基于“三池兩壩”組合流程的池塘養殖尾水凈化效能

魏賓，方潔，顧雪林，菅攀陽，宋學宏

（1.蘇州市吳中區水產技術推廣站，江蘇 蘇州 215104；2.蘇州大學基礎醫學與生物科學學院，江蘇 蘇州 215123）

池塘養殖是我國水產養殖的主要形式，得益于種苗人工繁殖、機械增氧、全營養復合飼料等技術的突破和應用，池塘養殖業發展迅猛，從20世紀50年代到2019年水產品產量增長了80多倍[1]。但是，池塘養殖的快速發展也帶來了新的亟待解決的水環境污染問題，對我國水產養殖業的可持續發展構成極大挑戰[2]。近年來，為推進水產養殖業綠色發展，養殖尾水生態治理的重要性日益凸顯，對養殖尾水的凈化、排放和再利用提出了更高的要求。“三池兩壩”是針對池塘養殖尾水分布及污染特點形成的養殖尾水多級組合處理工藝，對養殖尾水具有明顯的凈化效果，尾水經凈化后能穩定達到排放要求[3]。根據相關要求，吳中區對養殖區溝渠或邊角池塘適當改造，采用集物理沉淀、填料過濾、曝氣氧化以及生物同化于一體的多級組合養殖尾水凈化工藝，并將曝氣池與生物凈化池并為一池，實施了“三池兩壩”尾水凈化的養殖池塘標準化改造工程。2018年至今全區已完成了全部養殖區的改造，旨在通過改造工程使尾水經處理后可循環利用或達標排放。

為了解“三池兩壩”工程對池塘養殖尾水的凈化效果，該研究對蘇州市吳中區5個標準化池塘養殖區養殖中后期的水源水、養殖水以及凈化水的水質指標進行跟蹤監測，比較分析了不同凈化面積占比在不同時間點（夏季、秋季、冬季）對有機污染物的去除率，從而為后續進一步優化凈化技術提供基礎數據。

1 試驗材料與方法

1.1 養殖尾水凈化模式及凈化區面積

吳中區主要有“河蟹+青蝦”和“南美白對蝦+羅氏沼蝦”兩種池塘養殖模式，其中“河蟹+青蝦”養殖模式主要分布在臨近太湖的東山鎮、金庭鎮以及臨湖鎮，“南美白對蝦+羅氏沼蝦”養殖模式主要分布在距太湖10～50 km的甪直鎮。該區池塘養殖尾水處理均采用“三池兩壩”模式，即參照浙江省“養殖池—生態溝渠（或波紋管）—沉淀池—溢流壩—曝氣池—過濾壩—生態池—達標排放（或循環利用）”模式[3]進行改造。具體監測點設置及凈化區的面積比例見表1。

1.2 各養殖試驗區的養殖模式

5個標準化池塘養殖區分別位于東山鎮東西大圩，臨湖鎮現代漁業園區和甪直鎮淞南村、澄墩村和江灣村，均采用生態化養殖方式，具體見表1。

表1 5個標準化養殖區的養殖模式①

1.3 監測水質指標

水樣采集時間為2020年7—12月，每月1次。分別在5個標準化池塘養殖區的外河（進水）、養殖池和末端凈化生態池采集水樣。用有機玻璃采水器于水面表層以下50 cm處采集水樣，置于聚乙烯瓶內，并對水樣進行濃硫酸固定處理，即刻運回實驗室，于4℃冰箱內保存，所有檢測分析均在取樣后3 d內完成。

根據《太湖流域池塘養殖水排放要求》（DB32/T 1705—2018），確定pH值、總懸浮物（TSS）、高錳酸鹽指數（CODMn）、總氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、總磷（TP）、銅離子（Cu2+）和鋅離子（Zn2+）等8個監測指標。

1.4 數據處理

試驗數據整理使用Excel 2016。氨氮、總氮、總磷以及有機物的去除率計算公式如下：

式中：λ為各指標去除率，%；C1為養殖水有機物濃度，mg/L；C2為凈化水有機物濃度，mg/L。

2 結果與分析

2.1 “河蟹+青蝦”養殖區的凈化效果

經過統計，養殖模式為“河蟹+青蝦”的東山鎮東西大圩養殖區產量為1 500 kg/hm2，臨湖鎮現代漁業園區養殖區產量為1 425 kg/hm2。

凈化區水面平均占比為34.3%的東西大圩和占比為11.4%的臨湖鎮現代漁業園區是“河蟹+青蝦”模式養殖試驗區。7—12月，外河水源水、養殖水、凈化水的pH值、TSS、NH4+-N、TN、TP、CODMn的變化見圖1（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）（i）（j）（k）（l）。Cu2+、Zn2+的測定結果全部達標，數據未列出。距太湖5 km以內的東西大圩、臨湖鎮現代漁業園區的水源水、凈化水的TSS、CODMn、pH值、TN、NH4+-N、TP、Cu2+、Zn2+等8個指標均符合《太湖流域池塘養殖水排放要求》（DB32/T1705—2018）的一級保護區排放要求。此外，這兩個區域的池塘養殖水除了9月份的CODMn平均值約為10 mg/L，略超過一級指標，其他指標在各監測時間點均達到一級保護區排放標準。

