构建池塘流水槽集污系统提升尾水治理效果试验研究

文/张朝阳 李斌 白富瑾 刘巍 王建勇 张殷豪 王旭军

作者单位：1.宁夏回族自治区水产技术推广站 2.天津城建大学 3.宁夏新明润源农业科技有限公司

本文通过在池塘流水槽后端建设水道、旋涡集污区、底排污设施，改进流水槽吸污装置，优化池塘水体原位、异位修复技术，开展尾水治理效果试验。研究表明，流水槽粪污收集外排率提升至63%，NH3-N、NIT、TP、TN分别降低68%、68%、55%、51%，实现了集约高效养殖和尾水达标排放、循环利用，为推动沿黄渔业绿色高质量发展和养殖尾水生态治理提供了借鉴模式和技术支撑。

近年来，宁夏已推广池塘养鱼流水槽219条，覆盖养殖水面10000亩以上，池塘流水槽养殖已成为宁夏水产养殖绿色高质量生产的主要方式之一。但是其推广应用中出现了粪污收集率较低、养殖尾水净化效果不明显、外排尾水富营养化等问题，一定程度上限制了该技术模式的优势发挥和示范效果。2019年，宁夏水产技术推广站组成技术团队，利用农业重大实用技术推广项目资金，在宁夏新明润源农业科技有限公司设置试验研究点，进行了构建池塘流水槽集污系统提升尾水治理效果试验研究，通过优化粪污收集技术路线和工艺流程，提升配套吸污关键设备，制定粪污收集率测算方法，使流水槽鱼类粪污收集外排率由传统的27%提升至63%，水体中的溶氧（DO）增加49%，氨氮（NH3-N）、亚硝酸盐（NIT）、总磷（TP）、总氮（TN）分别降低了68%、68%、55%、51%，现就试验要点介绍如下。

一、材料与方法

（一）池塘流水槽集污系统构建

试验基地选择在宁夏回族自治区银川市贺兰县的宁夏新明润源农业科技有限公司，试验池塘净水面52亩，东岸建设养鱼流水槽5条，每条长22m、宽5m、高2.2m，前部配1台2.2kW推水机，底部配备10m长的纳米增氧管4根。整体配1台3kW的罗茨风机，与纳米增氧管相通。后部集污区配备1套1kW的底部吸污装置。

在流水槽尾部集污区外侧建设水道、旋涡集污区和底排污设施。水道长50m、宽15m、高出最大水面30cm，水道10m处设置1台3kW推水机推动水体流动，后部建设半径30m的环形旋涡区，设置3台1.5kW的四轮水车增氧机带动粪污进入环形旋涡区。底部建设直径10m、深1m、管径160mm的排污装置，定期排放粪污进入由3000m生态沟渠、1.3hm2生态池、1.5hm2潜流湿地组成的水体生态净化系统。旋涡区出水侧设置低于水面50cm的塑料布墙，旋涡区后方和中心岛交接处用塑料布建设挡水墙改变水流方向，实现池塘水体无死角有效循环。

清整池塘的淤泥放置在池塘中间形成中心岛，池塘水面种植荷花等水生植物0.6hm2。构建的池塘流水槽集污系统具体见图1。

图1 池塘流水槽养殖、集污、尾水治理系统构建和试验采样点位示意图

（二）试验鱼投放及管理

试验研究的5条流水槽全部放养松浦镜鲤鱼种，放养前用高锰酸钾溶液10mg/L浸泡消毒10min～15min。流水槽放养鱼种平均规格、放养尾数和重量等情况见表1。池塘套养平均规格为0.45kg的鲢、鳙滤食性鱼类10000尾。

表1 各流水槽松浦镜鲤鱼种放养情况

在6月～9月，流水槽放养的松浦镜鲤采用膨化饲料每天机械投喂2次～3次，饲养周期105d，饲养期间水温18℃～26℃，pH值8.0～8.6。

（三）粪污沉降收集外排试验设计

试验期间，在流水槽集污区、水道推水机（距流水槽后部10m）、水道中点（距流水槽后部25m）、旋涡集污区中心、池塘对比点设置5个粪污沉降采样点，每周利用沉降物采集器收集粪污沉降样品，并测定流速（采集器放在水下1.5m）。粪污收集器放置24h后取出并静置2h，观察并计算各采样点沉降物重量（湿重）、占比、沉降速度和沉降通量。池塘粪污沉降收集外排试验设计及采样点位置具体设置见图1。

