治理淡水水产养殖水污染问题的调查研究

1治理淡水水产养殖水污染问题的调查研究摘要：探索水产养殖对水域环境的影响，提出如何解决这些问题的设想。生物浮床与人工湿地技术已被广泛用于处理各种类型的废水。本研究采用生物浮床与复合垂直流人工湿地相结合，循环净化水产养殖废水，在不进行换水的条件下，鱼塘内水质能保持较好的状态，节约了水资源和电能，可产生了显著的经济效益和生态效益。关键词：水产养殖、人工湿地、生物浮床一引言中国水产养殖历史悠久，技术先进，对世界渔业发展和人民生活水平提高作出了贡献。但是，随着中国经济、人口的持续增长和城市化进程加快，来自工业、农业和生活的污水不断增多，渔业水域已经受到不同程度污染，渔业生产已经受到危害；同时，水产养殖自身污染严重，养殖过程中废水随意排放，更加重了渔业水域污染的程度。养殖所产生的废物主要有鱼类未食用的饵料、排放粪便及其他排泄物。而在这些食物中最终将对环境产生影响的主要是其所含的营养物质——氮、磷和有机物。由于养殖过程中饵料投喂方式不当、投喂过量、饵料投喂后被冲走和溶解以及鱼类本身的摄食习惯等原因，养殖无论投喂何种饵料，总存在一部分不能为养殖鱼类所食用的饵料，其比例多少与养殖方式、养殖种类、饵料类型及养殖管理方式有关。被鱼体摄取的饵料中未被消化的部分将作为粪便被排出，消化部分通过鱼体吸收和代谢，所吸收的营养物质中有一部分作为氨和尿素被排出体外。粪便及排泄物的量主要与养殖鱼类的消化率有关，另外与养殖鱼类的个体大小、健康情况及环境因子等也有关。据文献报道，植食性鱼类的消化率约为80%，肉食性鱼类的消化率通常高于90%。据对日本高知县海湾光松渔场网箱养殖鰤鱼的实测结果及几个实验室水槽试验的结果，未食用饵料平均占投饵量的16%，鱼体摄取蛋白平均占75.5%，其中以粪便和尿形式排泄出来的分别占3%和18%。各种废物所占比例及其进入环境的途径如图1[1]。2二水污染的修复技术2.1循环水由于渔业生产的迫切需要，国内外众多水产单位开始进行海水、淡水的循环水养殖生产、实验。循环水养鱼系统的核心是养殖水处理系统，并且围绕水处理系统，建立适合循环水养殖情况下的鱼病防御和治疗系统。国外的循环水养殖[2](RecirculatingAquaculture)，一般是指集中了相当多的设施、设备，拥有多种技术手段，使水产品处于一个相对被控制的生活环境中，处在较高强度的生产状态下，具有生产效率高、占地面积少的特点。其主要特征是水体的循环利用，它不同于普通的工厂化养殖，其综合运用机械、电子、化学、自动化信息技术等先进技术和工业化手段，控制养殖生物的生活环境，进行科学管理，从而摆脱土地和水等自然资源条件限制，是一种高密度、高单产、高投入、高效益的养殖方式。图2[3]为法国典型的水循环装置。图2法国国家海洋开发研究院的封闭循环水系统这种高成本、高能耗的模式，对于实际的渔业生产不现实，难以广泛应用和推广。根据发展中国家的实际情况，发展节能、低成本的水处理工艺是有必要的。2.2人工湿地[4]人工湿地的显著特点之一是良好的污水净化能力。国内外有关处理城市污水的研究表明，人工湿地对BOD5去除率可达85%~95%，SS去除率达90%以上，除磷脱氮效果也很好，去除率可分别达到90%和60%以上，而城市二级污水处理厂对N、P的去除率仅为20%~40%。人工湿地不仅可处理以耗氧有机物和N、P等营养物为主的生活污水，对含重金属、酸性有机物及无机矿物等工业废水也具有良好的去除效果。与其它污水处理工艺相比，人工湿地具有诸多明显的优点，如对负荷变化适应能力强、出水水质好、工程基建和运行费用低、操作管理简单、维护方便等。人工湿地具有的诸多特点决定了它特别适合于经济发展水平不高、能源短缺、技术力量相对缺乏的地区。近来，将其应用于水产养殖废水的处理也有报道，但系统研究不多，如试验研究规模小和周期短，结论在实际应用中还存在相当的距离。