受控式集装箱养殖尾水生态治理技术研究与应用

吴小军， 吕 军

（河南省水产科学研究院郑州450044）

随着工业化和城市化进程的加快，土地资源的稀缺性越来越明显，人多地少矛盾日益突出。经济发展带来了环境污染, 水产品产量提高引起水质恶化,进而影响到产品的质量。近几年，环保整治行动在全国各地实施，造成水产养殖面积不同程度的缩减，各地实施的撤网还湖、还江、还海、关停污染严重的小型养殖场等，造成水产养殖压力不断加大，转变水产养殖方式十分紧迫。传统池塘养殖被逐渐压缩，水产行业不断探索新的养殖模式和发展方向。设施渔业通过循环用水和污水处理实现高密度养殖，是一种环保型节水型可持续发展的产业。

受控式集装箱循环水绿色生态养殖技术，作为设施渔业工厂化养殖的一种新模式，被农业农村部评为“2018年十项重大引领性农业技术”。受控式集装箱养殖与传统养殖模式相比，具有节约水资源、土地资源、养殖密度高、饲料利用率高、建设周期短、移动性强、污染少、捕获简单、抵御自然能力强、病害可控等优点。另外此类型循环箱满足标准化生产所需条件，生产成本低，适合大范围推广。

现有的集装箱养殖尾水处理方式能耗高，效益低，2018年9月至2019年9月河南省水产科学研究院在河南水投华锐水产有限公司开展了生态化尾水处理循环再利用的研究和示范应用，取得了很好的效果。

1 材料与方法

1.1 生态湖的构建

项目实施地河南水投华锐水产有限公司现有沉淀池长120 m，宽8 m，深2.5 m，养殖季节平均水深2.0～2.2 m，主要功能是集装箱养殖尾水沉淀池。现将其改造为受控式集装箱养殖尾水生态化处理池，构建生态化养殖尾水处理系统。

1.2 工艺流程

试验将长120 m，宽8 m的生态湖分成8个功能区，生态湖水质净化工艺如下：

工艺流程：养殖尾水→沉淀池→一级生物浮床生物净化区→生物滤坝→转筒式生物膜净化区→二级生物浮床净化区→一级臭氧氧化区→三级生物浮床净化区→臭氧消毒区→循环再利用。

1.3 工作原理

养殖尾水通过管道流入沉淀池，鱼类粪便残饵在这里进行自然沉淀后，通过一级生物浮床对水体中的有机物吸收后，通过由毛刷组成的生物滤坝进行生物过滤。厌氧、兼性厌氧反应在这里进行，高分子难降解的有机物转变为低分子易被降解的有机物，然后进入转筒式生物膜净化区并经过曝气和臭氧氧化处理。硝化、反硝化在这里进行，有机物、氨氮等有害物质分解或被浮床上的水生植物吸收利用水体得以净化。最后经过臭氧杀菌消毒后送入养殖箱体循环利用。转筒式生物膜净化系统内装有竹子、火山岩等生物滤料。

1.4 检测项目

化学需氧量COD采用重铬酸盐法HJ828-2017，亚硝酸盐氮采用离子色谱法HJ84-2016，总氮TN使用紫外分光光度计HJ636-2012，总磷TP 采用GB/T11893-1989分光光度计法。水质指标每隔一个月检测1 次，连续3 个月。

2 试验结果与分析

2.1 养殖结果

试验时间2018年9月-2019年9月，该生态净化系统负担8个集装箱养殖箱体。南美白对虾纯淡水养殖4个箱,巴沙鱼4个箱。其中南美白对虾纯淡水养殖4个箱养殖水体150 m3，经过三个多月的养殖，产出南美白对虾296 kg，规格60～80 尾/kg。

2.2 检测结果

试验检测结果如下表。

2.1 化学需氧量COD的变化

处理前及净化处理后各项水质指标汇总表

生态化尾水处理系统对养殖水体化学需氧量COD的总去除率39.8%，处理后的化学需氧量COD质量浓度均显著低于处理前进水浓度，并随时间表现出整体下降的趋势,处理后水质低于《污水综合排放标准》GB8978-1996一级A（COD＜50mg/L）排放要求和满足《渔业水质标准》GB11607-89养殖用水水质指标要求。