（四）流水槽吸污装置改进试验

试验中，将流水槽集污区的1.0kW吸污泵换成1.5kW的泥浆泵，导污管直径由50mm加大到100mm，底部吸污孔也由原来0.4cm的圆形改为1.0cm的长槽形，水下吸污管由点式吸污改为线型直排吸尘器式吸污。

（五）养殖尾水生态净化试验设计

利用流水槽的推水原理以及池塘中的推水机、增氧机实现池塘水体循环流动，水体中的有机物、浮游生物作为池塘中滤食性鱼类的饲料，池塘种植的荷花降解水体中的有机质、NH3-N、NIT、TP、TN等。根据水质情况，每周每公顷池塘使用活菌数3×108个/mL以上的EM菌30kg全池泼洒一次，进行水质原位修复。

每周监测流水槽出水口（集污区外侧①）、池塘净化区（中心岛对面水体⑥）、流水槽进水口（流水槽推水区外侧⑦）的水温、pH值、DO、NH3-N、NIT、TP、TN等水质参数，取样水深在水下20cm处，水质参数监测点位置设置见图1中的①⑥⑦。

池塘漩涡集污区的排水管，每3d～5d拔起进行粪污外排，利用潜流湿地、生态沟渠、生态池种植的空心菜、浮萍、水葫芦、蒲草、芦苇等水生植物进行生态净化和水质异位修复。

二、试验结果

（一）流水槽养殖效益

经过105d的养殖试验，5个流水槽松浦镜鲤的规格达到1100g～1230g，平均体重1174g；成活率96.1%～98.9%，平均97.7%；饵料系数1.80～1.83，平均1.81；总产量83620kg，每个流水槽平均产量16724kg。产品采取吊水后电商平台品牌销售、透水瘦身脆化集中上市，总利润183964元，每个流水槽平均利润36793元，每千克松浦镜鲤比常规鲤鱼销售价格高1.2元。流水槽养殖松浦镜鲤产出效益见表2。

表2 流水槽养殖松浦镜鲤产出效益表

（二）粪污沉降收集外排

通过对多次采样数据研究分析表明，在该试验条件下，5个采样点的流速、沉降物重量、占比、沉降速度、沉降通量等各不相同，但存在着一定的相关性。其中：流水槽集污区粪污沉降率达到27%，旋涡集污区的粪污沉降率达到36%。构建池塘流水槽集污系统，粪污沉降收集外排率提升至63%。池塘集污系统粪污沉降试验效果见表3。

表3 池塘集污系统粪污沉降试验效果

（三）养殖尾水生态净化

流水槽养殖尾水通过曝气增氧及微生物制剂分解、水生植物吸收、滤食性鱼类利用等方式生态净化后，水体中的DO增加49%，NH3-N降低68%，NIT降低64%，TP降低55%，TN降低51%。养殖尾水水质监测点主要参数变化情况见表4。

表4 水质监测点5大参数变化情况

三、讨论与分析

（一）提高了粪污收集外排率

本试验通过优化粪污收集技术路线和升级吸污关键设备等，将粪污收集系统构建为两个部分，极大地提高了粪污的外排率。一是改造流水槽尾部粪污收集设备，更换大功率泥浆泵，加大导污管直径，改变吸污头形状，有效解决了流水槽集污区的鱼鳞、鱼骨等大型杂物堵塞吸污头的问题，能够将流水槽集污区沉淀的27%粪污的外排率由70%提升到95%以上；二是通过在池塘流水槽集污区外侧建设水道、旋涡集污区、底排污设施，对流入池塘的73%的粪污，再次收集外排36%，使粪污收集外排率总体提升至63%（27%+36%）。该集污系统构建结构合理、简单实用，资金投入小，粪污沉降收集外排效果明显，极大的缓解了池塘水质净化的压力。本试验中，仍有25%的粪污沉降在水道中，12%的粪污进入净化区，接下来我们将进一步优化集污系统，力争将粪污收集外排率提升至70%以上。

