论文：基于“三池两坝”组合流程的池塘养殖尾水净化效能

基于“三池两坝”组合流程的池塘养殖尾水净化效能

魏宾，方洁，顾雪林，菅攀阳，宋学宏

（1.苏州市吴中区水产技术推广站，江苏 苏州 215104；2.苏州大学基础医学与生物科学学院，江苏 苏州 215123）

池塘养殖是我国水产养殖的主要形式，得益于种苗人工繁殖、机械增氧、全营养复合饲料等技术的突破和应用，池塘养殖业发展迅猛，从20世纪50年代到2019年水产品产量增长了80多倍[1]。但是，池塘养殖的快速发展也带来了新的亟待解决的水环境污染问题，对我国水产养殖业的可持续发展构成极大挑战[2]。近年来，为推进水产养殖业绿色发展，养殖尾水生态治理的重要性日益凸显，对养殖尾水的净化、排放和再利用提出了更高的要求。“三池两坝”是针对池塘养殖尾水分布及污染特点形成的养殖尾水多级组合处理工艺，对养殖尾水具有明显的净化效果，尾水经净化后能稳定达到排放要求[3]。根据相关要求，吴中区对养殖区沟渠或边角池塘适当改造，采用集物理沉淀、填料过滤、曝气氧化以及生物同化于一体的多级组合养殖尾水净化工艺，并将曝气池与生物净化池并为一池，实施了“三池两坝”尾水净化的养殖池塘标准化改造工程。2018年至今全区已完成了全部养殖区的改造，旨在通过改造工程使尾水经处理后可循环利用或达标排放。

为了解“三池两坝”工程对池塘养殖尾水的净化效果，该研究对苏州市吴中区5个标准化池塘养殖区养殖中后期的水源水、养殖水以及净化水的水质指标进行跟踪监测，比较分析了不同净化面积占比在不同时间点（夏季、秋季、冬季）对有机污染物的去除率，从而为后续进一步优化净化技术提供基础数据。

1 试验材料与方法

1.1 养殖尾水净化模式及净化区面积

吴中区主要有“河蟹+青虾”和“南美白对虾+罗氏沼虾”两种池塘养殖模式，其中“河蟹+青虾”养殖模式主要分布在临近太湖的东山镇、金庭镇以及临湖镇，“南美白对虾+罗氏沼虾”养殖模式主要分布在距太湖10～50 km的甪直镇。该区池塘养殖尾水处理均采用“三池两坝”模式，即参照浙江省“养殖池—生态沟渠（或波纹管）—沉淀池—溢流坝—曝气池—过滤坝—生态池—达标排放（或循环利用）”模式[3]进行改造。具体监测点设置及净化区的面积比例见表1。

1.2 各养殖试验区的养殖模式

5个标准化池塘养殖区分别位于东山镇东西大圩，临湖镇现代渔业园区和甪直镇淞南村、澄墩村和江湾村，均采用生态化养殖方式，具体见表1。

表1 5个标准化养殖区的养殖模式①

1.3 监测水质指标

水样采集时间为2020年7—12月，每月1次。分别在5个标准化池塘养殖区的外河（进水）、养殖池和末端净化生态池采集水样。用有机玻璃采水器于水面表层以下50 cm处采集水样，置于聚乙烯瓶内，并对水样进行浓硫酸固定处理，即刻运回实验室，于4℃冰箱内保存，所有检测分析均在取样后3 d内完成。

根据《太湖流域池塘养殖水排放要求》（DB32/T 1705—2018），确定pH值、总悬浮物（TSS）、高锰酸盐指数（CODMn）、总氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、总磷（TP）、铜离子（Cu2+）和锌离子（Zn2+）等8个监测指标。

1.4 数据处理

试验数据整理使用Excel 2016。氨氮、总氮、总磷以及有机物的去除率计算公式如下：

式中：λ为各指标去除率，%；C1为养殖水有机物浓度，mg/L；C2为净化水有机物浓度，mg/L。

2 结果与分析

2.1 “河蟹+青虾”养殖区的净化效果

经过统计，养殖模式为“河蟹+青虾”的东山镇东西大圩养殖区产量为1 500 kg/hm2，临湖镇现代渔业园区养殖区产量为1 425 kg/hm2。

净化区水面平均占比为34.3%的东西大圩和占比为11.4%的临湖镇现代渔业园区是“河蟹+青虾”模式养殖试验区。7—12月，外河水源水、养殖水、净化水的pH值、TSS、NH4+-N、TN、TP、CODMn的变化见图1（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）（i）（j）（k）（l）。Cu2+、Zn2+的测定结果全部达标，数据未列出。距太湖5 km以内的东西大圩、临湖镇现代渔业园区的水源水、净化水的TSS、CODMn、pH值、TN、NH4+-N、TP、Cu2+、Zn2+等8个指标均符合《太湖流域池塘养殖水排放要求》（DB32/T1705—2018）的一级保护区排放要求。此外，这两个区域的池塘养殖水除了9月份的CODMn平均值约为10 mg/L，略超过一级指标，其他指标在各监测时间点均达到一级保护区排放标准。

