潛流濕地+生物凈化對池塘高密度養(yǎng)殖尾水中總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)的影響

潛流濕地+生物凈化對池塘高密度養(yǎng)殖尾水中總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)的影響

采用人工濕地（cw）處理廢水是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種污水處理技術(shù)。潛流型人工濕地污水處理系統(tǒng)具有水力負荷和污染附和大，對BOD、COD、SS、重金屬等污染指數(shù)去除效果好等優(yōu)點。國際上，潛流濕地技術(shù)已成為城市污水處理領(lǐng)域的研究熱點，并越來越被人們接受和應(yīng)用。傳統(tǒng)漁業(yè)在追求數(shù)量型增長的過程中，以占用和消耗大量資源為代價，從而使生態(tài)失衡和環(huán)境惡化等問題日益突顯。細菌、病毒等病原體的大量滋生和有毒有害物質(zhì)的日益積累，給水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)帶來了極大的風(fēng)險，嚴(yán)重制約和威脅水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。而且，傳統(tǒng)漁業(yè)采用頻繁換水的方法來改善池塘水體生態(tài)環(huán)境，造成水資源巨大浪費的同時，也造成河流、湖泊區(qū)域性的富營養(yǎng)化，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。因此，以優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全為特征的節(jié)約型、環(huán)境友好型的現(xiàn)代漁業(yè)快速興起。近年來，將養(yǎng)殖和水處理相結(jié)合的養(yǎng)殖模式引起廣泛重視，人們綜合物理、化學(xué)、生物等多種水處理技術(shù)，使池塘養(yǎng)殖尾水達標(biāo)排放。作者以高密度青魚養(yǎng)殖集中區(qū)為研究對象，采用生態(tài)濕地與潛流濕地相結(jié)合的方式進行養(yǎng)殖尾水的水質(zhì)凈化，實施池塘水循環(huán)利用，旨在優(yōu)化濕地生態(tài)系統(tǒng)模式。1系統(tǒng)設(shè)計1.1減少廢水排放，提高提質(zhì)效率池塘高密度養(yǎng)殖易造成水體內(nèi)源性污染，池塘養(yǎng)殖尾水經(jīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級濕地多級凈化，通過生物、生物與物理等相結(jié)合的技術(shù)手段，降低總氮（TN）、總磷（TP）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、懸浮物總顆粒（SS）等物質(zhì)的含量，使養(yǎng)殖尾水達標(biāo)排放與循環(huán)利用。潛流濕地是由砂礫層組成的淺床濕池植物系統(tǒng)，被處理廢水經(jīng)配水系統(tǒng)分布從填料床的一端均勻平緩流過填料床植物根區(qū)，是一個由土壤、濕地植物和微生物組成的生態(tài)處理系統(tǒng)，是池塘養(yǎng)殖尾水處理的有機組成部分（圖1）。1.2生物凈化系統(tǒng)池塘循環(huán)水養(yǎng)殖是通過開挖渠道、排設(shè)管道、建設(shè)泵站等一系列配套工程，建立試驗區(qū)與對照區(qū)的兩套尾水循環(huán)利用系統(tǒng)，實現(xiàn)養(yǎng)殖尾水凈化處理，循環(huán)利用。試驗區(qū)為“潛流濕地+生物凈化池”系統(tǒng)，Ⅰ級與Ⅲ級凈化區(qū)為生物凈化池，Ⅱ級凈化區(qū)為由1200m2的小水池和5m×20m的潛流濕地。對照區(qū)為常規(guī)的生物凈化系統(tǒng)（表1）。試驗區(qū)的凈化面積占整個養(yǎng)殖區(qū)的7.9%，是對照區(qū)凈化面積占比18.8%的42.02%。潛流濕地是濾料與植物的結(jié)合體，具有極強的吸附、過濾作用。濾料層高度為1.0m，以沸石、碎石、卵石、活性炭為濾料，沸石通過物理吸附、離子交換，能有效去除氨氮、有機質(zhì)、重金屬離子等溶解態(tài)污染物，同時具有調(diào)節(jié)水體pH值，增加水中溶氧，釋放有利于魚類生長的多種生物活性元素。以濾料為載體，形成天然生物膜，通過微生物作用進一步分解水體中的有機物質(zhì)。潛流濕地上層0.5m，少土栽培植物，強化水體凈化功能，增加收獲指數(shù)和總體效益。1.3混養(yǎng)淡水螺魚養(yǎng)殖養(yǎng)殖區(qū)統(tǒng)一采用“主養(yǎng)青魚，搭養(yǎng)鯽魚”的養(yǎng)殖模式，放養(yǎng)時間為2月底至3月初，每667m2投放規(guī)格2.0～2.5kg/尾的青魚260尾，0.5～1.0kg/尾的青魚200尾，15～20尾/kg的青魚10kg。