“三池两坝”在黄立鱼养殖尾水处理中的应用及分析

罗开练，曾庆东1,，林梓河，艾红霞，冯德芳，郑尔锋

（1.广东省现代农业装备研究所，广东 广州 510630；2.农业农村部华南现代农业智能装备重点实验室，广东 广州 510630；3.广东弘科农业机械研究开发有限公司，广东 广州 510555）

0 引言

根据《第二次全国污染源普查公报》发布的排污数据，2017 年单位水产品养殖产量的排污强度分别为：化学需氧量13.60 kg/t，氨氮0.45 kg/t，总氮2.02 kg/t，总磷0.33 kg/t，较第一次全国污染源普查结果，化学需氧量、氨氮和总磷的单位产量排放强度分别降低了20.0%、23.8%、30.7%，但养殖尾水中含有机物、氮、磷等污染物仍然体量大，若直接排入江河，会影响整个流域生态环境，这也是造成农业面源污染的主要原因之一。近年来，国家高度重视水产养殖尾水治理工作，加强农业面源污染治理与监督指导，保护生态环境。国家相关部委、各省市相继出台了有关的通知、行动方案、指导意见，各地下达任务，大力推进池塘尾水治理工作。

1 养殖尾水处理的主要方法

目前，针对养殖尾水处理的方法主要有机械过滤[1]、曝气挥发分解[2]、膜分离[3]、泡沫分离[4]等物理净化法，絮凝剂[5]等化学净化法，微藻同化[6]、水生动植物[7,19]等生物净化法，且主要集中应用在循环水养殖中，如曾东等[8]采用水力筛网、连续流砂滤池、沸石吸附、活性炭吸附的组合工艺对某对虾人工繁育基地的养殖尾水进行处理，净化效果显著，可实现达标排放。对传统分散的养殖池塘尾水处理系统研究还较少，段立安等[5]利用聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）和聚合氯化铁（PFC）等化学絮凝法分别对温室甲鱼养殖废水进行处理，认为PAC 处理效果最好，对浊度的去除率高达97.1%。也有按尾水处理位置划分，分为池塘原位处理[9]、池塘外挂系统处理[10]、池塘循环流水处理[11]3 种技术。徐嘉波等[12]认为多净化功能区组合的养殖尾水处理系统宜建立基于优化水力参数的运行策略，采用中水力负荷（0.023 m/h）运行发挥各净化功能区最佳净化性能，需根据养殖池塘排放尾水的水质状况建立运行策略以最优化去除污染物总量。申玉春等[13]建立了一种虾、鱼、贝、藻水质生物调控系统，实现了虾池水环境的生物调控与养殖用水的零排放。LIN 等[14]利用人工湿地净化技术可有效降低对虾循环养殖系统中的氮、磷浓度，能够去除86%～98%的氨态氮和95%～98%的总无机氮，磷的去除率为32%～71%。

2 项目情况

珠海市金湾区黄立鱼产业园基地的三池两坝处理试点项目，是针对园区内17 口黄立鱼面积共约200 亩的养殖池所产生的尾水中悬浮物、CODMn、总氮、总磷等污染物进行处理，最终实现达标排放的目的。尾水中污染物主要来源于生产中的投入品，以饲料和药品为主，以残饵、粪便、底泥为存在载体。根据有关报道，未被鱼类食用的饲料占5%～10%，形成残饵；被鱼类食用的饲料，有25%～30%以粪便的形式排出体外进入池水中。饲料作为主要N 源的输入占90%～98%，被鱼类利用约20%～27%；P 源也主要由饲料输入，占97%～98%，鱼类利用仅占8%～9%，其余N、P 主要是沉积于底泥和溶解于水中，随尾水排出。

目标鱼塘主要养殖黄立鱼，学名为黄鳍鲷，主要生活在水资源丰富，咸淡水交汇处，盐度可在0‰～20‰之间，亩产约3 000 斤。经过调研核算，目标池塘日常换水量为1 654 m3/d，考虑捕捞期、雨季尾水排放增大、鱼塘面积扩建等情况，尾水处理系统按2 500 m3/d（日常换水量的1.51 倍）的水量设计。