圖1 凈化面積占比不同的“河蟹+青蝦”養殖區水質指標變化

“河蟹+青蝦”的低密度養殖模式本身污染物排放量很低，絕大多數池塘養殖水均達到一級保護區排放標準。河蟹收獲后的并塘、清塘期間，養殖水與凈化水的水質也都在一級保護區排放指標值內，完全達到太湖流域的養殖污染控制目標。因此，在凈化面積占比為34.3%、11.4%的“三池兩壩”模式下，養殖尾水被凈化后，完全可以恢復甚至優于作為養殖水源的外河水質，說明該模式取得較好的凈化效果。值得注意的是，7、8月份外河水的NH4+-N、TN高于養殖水與凈化水，這給養殖與凈化都帶來一定的壓力。

“河蟹+青蝦”養殖區的尾水凈化都能達到一級保護區排放標準，但不同時間點的凈化效果有所差異。在“河蟹+青蝦”低密度養殖模式下，測得的夏季（7—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月）對TSS、NH4+-N、TN、TP、CODMn的去除率的結果如圖2（a）（b）（c）（d）（e）所示。

圖2 凈化面積占比不同的“河蟹+青蝦”養殖區純化后尾水中主要污染物的去除率

東西大圩養殖區凈化面積大，占整個養殖區面積的比例為34.3%，遠大于通常要求的8%。NH4+-N、TN、TP、CODMn的去除率在秋季河蟹性成熟及收獲季節去除率最高，冬季去除率幾乎為零，TN去除率為負數，這是由于冬季養殖動物都已捕撈完畢，水體有機物承載量快速下降，池塘本身的水質較好，各種指標也快速下降；另一方面，清塘時，底泥中的有機物排放到了凈化區，加上冬天浮游植物、高等水生植物的代謝快速下降，凈化效率低。綜上，冬季尾水中相關物質的凈化空間縮小，TSS去除率也同樣隨著時間推移逐漸下降。此外，不斷地將凈化水少量引入清過塘的養殖池，因此，冬季池塘比凈化區水質更好，出現去除率呈負數的現象[4-5]。

臨湖鎮現代漁業園區凈化面積占比為11.4%，與東西大圩養殖區的34.3%相比少的多。TSS、CODMn凈化效果隨時間推移與東西大圩變化趨勢一致。由于凈化面積相對較小，在生物量、投餌量、代謝產物量最高的秋季，池塘的生物量、污染物負荷高，凈化效果受到影響，污染物去除率低[6-7]；捕撈操作時，水體擾動強度大，NH4+-N、TP釋放量較高，導致秋季的去除率最低。冬季，池塘內無養殖動物擾動，也無有機物投入，水體污染物負荷較低，NH4+-N、TP去除率最高。

綜上可見，在“河蟹+青蝦”低密度養殖模式中采取“三池兩壩”凈化模式，凈化面積占比為11.4%～34.3%，凈化效果較好，凈化后的養殖尾水完全能達到《太湖流域池塘養殖水排放要求》（DB32/T 1705—2018）的一級保護區排放標準。另外，凈化效果與凈化面積在養殖區的占比呈正相關。

2.2 “南美白對蝦+羅氏沼蝦”養殖區的凈化效果

經過統計計算，甪直鎮淞南村養殖區南美白對蝦與羅氏沼蝦的產量為5 200 kg/hm2，甪直鎮澄墩村養殖區的產量為5 100 kg/hm2，甪直鎮江灣村養殖區的產量為6 000 kg/hm2。

吳中區“南美白對蝦+羅氏沼蝦”高密度養殖區處于入太湖河道上溯10～50 km以及沿岸兩側各1 km范圍的二級保護區。改造成典型的“三池兩壩”凈化模式改造后，凈化面積占比分別為11.7%，13.1%和15.9%的養殖小區水化學指標中Cu2+、Zn2+均達標（結果未顯示）。其他指標的變化結果顯示，外源水、池塘水、凈化水的TSS、pH值等2個指標均達一級保護區排放標準，見圖3（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）（i）（j）（k）（l）（m）（n）（o）（p）（q）（r）。NH4+-N指標除了10月份凈化面積占比為11.7%和13.1%的養殖水不達標外［ρ（NH4+-N）分別為3.33和2.46 mg/L］，其余均達到一級保護區排放標準；水源水中有11%的TN數據超過二級保護區標準值，養殖水中有22%的TN數據超過二級保護區標準值，但經凈化后全部達到二級保護區排放標準；TP指標除了12月份凈化面積占比為15.9%的凈化區超過二級排放標準外，其余數值均低于一級保護區排放標準；CODMn除了9月份凈化面積占比為13.1%的養殖池以外，均小于二級排放標準。