同時搭養(yǎng)規(guī)格15～20尾/kg的鯽魚10kg,6～8尾/kg的鰱魚100尾，6～8尾/kg的鳙魚50尾。投喂相同的混養(yǎng)魚配合飼料，定期投放相同重量的螺螄。通過相同的日常管理，對年終產(chǎn)量及效益進行分析。凈化區(qū)出現(xiàn)水草瘋長的現(xiàn)象時，采用人工打撈的方式定期對其進行清理，確保植物覆蓋率保持在60%左右。1.4水質(zhì)指標(biāo)檢測按照《太湖流域池塘養(yǎng)殖水排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，對系統(tǒng)中的養(yǎng)殖池、各級凈化池、外源水的主要水質(zhì)指標(biāo)進行檢測，采樣時間9:00—11:00。檢測指標(biāo)為總氮（TN）、總磷（TP）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、溶氧（DO）、懸浮顆粒(SS)、銅、鋅。各項指標(biāo)測試方法均按國家環(huán)保局編制的《水和廢水監(jiān)測分析方法》進行。2結(jié)果2.1凈化效率分析養(yǎng)殖尾水經(jīng)三級凈化后，試驗區(qū)水體總氮比養(yǎng)殖池下降了80.8%～90.9%，對照區(qū)下降了70.8%～88.7%。試驗區(qū)的凈化效率高于對照區(qū)，三級凈化后的水體中總氮含量遠低于外河水。除12月21日，試驗區(qū)中的Ⅲ級凈化池因用來囤養(yǎng)青魚、鯽魚，總氮含量達到2.25mg/L外，二種凈化方式的Ⅲ級凈化區(qū)水質(zhì)均達到《太湖流域池塘養(yǎng)殖水排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級水質(zhì)要求（總氮含量≤2.0），水質(zhì)凈化效果明顯（表2）。2.2水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求無論是試驗區(qū)還是對照區(qū)，循環(huán)系統(tǒng)運行后的Ⅲ級凈化池水體總磷均比養(yǎng)殖池下降了76%以上，均符合《太湖流域池塘養(yǎng)殖水排放標(biāo)準(zhǔn)》二級水質(zhì)的總磷要求。試驗區(qū)除10月份外，達到了《太湖流域池塘養(yǎng)殖水排放標(biāo)準(zhǔn)》二級水質(zhì)的總磷要求。對照區(qū)在8月、12月也達到了二級水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。養(yǎng)殖高峰的8月，養(yǎng)殖水體的磷高出外河15倍左右，即使經(jīng)過循環(huán)水凈化后的Ⅲ級池中磷含量還高于外河水2倍以上，經(jīng)過幾個月的凈化后，養(yǎng)殖池的磷含量與外河接近，經(jīng)過凈化后的Ⅲ級池，磷含量只有外河水的1/3左右，充分顯示了循環(huán)水養(yǎng)殖工程的水質(zhì)凈化效果。隨著系統(tǒng)運行時間的延長，試驗區(qū)比對照區(qū)顯示了更強的凈化效果，至11月，試驗區(qū)比對照區(qū)除磷率提高了9.19%（表3）。2.3水排放標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過三級凈化后水體CODMn均低于《太湖流域池塘養(yǎng)殖水排放標(biāo)準(zhǔn)》一級水質(zhì)要求（表4）。但與TN、TP相比，經(jīng)三級凈化后的水體CODMn去除幅度較小，僅下降了15.38%～27.24%，試驗區(qū)的凈化效率略高于對照區(qū)。2.4養(yǎng)殖池的溶氧兩個養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)運行后，分別對試驗區(qū)、對照區(qū)及外河各水體中溶氧量進行了測定。結(jié)果顯示，尾水處理系統(tǒng)剛運行時的8—10月，養(yǎng)殖池的溶氧均低于外河，經(jīng)過尾水處理后的Ⅲ級凈化池的溶氧接近外河。隨著循環(huán)處理后第4個月，養(yǎng)殖池中的溶氧反而高于外河。試驗區(qū)的潛流濕地溶氧始終最低，在8月高溫季節(jié)只有2.4mg/L，經(jīng)過Ⅲ級生物凈化池后，溶氧迅速恢復(fù)，與對照區(qū)的Ⅲ級池接近（表5）。2.5級凈化效果經(jīng)過三級凈化后的養(yǎng)殖水體懸浮物總顆粒的變化分析，青魚高密養(yǎng)殖池中的懸浮顆粒不高，高溫季節(jié)稍高于《太湖流域池塘養(yǎng)殖水排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過三級凈化后的養(yǎng)殖尾水SS下降34.07%～84.75%，遠低于《太湖流域池塘養(yǎng)殖水排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)，與外河水源水接近。