潜流湿地+生物净化对池塘高密度养殖尾水中总氮、总磷、高锰酸盐指数的影响

潜流湿地+生物净化对池塘高密度养殖尾水中总氮、总磷、高锰酸盐指数的影响

采用人工湿地（cw）处理废水是20世纪70年代发展起来的一种污水处理技术。潜流型人工湿地污水处理系统具有水力负荷和污染附和大，对BOD、COD、SS、重金属等污染指数去除效果好等优点。国际上，潜流湿地技术已成为城市污水处理领域的研究热点，并越来越被人们接受和应用。传统渔业在追求数量型增长的过程中，以占用和消耗大量资源为代价，从而使生态失衡和环境恶化等问题日益突显。细菌、病毒等病原体的大量滋生和有毒有害物质的日益积累，给水产养殖业带来了极大的风险，严重制约和威胁水产养殖业的可持续发展。而且，传统渔业采用频繁换水的方法来改善池塘水体生态环境，造成水资源巨大浪费的同时，也造成河流、湖泊区域性的富营养化，严重破坏生态环境。因此，以优质、高效、生态、安全为特征的节约型、环境友好型的现代渔业快速兴起。近年来，将养殖和水处理相结合的养殖模式引起广泛重视，人们综合物理、化学、生物等多种水处理技术，使池塘养殖尾水达标排放。作者以高密度青鱼养殖集中区为研究对象，采用生态湿地与潜流湿地相结合的方式进行养殖尾水的水质净化，实施池塘水循环利用，旨在优化湿地生态系统模式。1系统设计1.1减少废水排放，提高提质效率池塘高密度养殖易造成水体内源性污染，池塘养殖尾水经Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级湿地多级净化，通过生物、生物与物理等相结合的技术手段，降低总氮（TN）、总磷（TP）、高锰酸盐指数（CODMn）、悬浮物总颗粒（SS）等物质的含量，使养殖尾水达标排放与循环利用。潜流湿地是由砂砾层组成的浅床湿池植物系统，被处理废水经配水系统分布从填料床的一端均匀平缓流过填料床植物根区，是一个由土壤、湿地植物和微生物组成的生态处理系统，是池塘养殖尾水处理的有机组成部分（图1）。1.2生物净化系统池塘循环水养殖是通过开挖渠道、排设管道、建设泵站等一系列配套工程，建立试验区与对照区的两套尾水循环利用系统，实现养殖尾水净化处理，循环利用。试验区为“潜流湿地+生物净化池”系统，Ⅰ级与Ⅲ级净化区为生物净化池，Ⅱ级净化区为由1200m2的小水池和5m×20m的潜流湿地。对照区为常规的生物净化系统（表1）。试验区的净化面积占整个养殖区的7.9%，是对照区净化面积占比18.8%的42.02%。潜流湿地是滤料与植物的结合体，具有极强的吸附、过滤作用。滤料层高度为1.0m，以沸石、碎石、卵石、活性炭为滤料，沸石通过物理吸附、离子交换，能有效去除氨氮、有机质、重金属离子等溶解态污染物，同时具有调节水体pH值，增加水中溶氧，释放有利于鱼类生长的多种生物活性元素。以滤料为载体，形成天然生物膜，通过微生物作用进一步分解水体中的有机物质。潜流湿地上层0.5m，少土栽培植物，强化水体净化功能，增加收获指数和总体效益。1.3混养淡水螺鱼养殖养殖区统一采用“主养青鱼，搭养鲫鱼”的养殖模式，放养时间为2月底至3月初，每667m2投放规格2.0～2.5kg/尾的青鱼260尾，0.5～1.0kg/尾的青鱼200尾，15～20尾/kg的青鱼10kg。同时搭养规格15～20尾/kg的鲫鱼10kg,6～8尾/kg的鲢鱼100尾，6～8尾/kg的鳙鱼50尾。投喂相同的混养鱼配合饲料，定期投放相同重量的螺蛳。通过相同的日常管理，对年终产量及效益进行分析。净化区出现水草疯长的现象时，采用人工打捞的方式定期对其进行清理，确保植物覆盖率保持在60%左右。1.4水质指标检测按照《太湖流域池塘养殖水排放标准》要求，对系统中的养殖池、各级净化池、外源水的主要水质指标进行检测，采样时间9:00—11:00。检测指标为总氮（TN）、总磷（TP）、高锰酸盐指数（CODMn）、溶氧（DO）、悬浮颗粒(SS)、铜、锌。各项指标测试方法均按国家环保局编制的《水和废水监测分析方法》进行。2结果2.1净化效率分析养殖尾水经三级净化后，试验区水体总氮比养殖池下降了80.8%～90.9%，对照区下降了70.8%～88.7%。试验区的净化效率高于对照区，三级净化后的水体中总氮含量远低于外河水。除12月21日，试验区中的Ⅲ级净化池因用来囤养青鱼、鲫鱼，总氮含量达到2.25mg/L外，二种净化方式的Ⅲ级净化区水质均达到《太湖流域池塘养殖水排放标准》的一级水质要求（总氮含量≤2.0），水质净化效果明显（表2）。2.2水质标准的要求无论是试验区还是对照区，循环系统运行后的Ⅲ级净化池水体总磷均比养殖池下降了76%以上，均符合《太湖流域池塘养殖水排放标准》二级水质的总磷要求。试验区除10月份外，达到了《太湖流域池塘养殖水排放标准》二级水质的总磷要求。对照区在8月、12月也达到了二级水质标准。