尾水處理技術(shù)路線中需重點(diǎn)去除懸浮物和氮、磷化合物。綜合考慮基地尾水排放特點(diǎn)、尾水處理設(shè)施建造成本和處理效果，采用尾水池塘梯度處理模式對(duì)尾水進(jìn)行處理，一是對(duì)養(yǎng)殖車間進(jìn)行排水溝渠改造，實(shí)現(xiàn)尾水統(tǒng)一入渠排放；二是建造尾水預(yù)處理池塘，池內(nèi)采用沉淀、曝氣和彈性生物濾料(毛刷)掛膜微生物對(duì)尾水進(jìn)行預(yù)處理，去除大顆粒懸浮物和小顆粒懸浮物，氧化有機(jī)物；三是將原室外刺參養(yǎng)殖池塘(面積2 200 米2)升級(jí)改造為綜合生態(tài)處理池塘，對(duì)池塘進(jìn)行清淤、護(hù)坡和進(jìn)排水改造，預(yù)處理后的尾水上清液排入綜合生態(tài)處理池，經(jīng)生態(tài)浮床、菌藻、底播刺參協(xié)同作用進(jìn)一步降解小分子有機(jī)物、吸收氮和磷等營養(yǎng)鹽，經(jīng)多級(jí)、多營養(yǎng)層次的水質(zhì)處理，實(shí)現(xiàn)尾水達(dá)標(biāo)排放。

5.尾水處理系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)

養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)總占地面積為2 232米2，由兩個(gè)處理單元組成(圖1)：處理單元1 為尾水預(yù)處理池，池內(nèi)分為沉淀區(qū)、生態(tài)濾壩、過濾區(qū)和曝氣區(qū)4個(gè)部分，尾水依次通過上述區(qū)域；處理單元2為綜合生態(tài)處理池。養(yǎng)殖片區(qū)尾水經(jīng)集中排水渠匯入處理單元1，處理單元1 的尾水上清部分通過閥門流入處理單元2，經(jīng)兩個(gè)單元處理后的尾水通過排水管道排入近岸海域。

圖1 養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)布局示意

6.尾水處理系統(tǒng)構(gòu)建

(1)尾水預(yù)處理池。采用沉淀、曝氣和過濾技術(shù)預(yù)處理尾水。預(yù)處理池為密封地下池，占地32 米2，池深2.5 米，內(nèi)壁與池底做5 層防水處理。為防止池底局部下沉，池底鋪設(shè)15 厘米厚鋼筋混凝土基礎(chǔ)，尾水進(jìn)水管和出水管設(shè)在池高2米處，采用直徑為50 厘米的PVC 管，進(jìn)水區(qū)和出水區(qū)均設(shè)溢流堰，以平緩水流防止產(chǎn)生紊流攪起沉淀物。預(yù)處理池沉淀區(qū)池底建成漏斗狀淤泥區(qū)，池底最低處安裝出污泥管，采用直徑20 厘米的PVC管，并加裝污泥泵，定期排出淤泥。

尾水經(jīng)沉淀區(qū)沉淀后通過生態(tài)濾壩，濾壩采用兩排空心磚結(jié)構(gòu)搭建外部框架，間隔2米，空心磚方向與水流方向保持一致。中間填充的濾料為牡蠣殼和陶瓷粒，兩者按照2∶1 的體積比混合，主要起到吸附水體中泥漿、臟污和有害微生物的作用。尾水經(jīng)生態(tài)濾壩處理后進(jìn)入過濾區(qū)，該區(qū)域內(nèi)懸掛彈性毛刷建成毛刷處理區(qū)，具有較強(qiáng)的有機(jī)物攔截能力，可有效分解進(jìn)入尾水中的有機(jī)物。共設(shè)置4 道毛刷屏，間距0.5 米，每道安裝50 條毛刷，在尾水排入前30 天布置好毛刷后讓其自然生成穩(wěn)定成熟的菌膜，利用微生物分解從而降低尾水中氮、磷營養(yǎng)鹽含量。尾水經(jīng)過濾區(qū)進(jìn)入曝氣區(qū)，該區(qū)池底鋪設(shè)5套曝氣盤，每套排氣流量為30 升/分，充氧能力為0.165 千克/時(shí)。以空心磚墻建成溢流堰與池塘其余部分相隔，鋪設(shè)地工膜作為隔絕層以防止底泥污染物的釋放。該區(qū)域主要作用：加快有機(jī)污染物氧化分解，增強(qiáng)水體自凈能力，進(jìn)一步改善水質(zhì)。

(2)綜合生態(tài)處理池。尾水經(jīng)預(yù)處理后排入綜合生態(tài)處理池，池堤設(shè)計(jì)為土質(zhì)結(jié)構(gòu)(水泥護(hù)坡)。池底鋪設(shè)地膜防滲，地膜上鋪設(shè)15～20厘米厚沙石保護(hù)層，池底設(shè)1%～2%的排水坡度(向排水口)傾斜。池中增設(shè)以海馬齒、海蓬子和鹽角草等耐鹽堿陸生植物為主的生態(tài)浮床300 米2(100 米2/畝)，底播刺參(密度5 只/米2)。每天固定時(shí)間向外排放上清池水。

二、實(shí)際處理效果分析

1.尾水處理后水中主要污染物濃度情況

2022 年9 月20 日、10 月12 日于綜合處理池塘排放口采集處理后的尾水樣品，檢測(cè)結(jié)果見表3。經(jīng)尾水處理系統(tǒng)處理后的尾水水質(zhì)達(dá)到《海水養(yǎng)殖水排放要求》(SC/T 9103－2007)中的“一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”，可安全排放。

表3 基地處理后尾水檢測(cè)情況 毫克/升

2.尾水處理系統(tǒng)污染物去除率

尾水處理系統(tǒng)投入使用后，尾水中污染物濃度在處理前后的變化情況可以評(píng)價(jià)尾水處理技術(shù)的可行性和處理效率。如果尾水經(jīng)處理后，水中污染物含量降低，且主要污染物去除率在45%以上，則認(rèn)為尾水處理系統(tǒng)處理效果較為理想。本文研究的尾水處理系統(tǒng)能夠有效降低刺參工廠化海水養(yǎng)殖尾水中的污染物，其中懸浮物的去除率最高，平均達(dá)89.8%；對(duì)化學(xué)需氧量、總氮和無機(jī)氮的平均去除率也比較高，分別為72.0%、58.8%和45.3%；對(duì)活性磷酸鹽和總磷也有去除效果，平均去除率分別為24.5%和23.0%。

三、小結(jié)

刺參工廠化海水養(yǎng)殖尾水中的主要污染物為懸浮物和無機(jī)氮。以“預(yù)處理＋綜合生態(tài)處理池”模式構(gòu)建刺參工廠化海水養(yǎng)殖尾水池塘梯度處理系統(tǒng)，可有效去除懸浮物、總氮和無機(jī)氮等，適用于間歇式排水、養(yǎng)殖尾水處理區(qū)面積有限的刺參工廠化海水養(yǎng)殖單位，值得推廣應(yīng)用。