唐山市海水养殖尾水监测及分析

宋荪阳,黄金臣,岳 强,张宏祥,张 强

(唐山市水产技术推广站,河北 唐山 063000)

随着我国经济的飞速发展,养殖天然水体因遭受工业废水、生活污水和农业面源污染的影响,环境质量有所下降,这给水产养殖环境带来了很大的冲击[1]。唐山市是北方沿海城市,也是重工业城市,大部分企业属于高耗能重污染的发展模式。企业生产的污水直接排入海洋和河流,对海洋和河流造成严重的影响。唐山市的主要水源河流之一的滦河,下游水污染物主要来自工业三废、生活污水、垃圾、化肥和农药[2-3]。2019年1月,农业农村部、生态环境部、自然资源部、国家发展和改革委员会等十部门联合发布《关于加快推进水产养殖业绿色发展的若干意见》,明确提出要推进养殖尾水治理,推动养殖尾水资源化利用或达标排放。

海水养殖尾水中的主要污染物有氨氮、亚硝酸盐、有机物、磷及污损生物[4]。养殖尾水中的营养性成分、溶解有机物、悬浮固体和病原体是处理的重点[5]。戴修赢[6]通过对苏州地区七种养殖池塘水质及其氮、磷收支研究发现,河蟹、青虾池塘养殖氮释放量较低,鱼类及中华鳖养殖氮释放量均较高;河蟹养殖池塘磷释放量为最低,混养鱼磷释放量最高。河北省2018年18家冷水鱼养殖场,养殖尾水检测合格率94.4%。2019年24家冷水鱼养殖场,养殖尾水全部符合《SC/T 9101-2007淡水池塘养殖水排放要求》[7]。

海水养殖尾水处理技术主要包括:池塘净化、设施净化和湿地净化等[8]。南美白对虾海水养殖尾水中大量的剩饵和粪便被排入水体,导致水质恶化、病害频发。浙江省在温州、台州、宁波、舟山等示范点地,开展了南美白对虾海水养殖尾水处理技术示范工作,效果显著[9]。

为摸清唐山市海水养殖尾水污染物排放现状,推动海水养殖尾水治理,2020年根据唐山市不同的海水养殖种类和养殖模式,在曹妃甸区、滦南县、乐亭县等唐山市海水养殖集中县区,对养殖进水、尾水进行了环境监测,为唐山市海水养殖尾水治理提供了科学的数据支撑。

1 材料与方法

1.1 调查区域和采样点设置

在唐山市海水养殖集中区域曹妃甸区、滦南县、乐亭县,对海水主要养殖模式工厂化育苗室、工厂化养殖车间、养殖池塘养殖进水、尾水进行环境监测。涉及唐山市主要海水养殖品种:中国对虾育苗、河鲀育苗、南美白对虾工厂化养殖、鲆鲽类工厂化养殖、海水池塘海参养殖、海水池塘中国对虾与河鲀混养、海水池塘南美白对虾养殖。

1.2 采样时间与检测方法

每种养殖模式选择1～4个进水、尾水监测点,春季、夏季、秋季每月定期监测1次(由于冬季池塘结冰,未在冬季进行监测)。监测指标5项:COD、总氮、总磷、无机氮(包括氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮)、活性磷酸盐。检测方法及执行标准见表1。

表1 检测方法和执行标准

2 结果与分析

2020年,累计完成采样11 次(2月份因河北省新冠疫情原因未采样),共采集样品200 个,完成1 400 项监测数据。海水养殖尾水环境监测结果详见表2。

表2 进水、尾水水质监测结果

2.1 COD

进水年平均值为3.125 mg/L,不符合《GB 3097 海水水质标准》二类标准(≤3 mg/L),超标率45.6%。其中,海水池塘中国对虾与河鲀混养COD超标率最高,为60%,海水池塘海参养殖超标率最低,为33.3%,其余5 种养殖模式超标率在50%左右。尾水所有监测点COD全部符合《SC/T 9103-2007海水养殖水排放要求》一级标准(≤10 mg/L),合格率100%。尾水COD监测结果与2019年马国臣等[10]研究结果一致。

