唐山市海水養(yǎng)殖尾水監(jiān)測及分析

宋蓀陽,黃金臣,岳 強(qiáng),張宏祥,張 強(qiáng)

(唐山市水產(chǎn)技術(shù)推廣站,河北 唐山 063000)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,養(yǎng)殖天然水體因遭受工業(yè)廢水、生活污水和農(nóng)業(yè)面源污染的影響,環(huán)境質(zhì)量有所下降,這給水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境帶來了很大的沖擊[1]。唐山市是北方沿海城市,也是重工業(yè)城市,大部分企業(yè)屬于高耗能重污染的發(fā)展模式。企業(yè)生產(chǎn)的污水直接排入海洋和河流,對海洋和河流造成嚴(yán)重的影響。唐山市的主要水源河流之一的灤河,下游水污染物主要來自工業(yè)三廢、生活污水、垃圾、化肥和農(nóng)藥[2-3]。2019年1月,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、生態(tài)環(huán)境部、自然資源部、國家發(fā)展和改革委員會等十部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)綠色發(fā)展的若干意見》,明確提出要推進(jìn)養(yǎng)殖尾水治理,推動養(yǎng)殖尾水資源化利用或達(dá)標(biāo)排放。

海水養(yǎng)殖尾水中的主要污染物有氨氮、亞硝酸鹽、有機(jī)物、磷及污損生物[4]。養(yǎng)殖尾水中的營養(yǎng)性成分、溶解有機(jī)物、懸浮固體和病原體是處理的重點(diǎn)[5]。戴修贏[6]通過對蘇州地區(qū)七種養(yǎng)殖池塘水質(zhì)及其氮、磷收支研究發(fā)現(xiàn),河蟹、青蝦池塘養(yǎng)殖氮釋放量較低,魚類及中華鱉養(yǎng)殖氮釋放量均較高;河蟹養(yǎng)殖池塘磷釋放量為最低,混養(yǎng)魚磷釋放量最高。河北省2018年18家冷水魚養(yǎng)殖場,養(yǎng)殖尾水檢測合格率94.4%。2019年24家冷水魚養(yǎng)殖場,養(yǎng)殖尾水全部符合《SC/T 9101-2007淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》[7]。

海水養(yǎng)殖尾水處理技術(shù)主要包括:池塘凈化、設(shè)施凈化和濕地凈化等[8]。南美白對蝦海水養(yǎng)殖尾水中大量的剩餌和糞便被排入水體,導(dǎo)致水質(zhì)惡化、病害頻發(fā)。浙江省在溫州、臺州、寧波、舟山等示范點(diǎn)地,開展了南美白對蝦海水養(yǎng)殖尾水處理技術(shù)示范工作,效果顯著[9]。

為摸清唐山市海水養(yǎng)殖尾水污染物排放現(xiàn)狀,推動海水養(yǎng)殖尾水治理,2020年根據(jù)唐山市不同的海水養(yǎng)殖種類和養(yǎng)殖模式,在曹妃甸區(qū)、灤南縣、樂亭縣等唐山市海水養(yǎng)殖集中縣區(qū),對養(yǎng)殖進(jìn)水、尾水進(jìn)行了環(huán)境監(jiān)測,為唐山市海水養(yǎng)殖尾水治理提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查區(qū)域和采樣點(diǎn)設(shè)置

在唐山市海水養(yǎng)殖集中區(qū)域曹妃甸區(qū)、灤南縣、樂亭縣,對海水主要養(yǎng)殖模式工廠化育苗室、工廠化養(yǎng)殖車間、養(yǎng)殖池塘養(yǎng)殖進(jìn)水、尾水進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測。涉及唐山市主要海水養(yǎng)殖品種:中國對蝦育苗、河鲀育苗、南美白對蝦工廠化養(yǎng)殖、鲆鰈類工廠化養(yǎng)殖、海水池塘海參養(yǎng)殖、海水池塘中國對蝦與河鲀混養(yǎng)、海水池塘南美白對蝦養(yǎng)殖。