32.3人工浮床人工浮床技术治理水环境与生态修复的原理是[5]：通过植物在生长过程中对水体中N、P等植物必需元素的吸收利用及植物根系和浮床基质等对水体中悬浮物的吸附作用，富集水体中的有害物质，与此同时，植物根系释出大量能降解有机物的分泌物，加速有机污染物的分解，随着部分水质指标的改善，尤其是DO的大幅度增加，为好氧微生物的大量繁殖创造了条件。通过微生物对有机污染物、营养物的进一步分解，使水质得到进一步改善，最终通过收获植物体的形式，将N、P等营养物质以及吸附积累在植物体内和根系表面的污染物搬离水体，使水体中的污染物大幅度减少，水质得到改善，从而为高等水生生物的生存、繁衍创造生态环境条件，为最终修复水生态系统提供可能。人工浮岛因具有净化水质、创造生物的生息空间、改善景观、消波等综合性功能，在水位波动大的水库或因波浪的原因难以恢复岸边水生植物带的湖沼或是在有景观要求的池塘等闭锁性水域得到广泛的应用。随着人工浮岛工程的不断增加，评价人工浮岛的功能及效果已逐步从定性评价上升到定量评价的高度。三研究对象本方案研究对象为广州番禺区石楼镇沙北村的鱼塘。石楼镇位于番禺区东部狮子洋畔，珠江贯穿全镇南北（如图3所示）。沙北村是石楼镇的一个行政村，面积14943亩，其中耕地7457亩，鱼塘5753亩。从2004年8月起，沙北村开始鱼塘标准化整治，全部鱼塘主要养殖经济鱼类及虾、蟹等。2007年，为了预防禽流感，沙北村渔民养殖的鸭子等禽类被统一捕杀。据调查，大部分鱼塘的养殖废水通过收集，不经处理都直接排入珠江。另外，位于该村的河段是珠江的下游，上游经广州市区、东莞等地，珠江水质基本上不适合于灌溉。图3调查对象的地理位置4四目标通常，在水产养殖废水处理过程中，废水中的营养成分、生物化学耗氧量(BOD)、悬浮固体(SS)和病原体是处理的重点[6]。根据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），Ⅲ类水主要适用于集中式生活饮用水、地表水源地二级保护区，鱼虾类越冬、回游通道，水产养殖区等渔业水域及游泳区；Ⅱ类水主要适用于集中式生活饮用水、地表水源地一级保护区，珍稀水生生物栖息地，鱼虾类产卵场，仔稚幼鱼的索饵场等。本方案设计的目标是将养殖废水处理至少达到Ⅲ类水标准，以实现水循环养殖；或尽可能达到Ⅱ类水标准，使循环水有更多用途。五工程设计及可行性分析图4方案总设计图工程采用生物浮床和人工湿地两种技术，总设计如图4所示。首先在塘面移植生物浮床，通过浮床植物的收割带走部分有机物质；养殖废水不直接排入珠江，而是收集后进入人工湿地；经人工湿地净化后的水进入蓄水池（补水塘），用于养殖水的补充；多余的水还可用于农田灌溉。同时人工湿地亦可用于处理农田废水。以此实现水循环利用，既可不引用水质较差的珠江水，亦不会增加珠江的负担。5.1在每个池塘上放置生物浮床在每个鱼塘移植入生物浮床，用毛竹捆扎为载体在水面形成人工浮岛，该材料可循环利用、耐风浪、且在鱼塘捕获期也方便移出。浮床植物可选取时令蔬菜，生长速度快，合理安排种植期，则不妨碍鱼类的捕获。浮床可为鱼类提供栖息场所，特别是在夏季，对鱼类来说也是不错的避暑场所。此外，对鱼塘的营养物质吸收的同时，可产生额外的经济收入。对于宽阔的塘面，浮床也能起到景观作用。55.2利用人工湿地对养殖废水进行处理通过布管，将各鱼塘的养殖废水收集，进入人工湿地进行处理。人工湿地类型采用复合垂直流人工湿地（如图5所示），该类型湿地最大的特点是能充分的利用湿地植物的根系和湿地填料形成的生物膜的作用，最大限度的对废水进行处理。湿地植物选择适合华南地区生长，且有良好净化能力的种类，如美人蕉、风车草、再力花等。湿地面积根据需处理的养殖废水而定，可同时用于处理附近的农田污水。5.3方案可行性分析利用蔬菜作为浮床植物进行水体净化，目前已有不少研究。例如张村侠[7]等，用生菜和苋菜作为泡沫板浮床栽培材料，研究了其生长状况及对富营养化水体的净化效果。结果表明，生菜和苋菜在富营养化水体中可以正常生长。