2.2 总氮、总磷

进水总氮年平均值为1.112 mg/L,不符合《GB 3838 地表水环境质量标准》三类水标准(≤1 mg/L),超标率40%。尾水总氮年平均值为2.002 mg/L,不符合《GB 3838 地表水环境质量标准》三类水标准(≤1 mg/L),超标率51%,其中,南美白对虾工厂化养殖、海水池塘中国对虾与河鲀混养2 种模式进水、尾水均不超标,其余5 种养殖模式进水、尾水总氮均超标。尾水与进水相比增加量为0.89 mg/L,低于标准限量值。

总磷进水年平均值为0.220 mg/L,尾水年平均值为0.252 mg/L,都不符合GB 3838地表水环境质量标准三类水标准(≤0.2 mg/L),增加量仅为0.032 mg/L,尾水中总磷增加不显著。进水超标率28%,尾水超标率39%。其中,海水池塘海参养殖超标率最低,进水为11.1%,尾水全部合格。中国对虾育苗、海水池塘海参养殖、海水池塘中国对虾与河鲀混养3 种养殖模式尾水中总磷增加量为负值。

水中总氮、总磷的含量因季节呈现不同的变化。表3、图1、图2分别为春季、夏季、秋季进水、尾水中总氮和总磷的变化情况。

图1 不同季节进水、尾水总氮变化情况

图2 不同季节进水、尾水总磷变化情况

表3 不同季节进水、尾水中总氮、总磷含量

2.3 无机氮

进水无机氮年平均值0.597 mg/L,不符合《GB 3097 海水水质标准》二类水标准(≤0.3 mg/L),超标率为81%。其中超标率最高的是鲆鲽类工厂化养殖,超标率高达92.9%。尾水无机氮平均值0.663 mg/L,不符合《SCT 9103海水养殖水排放要求》一级标准(≤10 mg/L),超标率为50.9%。无机氮是进水、尾水主要超标指标。其中,中国对虾育苗、海水池塘海参养殖、中国对虾与河鲀混养、海水池塘南美白对虾养殖4 种模式尾水中的无机氮含量要小于进水。

海水中无机氮受生物因素和水温状况的影响较大,因此随着季节的变化含量也不同。表4为不同季节水中无机氮的含量。图3、图4为进水和尾水中氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮随季节的变化情况。

图3 不同季节进水中三种形态氮的变化

图4 不同季节尾水中三种形态氮的变化

表4 不同季节进水、尾水中无机氮含量 mg·L-1

2.4 活性磷酸盐

进水年平均值为0.107 mg/L,不符合《GB 3097 海水水质标准》二类水标准(≤0.03 mg/L),是限量值的3倍多,超标率89.5%。尾水年平均值为0.183 mg/L,不符合《SC/T 9103海水养殖水排放要求》一级标准(0.05 mg/L),是限量值的3倍多,超标率78.9%,为进水、尾水中主要超标指标。

3 讨论

3.1 COD

COD通常用来反映水体中有机污染物含量的高低,较低的COD含量能保证养殖水体的有机物浓度安全。监测结果表明,进水COD超标率高于尾水。由于养殖进水主要来自海洋和河流,说明进水水源中有机物含量较高。水环境中的有机物主要来源于天然有机物及其分解产物、生物活动产物、人类生活废物和各种工业废物等方面。水中动植物残体、生活污水及工业废水中易分解的有机物,在微生物作用下被氧化分解,大量消耗水中的溶解氧,导致水质恶化。目前,全球水体有机污染呈加重趋势,人为活动是导致水体有机污染的主要原因。在水产养殖过程中,由于浮游植物的光合作用,吸收二氧化碳释放氧气,同时通过增氧机进行人工增氧,增加了水中溶解氧含量,从而加速了水中有机物的分解。因此,尾水COD全部合格,养殖尾水体中有机物对环境未造成污染。