1.2 采樣時間與檢測方法

每種養(yǎng)殖模式選擇1～4個進(jìn)水、尾水監(jiān)測點(diǎn),春季、夏季、秋季每月定期監(jiān)測1次(由于冬季池塘結(jié)冰,未在冬季進(jìn)行監(jiān)測)。監(jiān)測指標(biāo)5項(xiàng):COD、總氮、總磷、無機(jī)氮(包括氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮)、活性磷酸鹽。檢測方法及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 檢測方法和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2020年,累計(jì)完成采樣11 次(2月份因河北省新冠疫情原因未采樣),共采集樣品200 個,完成1 400 項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)。海水養(yǎng)殖尾水環(huán)境監(jiān)測結(jié)果詳見表2。

表2 進(jìn)水、尾水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

2.1 COD

進(jìn)水年平均值為3.125 mg/L,不符合《GB 3097 海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》二類標(biāo)準(zhǔn)(≤3 mg/L),超標(biāo)率45.6%。其中,海水池塘中國對蝦與河鲀混養(yǎng)COD超標(biāo)率最高,為60%,海水池塘海參養(yǎng)殖超標(biāo)率最低,為33.3%,其余5 種養(yǎng)殖模式超標(biāo)率在50%左右。尾水所有監(jiān)測點(diǎn)COD全部符合《SC/T 9103-2007海水養(yǎng)殖水排放要求》一級標(biāo)準(zhǔn)(≤10 mg/L),合格率100%。尾水COD監(jiān)測結(jié)果與2019年馬國臣等[10]研究結(jié)果一致。

2.2 總氮、總磷

進(jìn)水總氮年平均值為1.112 mg/L,不符合《GB 3838 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》三類水標(biāo)準(zhǔn)(≤1 mg/L),超標(biāo)率40%。尾水總氮年平均值為2.002 mg/L,不符合《GB 3838 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》三類水標(biāo)準(zhǔn)(≤1 mg/L),超標(biāo)率51%,其中,南美白對蝦工廠化養(yǎng)殖、海水池塘中國對蝦與河鲀混養(yǎng)2 種模式進(jìn)水、尾水均不超標(biāo),其余5 種養(yǎng)殖模式進(jìn)水、尾水總氮均超標(biāo)。尾水與進(jìn)水相比增加量為0.89 mg/L,低于標(biāo)準(zhǔn)限量值。

總磷進(jìn)水年平均值為0.220 mg/L,尾水年平均值為0.252 mg/L,都不符合GB 3838地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)三類水標(biāo)準(zhǔn)(≤0.2 mg/L),增加量僅為0.032 mg/L,尾水中總磷增加不顯著。進(jìn)水超標(biāo)率28%,尾水超標(biāo)率39%。其中,海水池塘海參養(yǎng)殖超標(biāo)率最低,進(jìn)水為11.1%,尾水全部合格。中國對蝦育苗、海水池塘海參養(yǎng)殖、海水池塘中國對蝦與河鲀混養(yǎng)3 種養(yǎng)殖模式尾水中總磷增加量為負(fù)值。

水中總氮、總磷的含量因季節(jié)呈現(xiàn)不同的變化。表3、圖1、圖2分別為春季、夏季、秋季進(jìn)水、尾水中總氮和總磷的變化情況。

圖1 不同季節(jié)進(jìn)水、尾水總氮變化情況

圖2 不同季節(jié)進(jìn)水、尾水總磷變化情況

表3 不同季節(jié)進(jìn)水、尾水中總氮、總磷含量

2.3 無機(jī)氮

進(jìn)水無機(jī)氮年平均值0.597 mg/L,不符合《GB 3097 海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》二類水標(biāo)準(zhǔn)(≤0.3 mg/L),超標(biāo)率為81%。其中超標(biāo)率最高的是鲆鰈類工廠化養(yǎng)殖,超標(biāo)率高達(dá)92.9%。尾水無機(jī)氮平均值0.663 mg/L,不符合《SCT 9103海水養(yǎng)殖水排放要求》一級標(biāo)準(zhǔn)(≤10 mg/L),超標(biāo)率為50.9%。無機(jī)氮是進(jìn)水、尾水主要超標(biāo)指標(biāo)。其中,中國對蝦育苗、海水池塘海參養(yǎng)殖、中國對蝦與河鲀混養(yǎng)、海水池塘南美白對蝦養(yǎng)殖4 種模式尾水中的無機(jī)氮含量要小于進(jìn)水。