项目建设前，对周边黄立鱼养殖区开展调研，检测了黄立鱼养殖老塘排出的尾水污染指标值，以作为该品种养殖排放尾水污染物参考值，详见表1。黄立鱼养殖尾水排放的悬浮物、CODMn、总磷、总氮均超SC/T 9101-2007 二级标准限值，超出范围在63.3%～143%。

表1 黄立鱼养殖区域尾水检测值

3 “三池两坝”技术介绍

“三池两坝”技术是运用沉淀、过滤、微生物分解、动物滤食、植物转化（挺水及沉水植物、水生蔬菜）、曝气等技术处理池塘养殖尾水，构建“沉淀池+过滤坝+曝气池+过滤坝+生物净化池”的组合处理系统。根据不同养殖品种，按养殖面积6%～10%的比例设置尾水处理区。

3.1 工艺流程

本项目对养殖水域进行科学规划，在池塘升级改造基础上（进、排水分开），利用物理和生物生态的方法，采用“三池两坝”技术，对养殖尾水进行生态化处理，实现循环利用或达标排放。“三池两坝”工艺流程如图1 所示。

图1 “三池两坝”工艺流程

3.2 系统参数选择

因目标鱼塘排出的尾水浓度较SC/T 9101—2007二级标准超出48.6%以上，特别是悬浮物达143%。结合主管部门文件指导意见，治理系统占池塘面积设为9.54%，各池面积占比为：沉淀池:曝气池:生态净化池=40 : 13 : 40；根据CODMn 和总氮浓度，曝气池面积占比提高至13%（相关文件要求5%）以提高其去除率。“三池两坝”设计参数如表2 所示。养殖尾水具有不定期排放、排放期集中、排水量大、污染物浓度低、非点源排放的特点，处理系统不设置化学药物处理功能，故本系统各池的水力停留时间HRT 宜选择较大值。

表2 “三池两坝”设计参数

沉淀池：面积为2 950 m2，占养殖尾水处理区域面积的40%，水力停留时间为50.98 h。池内分别种植芦苇、黄花鸢尾等挺水植物，占沉淀池面积的20%；种植浮岛植物黄菖蒲占沉淀池面积的24%。利用物理沉淀和生物吸附转化原理，去除尾水营养物质，降低TSS、N、P、K 污染指标值。

过滤坝：采用钢架结构搭建过滤坝外部结构，坝宽2 m，长16 m，坝体内填充生蚝壳等多孔吸附介质。生蚝壳内部具有众多互相连通的微孔和褶皱，能够很好地吸附水质中的氮、磷、重金属成分和调节水质酸碱度，具有高效、生态、安全的特点。生蚝壳可滤去水体中泥浆、脏物和微生物菌类，截留水中悬浮颗粒，微生物附着形成菌膜后，增强过滤净化效果，如图2 所示。

图2 过滤坝

曝气池：面积为958 m2，占治理设施总面积的13%，水力停留时间为16.55 h。安装2 套微纳米曝气机组，外观结构如图3 所示。每台3.7 kW，高效对中、下层水进行充分的曝气增氧。选用微纳米曝气技术代替鼓风微孔曝气，主要是微纳米曝气技术可产生更高的溶解氧（DO）浓度[15]，具有很好的氧传递性，对多种污染物有良好的去除效果[16]。池内安装核工程有弹性的生物挂膜（6 000 根/亩），毛刷设置方向应与水流方向垂直，毛刷底部用聚乙烯绳固定，确保毛刷挺直，不因水的推力晃动，如图4 所示。同时，定期添加枯草芽跑杆菌及假单胞菌等复合菌，可有效降低养殖水体中氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总无机氮和总氮等含氮化合物含量[17]。为使芽孢杆菌、光合细菌等附着毛刷生长，建立良好的生态系统，加快有机污染物氧化分解，可以增强水体的自净能力，改善水质，加速恢复到正常的水生态系统。

图3 微纳米曝气机组外观结构

图4 生物毛刷

图5 建成后的“三池两坝”

生态净化池：主要种植沉水植物狐尾藻600 m2、芦苇600 m2、浮岛植物黄菖莆384 m2。放养鲢鱼、鳙鱼、鲻鱼、贝类等滤食性水生动物。安装2 台喷泉式曝气设备，2 台潜水泵实现净水回收利用。主要利用不同营养层次的水生植物和动物最大程度去除水体污染物，同时增加水体中的溶解氧，复原水体生态。