图1 净化面积占比不同的“河蟹+青虾”养殖区水质指标变化

“河蟹+青虾”的低密度养殖模式本身污染物排放量很低，绝大多数池塘养殖水均达到一级保护区排放标准。河蟹收获后的并塘、清塘期间，养殖水与净化水的水质也都在一级保护区排放指标值内，完全达到太湖流域的养殖污染控制目标。因此，在净化面积占比为34.3%、11.4%的“三池两坝”模式下，养殖尾水被净化后，完全可以恢复甚至优于作为养殖水源的外河水质，说明该模式取得较好的净化效果。值得注意的是，7、8月份外河水的NH4+-N、TN高于养殖水与净化水，这给养殖与净化都带来一定的压力。

“河蟹+青虾”养殖区的尾水净化都能达到一级保护区排放标准，但不同时间点的净化效果有所差异。在“河蟹+青虾”低密度养殖模式下，测得的夏季（7—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月）对TSS、NH4+-N、TN、TP、CODMn的去除率的结果如图2（a）（b）（c）（d）（e）所示。

图2 净化面积占比不同的“河蟹+青虾”养殖区纯化后尾水中主要污染物的去除率

东西大圩养殖区净化面积大，占整个养殖区面积的比例为34.3%，远大于通常要求的8%。NH4+-N、TN、TP、CODMn的去除率在秋季河蟹性成熟及收获季节去除率最高，冬季去除率几乎为零，TN去除率为负数，这是由于冬季养殖动物都已捕捞完毕，水体有机物承载量快速下降，池塘本身的水质较好，各种指标也快速下降；另一方面，清塘时，底泥中的有机物排放到了净化区，加上冬天浮游植物、高等水生植物的代谢快速下降，净化效率低。综上，冬季尾水中相关物质的净化空间缩小，TSS去除率也同样随着时间推移逐渐下降。此外，不断地将净化水少量引入清过塘的养殖池，因此，冬季池塘比净化区水质更好，出现去除率呈负数的现象[4-5]。

临湖镇现代渔业园区净化面积占比为11.4%，与东西大圩养殖区的34.3%相比少的多。TSS、CODMn净化效果随时间推移与东西大圩变化趋势一致。由于净化面积相对较小，在生物量、投饵量、代谢产物量最高的秋季，池塘的生物量、污染物负荷高，净化效果受到影响，污染物去除率低[6-7]；捕捞操作时，水体扰动强度大，NH4+-N、TP释放量较高，导致秋季的去除率最低。冬季，池塘内无养殖动物扰动，也无有机物投入，水体污染物负荷较低，NH4+-N、TP去除率最高。

综上可见，在“河蟹+青虾”低密度养殖模式中采取“三池两坝”净化模式，净化面积占比为11.4%～34.3%，净化效果较好，净化后的养殖尾水完全能达到《太湖流域池塘养殖水排放要求》（DB32/T 1705—2018）的一级保护区排放标准。另外，净化效果与净化面积在养殖区的占比呈正相关。

2.2 “南美白对虾+罗氏沼虾”养殖区的净化效果

经过统计计算，甪直镇淞南村养殖区南美白对虾与罗氏沼虾的产量为5 200 kg/hm2，甪直镇澄墩村养殖区的产量为5 100 kg/hm2，甪直镇江湾村养殖区的产量为6 000 kg/hm2。

吴中区“南美白对虾+罗氏沼虾”高密度养殖区处于入太湖河道上溯10～50 km以及沿岸两侧各1 km范围的二级保护区。改造成典型的“三池两坝”净化模式改造后，净化面积占比分别为11.7%，13.1%和15.9%的养殖小区水化学指标中Cu2+、Zn2+均达标（结果未显示）。其他指标的变化结果显示，外源水、池塘水、净化水的TSS、pH值等2个指标均达一级保护区排放标准，见图3（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）（i）（j）（k）（l）（m）（n）（o）（p）（q）（r）。NH4+-N指标除了10月份净化面积占比为11.7%和13.1%的养殖水不达标外［ρ（NH4+-N）分别为3.33和2.46 mg/L］，其余均达到一级保护区排放标准；水源水中有11%的TN数据超过二级保护区标准值，养殖水中有22%的TN数据超过二级保护区标准值，但经净化后全部达到二级保护区排放标准；TP指标除了12月份净化面积占比为15.9%的净化区超过二级排放标准外，其余数值均低于一级保护区排放标准；CODMn除了9月份净化面积占比为13.1%的养殖池以外，均小于二级排放标准。