冬季，經(jīng)過三級凈化處理后的SS遠低于外河水源水，試驗區(qū)與對照區(qū)的SS去除率相近。在青魚養(yǎng)殖池中，重金屬離子銅與鋅的含量分別低于0.005mg/L與0.05mg/L，遠低于《太湖流域池塘養(yǎng)殖水排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)的0.01mg/L與0.5mg/L（表6）。2.6生產(chǎn)發(fā)展高效低碳經(jīng)濟2010年初步使用循環(huán)水系統(tǒng)后，雖然試驗區(qū)與對照區(qū)的實際養(yǎng)殖面積分別減少了7.9%與18.8%，但試驗區(qū)與對照區(qū)的集約化養(yǎng)殖池塘生產(chǎn)各類水產(chǎn)品產(chǎn)量分別比沒有實施尾水處理的2009年增長14.06%與11.4%、銷售收入分別增長了15.9%與6.1%、利潤分別增加了17.2%與6.6%。2011年循環(huán)水系統(tǒng)全面投入運行后，試驗區(qū)與對照區(qū)的池塘生產(chǎn)各類水產(chǎn)品產(chǎn)量分別比2009年增長24.8%與19.2%、銷售收入分別增長了26.4%與14.8%、利潤分別增加了35.2%與18.64%。而且試驗區(qū)產(chǎn)量與效益明顯好于對照區(qū)（表7）。2010年水循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)處于建設(shè)中，直至8月中旬才基本建設(shè)完成，未在凈化系統(tǒng)中投放河蟹、青蝦等經(jīng)濟動物，所以2010年凈化系統(tǒng)中未有經(jīng)濟效益產(chǎn)生。考慮到該合作社是用池塘作為凈化池的，成本較大，為提高凈化系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，2011年適當(dāng)養(yǎng)殖了一些特種水產(chǎn)品，如河蟹、青蝦等，但堅持不投餌的原則，同時增加栽種一些有經(jīng)濟價值、吸污強的水生植物，如水空菜、茭白、水芹等，以增加凈化區(qū)域的經(jīng)濟產(chǎn)值。2011年凈化系統(tǒng)中，共投放花白鰱魚種200kg、螺螄3550kg、河蚌500kg，各品種年底產(chǎn)量分別為花白鰱1020kg、螺螄7650kg、河蚌1550kg。在Ⅰ、Ⅱ級凈化系統(tǒng)同時開展生態(tài)養(yǎng)蟹、種植水生經(jīng)濟植物茭白與水空菜，投放蟹種35kg，生產(chǎn)商品蟹360kg，生產(chǎn)茭白250kg、水空菜300kg。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級凈化系統(tǒng)年產(chǎn)值達6.24萬元，產(chǎn)生經(jīng)濟效益3.31萬元。3討論3.1復(fù)合生物凈化池青魚養(yǎng)殖區(qū)通過養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)的運行，養(yǎng)殖用水明顯得到改善，對照《太湖流域池塘養(yǎng)殖水排放標(biāo)準(zhǔn)》，各項指標(biāo)基本達到二級水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。比較試驗區(qū)與對照區(qū)兩個區(qū)域的凈化效果發(fā)現(xiàn)，雖然潛流濕地的凈化面積只占養(yǎng)殖系統(tǒng)的1.38%，是采用純生物凈化池方式占養(yǎng)殖系統(tǒng)6.92%的1/5，但對養(yǎng)殖尾水中TN、TP、CODMn、SS的去除率略高于純生物凈化區(qū)。這是因為在潛流濕地系統(tǒng)的中，污水在濕地床的內(nèi)部流動，一方面可以充分利用填料表面生長的生物膜、豐富的根系及表層土和填料截流等的作用，以提高其處理效果和處理能力；另一方面由于水流在地表以下流動，具有保溫性能好、處理效果受氣候影響小、衛(wèi)生條件較好的特點。這種工藝?yán)昧酥参锔档妮斞踝饔?，對有機物和重金屬等去除效果好，但控制相對復(fù)雜。因此，潛流濕地方式凈化水質(zhì)節(jié)省了土地資源，提高了漁池利用率，與純生物凈化具有明顯的優(yōu)越性。3.2潛流濕地凈化后的水從本試驗區(qū)潛流濕地處理后的溶氧分析發(fā)現(xiàn)，潛流濕地處理養(yǎng)殖尾水，能有效的去除養(yǎng)殖尾水的TN、TP、COD及SS，但處理后水體的溶氧迅速下降，這一結(jié)果與吳振斌的研究結(jié)果一致。因此潛流濕地凈化后的尾水不適宜直接用于養(yǎng)殖水產(chǎn)動物。而我們將潛流濕地凈化后的水再進行生物凈化池，不但能迅速復(fù)氧，恢復(fù)到4mg/L以上，滿足養(yǎng)殖需求，還能進一步去除水中的TN、TP、COD及SS，因此，潛流濕地+生物凈化的養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)既能節(jié)省池塘資源，又能起到較好