图1 处理前、净化处理后水体COD浓度的变化

2.2 营养盐含量变化

2.2.1 氨氮NH4+-N

生态化养殖尾水处理系统对水体中的氨氮有很好的净化效果。在转筒式生物膜净化设备和人工种植的水生植物以及臭氧的强氧化的共同作用下，氨氮由最高的1.96 mg/L 降到0.2326mg/L，去除率为88.16%。由此证明水生植物对水体中的氨氮有很强的吸收作用，同时生物转筒填充了比表面积大的碎竹子段和火山岩等填料，运行一段时间后填料上面形成大量的细菌，细菌的生长老化脱落硝化和反硝化作用交替进行，使水体中非离子氨降低，有效地净化了水质。

图2 处理前、净化处理后水体NH4+-N浓度的变化

2.2.2 亚硝酸盐氮NO2--N

本次试验经生态化养殖尾水处理系统处理后的水体，经多次检测亚硝酸盐含量很低，处理效果显著，在实验结束时，NO2--N仍然维持在很低的水平。

2.2.3 总氮TN

生态化治理和生物膜共同作用，随着周期的延长生态化处理系统的总氮呈下降趋势，总氮初始浓度均为3～4 mg/L以上，处理后浓度为0.5985～0.89 mg/L，去除率分别为73.2%和85.7%。生态化处理系统对总氮的吸收主要是因为植物根区附近存在多个好氧、缺氧及厌氧的小区间，因此，污水在这些小区间可以交替实现硝化与反硝化作用，从而去除有机氮；而无机氮则是水生植物生长必不可少的营养元素，通过水生植物的生长可以完成对无机氮的去除，同时系统中总氮的去除机制是多样的，由毛刷及鹅卵石组成的生态坝不但阻止过滤了一定量的颗粒物，同时毛刷及鹅卵石的表面生长了大量微生物，微生物的生长吸收了水体中有机质，使水质得以净化；转筒生物膜净化系统中的竹子滤料纤维素的分解在整个总氮的降解过程中又提供了大量碳源，充足的碳源保证了C/N比例，提高了系统净化效率。

图3 处理前、净化处理后水体总氮浓度的变化

2.2.4 总磷TP

生态化养殖尾水处理系统对总磷有很好的去除效果。在生态植物浮床和生物膜净化系统的共同作用下，总磷去除率达到了86.5%。水生植物吸收摄取和生化滤料上微生物的生长对水体中磷的降低起到了很好的净化作用。

图4 处理前就、净化处理后水体总磷TP

3 讨论

3.1 生态化处置和生物膜处理同时使用

工厂化养殖水处理大多单纯使用生物膜处理技术能耗高，水处理工艺中引入生态植物浮床生态化处理方法，可有效的降低水处理工艺中的能耗，值得推广应用。

3.2 选择合适的水培水生植物

利用浮床种植水生植物可以达到很好的养殖水体净化效果。本次试验选择了多种水生植物的种植，其中空心菜、千屈菜生长较好，美人蕉、红、黄燕尾长势较差，所以水生植物品种的选择至关重要。

3.3 转筒式生物膜净化系统效果显著

生态化处理系统中转筒式生物膜净化系统内填充的竹子滤料在整个净化过程中提供了大量的碳源，保证了整个系统的C/N比，提高了净化效率。

3.4 臭氧的应用对疫病预防起到很好防控作用

净化系统中投加了充足的臭氧,提高了水体中的ORP氧化还原电位。养殖水体ORP的提高促进了好氧微生物种群的繁殖，好的生态系统得以重建；水处理工艺末端，利用臭氧杀菌消毒对疾病的发生起到了很好的防控效果。

4 结论

通过本次试验和数据的分析结果表明，生态化水处理系统对COD、总氮TN、氨氮NH4+-N 和总磷TP的去除率分别达到了39.8%、85.7%、88.16%和86.5%，效果显著，各项指标达到或优于《渔业水质标准》GB11607-89养殖用水水质标准，净化后的养殖尾水循环再利用实现了零排放，生态化处理工艺的引入大大降低了工厂化循环水处理的能耗，节能、减排绿色养殖得以体现。