生菜28d内对富营养化水体中的TN、NH4+-N、NO3--N、TP、PO43--P的去除率分别达到9.83%、85.41%、59.57%、76.58%和82.16%，苋菜28d内对TN、NH4+-N、NO3--N、TP、PO43--P的去除率分别为74.91%、89.58%、54.60%、78.53%和84.71%。生菜和苋菜能显著改善富营养化水体的水质，并且没有产生亚硝酸盐及重金属富集，符合食用标准。生菜、苋菜等在华南地区是常见蔬菜，市场需求也大，可见，在鱼塘移植蔬菜浮床具有一定的可行性。若鱼塘养殖的为草食性鱼类，则可借鉴大镜山水库水质改善工程中的浮床系统构建技术，在植物根系外围上一层网，以防止鱼类对植物根系的破坏。因为复合垂直流人工湿地的诸多优点，近年来越来越多地被利用到废水处理。如吴振斌[8]等将复合垂直流人工湿地同池塘养殖结合，近9个月的新建人工湿地运行结果表明，水力负荷从313、469、625mm/d增加到781mm/d，人工湿地对TSS、CODCr和BOD5去除率的变动范围分别为80.5%~82.9%、45.2%~64.2%和61.0%~77.0%，对NH4+-N、NO3--N、TN去除率的变动范围分别为51.5%~67.8%、-90.6%~40.0%和29.1%~68.6%，对TP和IP的去除率为72.7%~89.1%和0~33.3%，对细菌总数、总大肠菌群、藻类等生命物质也有较好的去除效果，湿地出水水质除溶氧外能达到国家渔业水质标准。所以，该类型人工湿地用于养殖废水处理亦具有一定的可行性。结合两种技术对养殖废水进行处理，使净化效果更佳。六方案实施的几个阶段设计了工艺流程后，要进行逐级实验，以确保安全。首先进行实地调查，调查包括以下水体指标：水温、pH、浊度、TN、TP、氨氮、COD、BOD、SS、病原体等。接着是物理模型实验阶段。通过模拟自然环境，筛选适合浮床和湿地的植物，图5复合垂直流人工湿地6以及浮床材料和湿地填料。小试和中试阶段。与物理模拟阶段相似，放大到小区域如水渠，或鱼塘旁建立装置进行净化试验，为工程的具体实施提供基本工艺参数。进行试验时，应选择可靠的采样方法和分析手段来取得详实的数据。并且不能忽视规模因素，否则根据中试数据推出现场规模的设备能力和处理费用可能会与实际大相径庭。最后是实际工程的实施。如果以上均表明工艺在技术和经济上可行，便可开始具体设计，包括设备、材料、工程位点及面积、布管等。七方案评价1、本系统除需要水泵外，不再需要其它的机械设备，系统运行能耗低、操作简单，维护管理方便；2、发展渔业的同时利用浮床种植蔬菜，节约土地、净化水体、节约水资源、获得经济效益；3、尽管湿地需占用一定面积，但其投入和管理所需费用，与集约化养殖所产生的经济效益和水循环利用后的生态效益相比，是微乎其微的。因此，生物浮床与人工湿地系统作为有效的水质处理技术，应用到养殖用水和废水净化，使废水达到循环利用具有现实可行性。对这种新型循环养殖生态系统的深入研究将有助于推进中国池塘养殖的可持续发展。参考文献：[1]贾晓平、林钦、李纯厚，南海渔业生态环境与生物资源的污染效应研究[M]，海洋出版社，2004[2]吴凡、刘晃、宿墨，工厂化循环水养殖的发展现状与趋势[J]，科学养鱼，2008，9：72~74[3]刘鹰，欧洲循环水养殖技术综述[J]，渔业现代化，2006，6：47~49[4]王世和，人工湿地污水处理理论与技术[M]，科学出版社，2007，5[5]任照阳、邓春光，生态浮床技术应用研究进展[J]，农业环境科学学报，2007，26（增刊）：261-263[6]刘长发、晏再生、张俊新等，养殖水处理技术的研究进展[J]，大连水产学院学报，2005，20（2）：142-148[7]张村侠、朱世东，浮床栽培绿叶蔬菜对富营养化水体的净化效果[J]，安徽农业科学，2007，35（14）：4193-4194，4196[8]吴振斌、李谷、付贵萍等，基于人工湿地的循环水产养殖系统工艺设计及净化效能[J]，2006，22（1）：129-133