3.2 总氮、总磷

总氮是水中无机氮和有机氮的总和。天然水中氮的来源主要是:大气降水下落过程从大气中的淋溶、地下径流从岩石土壤的溶解、水体中水生动物的代谢、水中生物的固氮作用,沉积物中氮的释放,以及生活、工农业污染等。无机氮是水中藻类能够直接吸收利用的氮的形态,在适宜的浓度范围内,增加其含量可以提高浮游植物的生物量,提高天然饵料基础,促进养殖生产。但是水中无机氮含量过高时,易导致水体富营养化,对养殖生物产生有害的影响。有机氮主要是蛋白质的腐解产物、细胞分泌物,如胞外蛋白、球蛋白以及氨基酸等。海水中还存在其他一些含氮化合物,如尿素、腺嘌呤和尿嘧啶。

磷是一切藻类生长所必需的营养元素,需要量比氮少。天然水中磷的化合物根据是否与酸性磷酸盐反应可以分为两类:活性磷化合物和非活性磷化合物。磷酸盐、部分溶解态的有机磷、吸附在悬浮物表面的磷酸盐以及一部分在酸性中可以溶解的颗粒无机磷,称为活性磷化合物。不与酸性磷酸盐反应的称为非活性磷化合物。

结果表明,尾水中总氮的超标主要是由于进水超标所导致。

总氮的变化趋势为:春季>秋季>夏季。进水、尾水变化趋势相同。主要超标月份为春季和秋季,夏季不超标,并且夏季增加量最小。春季增加量与限量值持平,夏秋两季增加量要明显低于限量值。总磷的变化趋势为:春季>夏季>秋季。夏季增加量最小,与总氮监测结果一致。

3.3 无机氮

无机氮主要包括:氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮。由于海水中无机氮受生物因素和水温状况的影响较大,因此随着季节的变化含量也不同。从表3中可以看出,年进水、尾水中无机氮变化情况:秋季>春季>夏季。由于夏季浮游植物的大量繁殖,海水中无机氮被吸收,因此夏季无机氮含量最低。夏季过后,氨氮首先上升,其次硝酸氮和硝酸盐氮也分别上升。在无机氮的三种形态氮中,由于硝酸盐氮是含氮化合物的稳定形态,是含氮物质氧化的最终产物,因此在无机氮中占优势。亚硝酸盐氮是氨氮氧化和硝酸盐氮还原的一种过渡形态,是一种不稳定的形态。因此,在水体中含量要明显低于其他两种形态氮。监测结果符合天然水中无机氮的分布变化[11]。进水、尾水中氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮的变化情况基本一致。

3.4 活性磷酸盐

活性磷酸盐主要来源于生物有机残体的分解矿化、沉积物的释放、水生生物的分泌与排泄、水生植物的吸收利用、降水、冲刷土壤地表径流、生活污水等[12]。由于进水、尾水中活性磷酸盐超标率较高,很有可能是由于底层水中有机物的矿化和沉积物中含有较高的磷酸盐所导致。

4 结论

活性磷酸盐和无机氮是唐山市海水养殖进水、尾水主要超标指标。监测结果与2016—2018年中国渔业生态环境状况公报中,“海水重点增养殖区主要超标因子为无机氮和活性磷酸盐”结果一致[13-15]。

养殖尾水状况与进水状况密不可分,监测结果表明,尾水中总氮、总磷、无机氮、活性磷酸盐的超标主要是由于进水超标所导致。2019年河北省海水池塘养殖尾水排放研究中也得到一致的结论:养殖池中无机氮和活性磷酸盐数据与水中本底基数呈现相关性,本底数高养殖水体数据也高[16]。