尾水排放和回用：尾水经过“三池两坝”处理后，达到SC/T 9101—2007 二级标准对外排放，也可在生态池出水口处，通过水泵提升，接入到进水管网用于池塘养殖。该产业园水源来自珠江口，其洁净程度不如经“三池两坝”处理后出水洁净，实际在生产放苗前，用户抽取外水源先经“三池两坝”处理后再用于鱼塘养殖。

4 结果与分析

4.1 污染物去除效果分析

通过系统运行调试后，“三池两坝”的出水经第三方专业机构现场采样和检测，结果如表3 所示。

表3 出水水质第三方检测值

所检项目结果达到《淡水池塘养殖排放要求》和SC/T 9101—2007 二级标 准要求，CODMn、总磷、悬浮物的去除率分别为87.51%～93.17%、92.04%～96.94%、88.39%～95.55%、83.13%～93.42%，各污染物去除率均较高，达到预期效果，这与刘梅等[18]采用“三池两坝”多级组合处理工艺去除结果相符。“三池两坝”工艺技术成熟稳定、效果较好，处理量大，日常维护成本低，是当前池塘尾水治理主推模式之一，实践证明，该模式在珠江口流域的咸淡水养殖区也适用。

4.2 创新点分析

本项目围绕尾水达标排放为目标，从养殖生产角度出发，紧扣尾水治理工艺与养鱼生产工艺衔接，构建鱼类生长生态系统，提升鱼塘的综合效益考虑，最终建成的工程被养殖户接受，乐于使用，使尾水工程持续发挥效果。如表4 所示，该项目具有“六大”创新点。

表4 项目创新点

表5 常用于净化水质的植物

4.3 植物种植

利用植物生长过程吸收养殖水体的有机物、营养盐等，将其转化为自身需要的物质，能有效减少水产养殖水体中的污染物，水生植物栽培对环境起修复作用[19]。同时，通过光合作用，为水体中提供氧气，构建水生态系统。在沉淀池和生态净化池都要种植沉水植物、挺水植物和浮床植物，其中，沉水植物常选择狐尾藻、眼子菜、金鱼藻、黑叶轮藻和伊乐藻；挺水植物常选择香蒲、水芹菜、藕和美人蕉等；浮床植物可选择水禾、菖蒲、睡莲、凤眼莲和空心菜等。据报道，芦苇、香蒲、菖蒲、美人蕉、鸢尾、再力花、睡莲等本地植物具有移栽成活率高、耐污去污能力强、耐寒性好的特点，应优先选种。实践证明，本项目初期选择适合咸淡水的海马齿，但生长缓慢，其原因是根系被鱼啃食，长势不尽人意；后期更换为黄菖蒲，根系发达，长势较好。本项目实施过程中还发现适合海水养殖区域的水生植物较少，因此，应综合考虑水质、土壤、气候、虫害等因素，合理选择植物种类，分类搭配，保证四季均有植物生长，建议从本地湖泊、河流、水沟中选择长势好的植物。

4.4 项目综合效益分析

本项目开展养殖尾水治理，不仅减少养殖场尾水污染物排放量，保持整个养殖区域的良好水质，还整体提升了当地黄立鱼的产量和品质，提高了养殖经济效益。通过改善外部水质，减少水产病害发生，减少动保药品使用量，保证了食品质量安全，具有较好的社会效益。利用尾水治理系统对尾水处理利用，对水源进行净化提升，提高水资源化利用价值，打造鱼菜共生模式，生态池放养滤食性鱼类，充分将养殖尾水治理转变为经济收入，营造良性养殖生态环境，生态、经济效果兼备。

5 结论

通过建立试点工程，验证“三池两坝”的尾水处理效果，剖析“三池两坝”工艺要点，证明“三池两坝”适用于珠江口流域的咸淡水养殖尾水治理，值得进一步探索和推广。实践发现，“三池两坝”尾水处理工艺仍有不足之处，如在高效设备应用以减少尾水区占地面积，在沉淀池应用拦截集污去污装备，制定与广东省《水产养殖尾水排放标准》配套的尾水治理工程规范，筛选高效的微生物制剂，筛选过滤坝的过滤材料，研究净化材料、微生物酶活性与水质净化的协同机制[20]等方面，仍需进一步探讨和研究。