养殖高峰的8月，养殖水体的磷高出外河15倍左右，即使经过循环水净化后的Ⅲ级池中磷含量还高于外河水2倍以上，经过几个月的净化后，养殖池的磷含量与外河接近，经过净化后的Ⅲ级池，磷含量只有外河水的1/3左右，充分显示了循环水养殖工程的水质净化效果。随着系统运行时间的延长，试验区比对照区显示了更强的净化效果，至11月，试验区比对照区除磷率提高了9.19%（表3）。2.3水排放标准经过三级净化后水体CODMn均低于《太湖流域池塘养殖水排放标准》一级水质要求（表4）。但与TN、TP相比，经三级净化后的水体CODMn去除幅度较小，仅下降了15.38%～27.24%，试验区的净化效率略高于对照区。2.4养殖池的溶氧两个养殖尾水处理系统运行后，分别对试验区、对照区及外河各水体中溶氧量进行了测定。结果显示，尾水处理系统刚运行时的8—10月，养殖池的溶氧均低于外河，经过尾水处理后的Ⅲ级净化池的溶氧接近外河。随着循环处理后第4个月，养殖池中的溶氧反而高于外河。试验区的潜流湿地溶氧始终最低，在8月高温季节只有2.4mg/L，经过Ⅲ级生物净化池后，溶氧迅速恢复，与对照区的Ⅲ级池接近（表5）。2.5级净化效果经过三级净化后的养殖水体悬浮物总颗粒的变化分析，青鱼高密养殖池中的悬浮颗粒不高，高温季节稍高于《太湖流域池塘养殖水排放标准》一级标准。经过三级净化后的养殖尾水SS下降34.07%～84.75%，远低于《太湖流域池塘养殖水排放标准》一级标准，与外河水源水接近。冬季，经过三级净化处理后的SS远低于外河水源水，试验区与对照区的SS去除率相近。在青鱼养殖池中，重金属离子铜与锌的含量分别低于0.005mg/L与0.05mg/L，远低于《太湖流域池塘养殖水排放标准》一级标准的0.01mg/L与0.5mg/L（表6）。2.6生产发展高效低碳经济2010年初步使用循环水系统后，虽然试验区与对照区的实际养殖面积分别减少了7.9%与18.8%，但试验区与对照区的集约化养殖池塘生产各类水产品产量分别比没有实施尾水处理的2009年增长14.06%与11.4%、销售收入分别增长了15.9%与6.1%、利润分别增加了17.2%与6.6%。2011年循环水系统全面投入运行后，试验区与对照区的池塘生产各类水产品产量分别比2009年增长24.8%与19.2%、销售收入分别增长了26.4%与14.8%、利润分别增加了35.2%与18.64%。而且试验区产量与效益明显好于对照区（表7）。2010年水循环养殖系统处于建设中，直至8月中旬才基本建设完成，未在净化系统中投放河蟹、青虾等经济动物，所以2010年净化系统中未有经济效益产生。考虑到该合作社是用池塘作为净化池的，成本较大，为提高净化系统的经济效益，2011年适当养殖了一些特种水产品，如河蟹、青虾等，但坚持不投饵的原则，同时增加栽种一些有经济价值、吸污强的水生植物，如水空菜、茭白、水芹等，以增加净化区域的经济产值。2011年净化系统中，共投放花白鲢鱼种200kg、螺蛳3550kg、河蚌500kg，各品种年底产量分别为花白鲢1020kg、螺蛳7650kg、河蚌1550kg。在Ⅰ、Ⅱ级净化系统同时开展生态养蟹、种植水生经济植物茭白与水空菜，投放蟹种35kg，生产商品蟹360kg，生产茭白250kg、水空菜300kg。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级净化系统年产值达6.24万元，产生经济效益3.31万元。3讨论3.1复合生物净化池青鱼养殖区通过养殖尾水处理系统的运行，养殖用水明显得到改善，对照《太湖流域池塘养殖水排放标准》，各项指标基本达到二级水质标准。比较试验区与对照区两个区域的净化效果发现，虽然潜流湿地的净化面积只占养殖系统的1.38%，是采用纯生物净化池方式占养殖系统6.92%的1/5，但对养殖尾水中TN、TP、CODMn、SS的去除率略高于纯生物净化区。这是因为在潜流湿地系统的中，污水在湿地床的内部流动，一方面可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的根系及表层土和填料截流等的作用，以提高其处理效果和处理能力；另一方面由于水流在地表以下流动，具有保温性能好、处理效果受气候影响小、卫生条件较好的特点。这种工艺利用了植物根系的输氧作用，对有机物和重金属等去除效果好，但控制相对复杂。因此，潜流湿地方式净化水质节省了土地资源，提高了渔池利用率，与纯生物净化具有明显的优越性。3.2潜流湿地净化后的水从本试验区潜流湿地处理后的溶氧分析发现，潜流湿地处理养殖尾水，能有效的去除养殖尾水的TN、TP、COD及SS，但处理后水体的溶氧迅速下降，这一结果与吴振斌的研究结果一致。因此潜流湿地净化后的尾水不适宜直接用于养殖水产动物。而我们将潜流湿地净化后的水再进行生物净化池，不但能迅速复氧，恢复到4mg/L以上，满足养殖需求，还能进一步去除水中的TN、TP、COD及SS，因此，潜流湿地+生物净化的养殖尾水处理系统既能节省池塘资源，又能起到较好