海水中無機(jī)氮受生物因素和水溫狀況的影響較大,因此隨著季節(jié)的變化含量也不同。表4為不同季節(jié)水中無機(jī)氮的含量。圖3、圖4為進(jìn)水和尾水中氨氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮隨季節(jié)的變化情況。

圖3 不同季節(jié)進(jìn)水中三種形態(tài)氮的變化

圖4 不同季節(jié)尾水中三種形態(tài)氮的變化

表4 不同季節(jié)進(jìn)水、尾水中無機(jī)氮含量 mg·L-1

2.4 活性磷酸鹽

進(jìn)水年平均值為0.107 mg/L,不符合《GB 3097 海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》二類水標(biāo)準(zhǔn)(≤0.03 mg/L),是限量值的3倍多,超標(biāo)率89.5%。尾水年平均值為0.183 mg/L,不符合《SC/T 9103海水養(yǎng)殖水排放要求》一級標(biāo)準(zhǔn)(0.05 mg/L),是限量值的3倍多,超標(biāo)率78.9%,為進(jìn)水、尾水中主要超標(biāo)指標(biāo)。

3 討論

3.1 COD

COD通常用來反映水體中有機(jī)污染物含量的高低,較低的COD含量能保證養(yǎng)殖水體的有機(jī)物濃度安全。監(jiān)測結(jié)果表明,進(jìn)水COD超標(biāo)率高于尾水。由于養(yǎng)殖進(jìn)水主要來自海洋和河流,說明進(jìn)水水源中有機(jī)物含量較高。水環(huán)境中的有機(jī)物主要來源于天然有機(jī)物及其分解產(chǎn)物、生物活動產(chǎn)物、人類生活廢物和各種工業(yè)廢物等方面。水中動植物殘?bào)w、生活污水及工業(yè)廢水中易分解的有機(jī)物,在微生物作用下被氧化分解,大量消耗水中的溶解氧,導(dǎo)致水質(zhì)惡化。目前,全球水體有機(jī)污染呈加重趨勢,人為活動是導(dǎo)致水體有機(jī)污染的主要原因。在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中,由于浮游植物的光合作用,吸收二氧化碳釋放氧氣,同時通過增氧機(jī)進(jìn)行人工增氧,增加了水中溶解氧含量,從而加速了水中有機(jī)物的分解。因此,尾水COD全部合格,養(yǎng)殖尾水體中有機(jī)物對環(huán)境未造成污染。

3.2 總氮、總磷

總氮是水中無機(jī)氮和有機(jī)氮的總和。天然水中氮的來源主要是:大氣降水下落過程從大氣中的淋溶、地下徑流從巖石土壤的溶解、水體中水生動物的代謝、水中生物的固氮作用,沉積物中氮的釋放,以及生活、工農(nóng)業(yè)污染等。無機(jī)氮是水中藻類能夠直接吸收利用的氮的形態(tài),在適宜的濃度范圍內(nèi),增加其含量可以提高浮游植物的生物量,提高天然餌料基礎(chǔ),促進(jìn)養(yǎng)殖生產(chǎn)。但是水中無機(jī)氮含量過高時,易導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化,對養(yǎng)殖生物產(chǎn)生有害的影響。有機(jī)氮主要是蛋白質(zhì)的腐解產(chǎn)物、細(xì)胞分泌物,如胞外蛋白、球蛋白以及氨基酸等。海水中還存在其他一些含氮化合物,如尿素、腺嘌呤和尿嘧啶。