图3 净化面积占比不同的“南美白对虾+罗氏沼虾”养殖区水质指标变化

以7—8月为夏季、9—11月为秋季、12月为冬季作为时间划分标准，“南美白对虾+罗氏沼虾”养殖模式下，在“三池两坝”净化工艺处理后的尾水中，TSS、NH4+-N、TN、TP、CODMn等污染物指标的去除率见图4（a）（b）（c）（d）（e）。结果显示，养殖后期水源水、养殖水、净化水中TSS均有所增加，而且净化区域TSS含量有时甚至还高于养殖区与水源水。在净化区面积占比为11.7%～15.9%时，TSS去除率很低，秋季对虾收获季节去除率甚至为负数，说明对于“南美白对虾+罗氏沼虾”的高密度养殖模式，11.7%～15.9%的净化面积不足以消纳TSS。

图4 净化面积占比不同的“南美白对虾+罗氏沼虾”养殖区纯化后尾水中主要污染物的去除率

净化面积占比为15.9%的甪直镇江湾村池塘，从5月虾苗放养到8月养殖高峰期，有机物负荷量较高，NH4+-N在8月达到峰值。净化面积占比13.1%的澄墩村和占比11.7%的淞南村标准池塘中，由于第一批苗未养成，在7月进行第二次投放，直到10月载虾量达到最大值，有机污染负荷与NH4+-N含量也达最高值，分别为2.46和3.33 mg/L。经过净化，这3个养殖区的养殖尾水中NH4+-N含量均低于一级保护区氨氮排放标准ρ（NH4+-N）≤1.5 mg/L；净化面积占比15.9%时，净化后的尾水中NH4+-N低于水源水；随着时间的推移，NH4+-N去除率基本保持上升趋势，说明对NH4+-N的净化效果明显。

养殖后期池塘TN含量高于水源水，在成虾收获前达最高值，超过二级保护区的TN限值（≤3 mg/L）；尾水经过净化后，TN指标迅速下降，除了江湾村的1个数据在一级与二级排放值之间外，其余数据均低于一级排放标准，甚至低于水源水。此外，从夏季到冬季，TN的去除率总体上持续升高，说明“三池两坝”净化工艺可显著去除TN。

养殖池中ρ（TP）均不高于0.3 mg/L的一级保护区排放标准，但均高于水源水（低于0.1 mg/L）。尾水净化区2次出现0.4 mg/L，超过二级保护区的排放标准，净化效果不稳定，这与当时因虾发病而紧急排水及冬天干塘时池水一次性排放有关，还与净化区水生植物的管理不到位有一定关系。虾生长正常且未发病的甪直镇澄墩村养殖区，其尾水处理的TP净化效果比较明显，净化后TP含量恢复到水源水水平，但冬天的净化效果大幅下降，去除率出现负数。

水源水的CODMn均低于一级保护区排放标准（8 mg/L），净化面积占比11.7%的淞南村养虾池CODMn含量除有1个数值较高外，其他均低于一级排放标准，而净化后的尾水中有2次数值超过8 mg/L，与养殖池水基本一致或高于养殖池，净化效果不好，秋季后CODMn去除率有所上升。净化面积占比13.1%的澄墩村在8月养殖高峰期间以及11—12月清塘时，无净化效果，而在9月养殖高峰期的净化效果较明显，后期的CODMn去除率快速下降。净化面积占比15.9%的江湾村在养殖高峰期，尾水净化后的CODMn指标反而高于养殖水，去除率为负数，说明尾水处理区净化效果很差。

综上所述，吴中区“南美白对虾+罗氏沼虾”养殖区，经过净化后的养殖尾水均能达到《太湖流域池塘养殖水排放要求》规定的二级保护区排放标准。尾水净化面积占比为11.7%～15.9%，去除率从高到低依次为NH4+-N>TN>TP，对CODMn以及TSS的去除率较差。这与南美白对虾发病与否、净化区面积占比大小以及尾水处理区管理的规范程度有直接关联。净化效果不稳定，表明现有的“三池两坝”净化工艺中净化面积占比11.7%～15.9%，不能完全消纳“南美白对虾+罗氏沼虾”高密度养殖产生的有机物，其净化工艺有待完善。

3 结论

3.1 “河蟹+青虾”低密度养殖区净化效果

对于“河蟹+青虾”低密度养殖区，尾水净化面积占比为11.4%～34.3%的“三池两坝”净化工艺均可产生良好的净化效果，养殖尾水经净化可达到一级保护区排放标准，且净化效果与净化面积占比呈正相关。

3.2 “南美白对虾+罗氏沼虾”高密度养殖区净化效果

对于“南美白对虾+罗氏沼虾”高密度养殖区，采取“三池两坝”净化工艺，尾水净化面积占比为11.7%～15.9%，去除率从高到低依次为NH4+-N>TN>TP，对CODMn以及TSS的去除率较差。虽然经净化后的养殖尾水均能达到二级保护区排放标准，但“三池两坝”净化工艺仍有待进一步优化。