圖3 凈化面積占比不同的“南美白對蝦+羅氏沼蝦”養殖區水質指標變化

以7—8月為夏季、9—11月為秋季、12月為冬季作為時間劃分標準，“南美白對蝦+羅氏沼蝦”養殖模式下，在“三池兩壩”凈化工藝處理后的尾水中，TSS、NH4+-N、TN、TP、CODMn等污染物指標的去除率見圖4（a）（b）（c）（d）（e）。結果顯示，養殖后期水源水、養殖水、凈化水中TSS均有所增加，而且凈化區域TSS含量有時甚至還高于養殖區與水源水。在凈化區面積占比為11.7%～15.9%時，TSS去除率很低，秋季對蝦收獲季節去除率甚至為負數，說明對于“南美白對蝦+羅氏沼蝦”的高密度養殖模式，11.7%～15.9%的凈化面積不足以消納TSS。

圖4 凈化面積占比不同的“南美白對蝦+羅氏沼蝦”養殖區純化后尾水中主要污染物的去除率

凈化面積占比為15.9%的甪直鎮江灣村池塘，從5月蝦苗放養到8月養殖高峰期，有機物負荷量較高，NH4+-N在8月達到峰值。凈化面積占比13.1%的澄墩村和占比11.7%的淞南村標準池塘中，由于第一批苗未養成，在7月進行第二次投放，直到10月載蝦量達到最大值，有機污染負荷與NH4+-N含量也達最高值，分別為2.46和3.33 mg/L。經過凈化，這3個養殖區的養殖尾水中NH4+-N含量均低于一級保護區氨氮排放標準ρ（NH4+-N）≤1.5 mg/L；凈化面積占比15.9%時，凈化后的尾水中NH4+-N低于水源水；隨著時間的推移，NH4+-N去除率基本保持上升趨勢，說明對NH4+-N的凈化效果明顯。

養殖后期池塘TN含量高于水源水，在成蝦收獲前達最高值，超過二級保護區的TN限值（≤3 mg/L）；尾水經過凈化后，TN指標迅速下降，除了江灣村的1個數據在一級與二級排放值之間外，其余數據均低于一級排放標準，甚至低于水源水。此外，從夏季到冬季，TN的去除率總體上持續升高，說明“三池兩壩”凈化工藝可顯著去除TN。

養殖池中ρ（TP）均不高于0.3 mg/L的一級保護區排放標準，但均高于水源水（低于0.1 mg/L）。尾水凈化區2次出現0.4 mg/L，超過二級保護區的排放標準，凈化效果不穩定，這與當時因蝦發病而緊急排水及冬天干塘時池水一次性排放有關，還與凈化區水生植物的管理不到位有一定關系。蝦生長正常且未發病的甪直鎮澄墩村養殖區，其尾水處理的TP凈化效果比較明顯，凈化后TP含量恢復到水源水水平，但冬天的凈化效果大幅下降，去除率出現負數。

水源水的CODMn均低于一級保護區排放標準（8 mg/L），凈化面積占比11.7%的淞南村養蝦池CODMn含量除有1個數值較高外，其他均低于一級排放標準，而凈化后的尾水中有2次數值超過8 mg/L，與養殖池水基本一致或高于養殖池，凈化效果不好，秋季后CODMn去除率有所上升。凈化面積占比13.1%的澄墩村在8月養殖高峰期間以及11—12月清塘時，無凈化效果，而在9月養殖高峰期的凈化效果較明顯，后期的CODMn去除率快速下降。凈化面積占比15.9%的江灣村在養殖高峰期，尾水凈化后的CODMn指標反而高于養殖水，去除率為負數，說明尾水處理區凈化效果很差。

綜上所述，吳中區“南美白對蝦+羅氏沼蝦”養殖區，經過凈化后的養殖尾水均能達到《太湖流域池塘養殖水排放要求》規定的二級保護區排放標準。尾水凈化面積占比為11.7%～15.9%，去除率從高到低依次為NH4+-N>TN>TP，對CODMn以及TSS的去除率較差。這與南美白對蝦發病與否、凈化區面積占比大小以及尾水處理區管理的規范程度有直接關聯。凈化效果不穩定，表明現有的“三池兩壩”凈化工藝中凈化面積占比11.7%～15.9%，不能完全消納“南美白對蝦+羅氏沼蝦”高密度養殖產生的有機物，其凈化工藝有待完善。

3 結論

3.1 “河蟹+青蝦”低密度養殖區凈化效果

對于“河蟹+青蝦”低密度養殖區，尾水凈化面積占比為11.4%～34.3%的“三池兩壩”凈化工藝均可產生良好的凈化效果，養殖尾水經凈化可達到一級保護區排放標準，且凈化效果與凈化面積占比呈正相關。

3.2 “南美白對蝦+羅氏沼蝦”高密度養殖區凈化效果

對于“南美白對蝦+羅氏沼蝦”高密度養殖區，采取“三池兩壩”凈化工藝，尾水凈化面積占比為11.7%～15.9%，去除率從高到低依次為NH4+-N>TN>TP，對CODMn以及TSS的去除率較差。雖然經凈化后的養殖尾水均能達到二級保護區排放標準，但“三池兩壩”凈化工藝仍有待進一步優化。