磷是一切藻類生長所必需的營養(yǎng)元素,需要量比氮少。天然水中磷的化合物根據(jù)是否與酸性磷酸鹽反應(yīng)可以分為兩類:活性磷化合物和非活性磷化合物。磷酸鹽、部分溶解態(tài)的有機(jī)磷、吸附在懸浮物表面的磷酸鹽以及一部分在酸性中可以溶解的顆粒無機(jī)磷,稱為活性磷化合物。不與酸性磷酸鹽反應(yīng)的稱為非活性磷化合物。

結(jié)果表明,尾水中總氮的超標(biāo)主要是由于進(jìn)水超標(biāo)所導(dǎo)致。

總氮的變化趨勢為:春季>秋季>夏季。進(jìn)水、尾水變化趨勢相同。主要超標(biāo)月份為春季和秋季,夏季不超標(biāo),并且夏季增加量最小。春季增加量與限量值持平,夏秋兩季增加量要明顯低于限量值。總磷的變化趨勢為:春季>夏季>秋季。夏季增加量最小,與總氮監(jiān)測結(jié)果一致。

3.3 無機(jī)氮

無機(jī)氮主要包括:氨氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮。由于海水中無機(jī)氮受生物因素和水溫狀況的影響較大,因此隨著季節(jié)的變化含量也不同。從表3中可以看出,年進(jìn)水、尾水中無機(jī)氮變化情況:秋季>春季>夏季。由于夏季浮游植物的大量繁殖,海水中無機(jī)氮被吸收,因此夏季無機(jī)氮含量最低。夏季過后,氨氮首先上升,其次硝酸氮和硝酸鹽氮也分別上升。在無機(jī)氮的三種形態(tài)氮中,由于硝酸鹽氮是含氮化合物的穩(wěn)定形態(tài),是含氮物質(zhì)氧化的最終產(chǎn)物,因此在無機(jī)氮中占優(yōu)勢。亞硝酸鹽氮是氨氮氧化和硝酸鹽氮還原的一種過渡形態(tài),是一種不穩(wěn)定的形態(tài)。因此,在水體中含量要明顯低于其他兩種形態(tài)氮。監(jiān)測結(jié)果符合天然水中無機(jī)氮的分布變化[11]。進(jìn)水、尾水中氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的變化情況基本一致。

3.4 活性磷酸鹽

活性磷酸鹽主要來源于生物有機(jī)殘?bào)w的分解礦化、沉積物的釋放、水生生物的分泌與排泄、水生植物的吸收利用、降水、沖刷土壤地表徑流、生活污水等[12]。由于進(jìn)水、尾水中活性磷酸鹽超標(biāo)率較高,很有可能是由于底層水中有機(jī)物的礦化和沉積物中含有較高的磷酸鹽所導(dǎo)致。

4 結(jié)論

活性磷酸鹽和無機(jī)氮是唐山市海水養(yǎng)殖進(jìn)水、尾水主要超標(biāo)指標(biāo)。監(jiān)測結(jié)果與2016—2018年中國漁業(yè)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)中,“海水重點(diǎn)增養(yǎng)殖區(qū)主要超標(biāo)因子為無機(jī)氮和活性磷酸鹽”結(jié)果一致[13-15]。

養(yǎng)殖尾水狀況與進(jìn)水狀況密不可分,監(jiān)測結(jié)果表明,尾水中總氮、總磷、無機(jī)氮、活性磷酸鹽的超標(biāo)主要是由于進(jìn)水超標(biāo)所導(dǎo)致。2019年河北省海水池塘養(yǎng)殖尾水排放研究中也得到一致的結(jié)論:養(yǎng)殖池中無機(jī)氮和活性磷酸鹽數(shù)據(jù)與水中本底基數(shù)呈現(xiàn)相關(guān)性,本底數(shù)高養(yǎng)殖水體數(shù)據(jù)也高[16]。