（二）增加了水体DO

对于池塘养殖，DO的多少往往是鱼类生长的主要限制因子，我国渔业水质标准要求，一昼夜16h以上DO必须大于5mg/L，其余任何时候不得低于3mg/L。本试验中，流水槽出水口DO最低为3.5mg/L，经过水体净化循环、水生植物光合作用、机械增氧后，水体中DO逐步提高，池塘净化区达到了4.90mg/L，流水槽进水口达到了5.21mg/L，增加49%，达到了地表水环境质量标准Ⅲ类水质标准，符合渔业养殖水质要求。

（三）NH3-N、NIT降解显著

池塘水中溶解的有机氮来自动物分泌物、动植物尸体等，它们在微生物的作用下先分解为分子氨（NH3），NH3在水中部分离解为离子态铵（NH4+），两者之和称为氨氮（NH3-N）。NH3和NH4+在水中可以相互转化，pH越大，水温越高，NH3的比例越大，其毒性大大增加。我国渔业水质标准表明，NH3浓度值低于0.02mg/L时，不会影响鱼虾的生长、繁殖；介于0.02mg/L～0.20mg/L时，虽浓度偏高，但仍在鱼虾可忍受范围内，一般不会导致鱼虾发病，对养殖鱼虾的生长无影响。有研究表明，在水温25℃且pH8.5时，NH3约占氨氮的15%。经换算，本试验条件下，流水槽中NH3含量约为0.03mg/L～0.09mg/L，远低于0.20mg/L，对松浦镜鲤正常生长无影响。

水中的NH3-N和NIT可在一定条件下相互转化，NIT是NH4+在硝化作用下转化为硝酸盐氮的不稳定中间产物，对水产养殖生物具有较强的毒性，作用机理主要是使鱼类血液输送氧气的能力下降，NIT能促使血液中的血红蛋白转化为高铁血红蛋白，失去和氧结合的能力，一般称为“高铁血红蛋白症”。正常养殖水体中NIT含量低于0.10mg/L，鱼及水生动物在此条件下能够自由的生活，不会造成任何健康损害。该试验条件下，流水槽养殖尾水经循环净化后，NIT降低68%，进水口含量为0.10mg/L，符合渔业水质标准。

（四）TN、TP去除明显

N、P是水体富营养化的主要诱因，水体富营养化程度与水体TN、TP的浓度密切相关，随着浓度的升高，水体的富营养化程度不断加剧，塘内有害藻类会暴发性生长，水体DO降低，导致鱼虾死亡。本试验条件下，养殖流水槽进水口水体中TN含量为1.7mg/L，较出水口降低了51%，TP含量为0.8mg/L，降低了55%，达到了《淡水池塘养殖尾水排放要求》的TN一级标准（TN≤3.0mg/L）和TP二级标准（TP≤1.0mg/L），有效改善了养殖水体的水质。

（五）复合生态净化系统治理尾水效果显著

复合生态净化系统利用推水机、增氧机等实现池塘水体循环流动和交换、逸出有害气体，增加DO；放养鲢鳙滤食性鱼类摄食水体中的有机碎屑和浮游生物，通过其滤食活动有效降低水中悬浮有机颗粒和藻类的数量，提高水体透明度；种植荷花等水生植物吸收养殖水中的营养盐，富集和稳定水体中过量的N、P、悬浮颗粒和重金属元素；利用EM菌等有益菌将水体或底质沉积物中的有机物、NH3-N、NIT分解吸收，转化为有益或无害物质，同时抑制病原繁殖，改善水质，减少病害，提高水产养殖经济效益。复合生态净水系统通过养殖水体的原位修复和异位修复，减少了养殖过程中加注新水和换水次数，养殖尾水生态治理效果得到了明显提升，降低了水产养殖面源污染，荷花等水生植物创造了经济价值又美化了养殖环境，实现了绿色高质量发展。

四、结语

提高粪污收集外排效率是实现池塘流水槽集约高效养殖、尾水达标排放、减少面源污染的关键。本试验结果表明，池塘流水槽循环水养殖模式通过优化升级集污系统，在提升养殖水体净化效能、保证养殖尾水达标排放、降低养殖面源污染、减少养殖用水节约水资源等方面起到了显著的促进作用，尤其是在投饲量增加的养殖后期表现更加明显。对于建设黄河流域生态保护和高质量发展先行区的宁夏而言，加强水产养殖的尾水管控和生态治理，实现以水定产、循环利用、环境友好的目标，该方法为我们提供了一种切实可行的新思路、新模式和新技术，值得推广应用。