水產養殖尾水處理模式及發展建議

陳天兄，張日喜*，劉建龍，柏宗春，孫建國，倪德綱

（1.寶應縣農業農村局，江蘇 揚州 225800；2.江蘇省農業科學院農業設施與裝備研究所，江蘇 南京 210014；3.農業農村部長江中下游設施農業工程重點實驗室，江蘇 南京 210014；4.泗陽縣雙高水產科技有限公司，江蘇 宿遷 223734；5.江蘇大學農業工程學院，江蘇 鎮江 212013）

水產養殖是我國農業結構中發展最快的產業之一，2021 年水產養殖產量接近5 400 萬t[1]。目前，池塘養殖多采用集約化、規模化的養殖方式，隨著放養密度過大，投餌量過多，水體中糞便殘餌量日益積累，飼料和漁藥添加劑富集，導致水質惡化[2]。養殖尾水直接排放，污染了周邊環境，對人體健康造成危害，嚴重違背了水產綠色健康養殖的理念[3-4]。《第二次全國污染源普查公報》顯示，全國涉及水產養殖業的區縣有2 843 個，水產養殖業排放的化學需氧量、氨氮、總氮和總磷的排放量分別為66.6 萬、2.23 萬、9.91 萬和1.61 萬t，與整個工業源排放量相近，分別為工業源排放量的0.73、0.5、0.64 和2.03 倍；水產養殖業總磷的排放量已經達到了工業污染源的2 倍。2020 年，農業農村部在全國實施水產健康養殖“五大行動”，其中包括生態健康養殖模式推廣行動、養殖尾水治理模式推廣行動、水產養殖用藥減量行動、配合飼料替代幼雜魚行動、水產種業質量提升行動等，在全國范圍內推廣生態健康養殖模式，穩步推進水產養殖尾水治理措施的實施[5]。現介紹幾種典型的養殖尾水治理模式，指出存在問題，提出發展建議。

1 水產養殖尾水

養殖尾水由不可溶的各種污染物顆粒和可溶氮、磷物組成。其中氮、磷及其各種化合物是污染水體的主要成分[6]。

1.1 不可溶顆粒

尾水中污染物顆粒一般指溶解的餌料、排泄物和污泥，粒徑≤1 mm。這些不可溶污染物對魚類有較大危害，感染其呼吸系統，增加應激反應風險，影響其生長發育。同時這些污染物會造成水體富營養化，為細菌和病毒在水體中的繁殖提供溫床；如果長期不清理，會導致水體缺氧，厭氧菌會代謝出對魚類有害的硫化氫，引起魚鰓發炎，最終導致魚類死亡[7]。

1.2 含氮化合物

主要成分為氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮等，達到一定的濃度，則會造成水體內的動植物大量中毒死亡。由于氨極易在脂肪中溶解，進入魚體后，損傷其表皮細胞，增加魚類血液中的氨濃度，同時破壞了氧攜帶能力，導致魚類出現厭食、窒息等現象。

1.3 含磷化合物

飼料以及魚類糞便均會產生含磷化合物。水中的磷分為可溶和不可溶2 種[8]。魚的排泄物中一般存在不可溶性顆粒狀的磷，而水體沒有自主分解能力，磷則會在水體中聚集，污染水體，最終造成水體富營養化。

2 尾水處理技術

2.1 物理

物理處理技術是通過過濾、膜分離等方式，去除養殖尾水中的懸浮物，從而降低化學需氧量。該技術簡單易行，但其處理不可溶污染物的成效不佳。

過濾法是借助篩網等進行機械過濾，去除大顆粒懸浮態物質。該法是固液分離的主要手段，要進一步去除小顆粒懸浮物，還需要借助弧形篩或微濾機，對養殖尾水進一步處理。Ridha 等[9]借助塑料生物過濾介質，對羅非魚養殖尾水進行過濾，效果較好。但該法成本高。

膜分離法是通過天然或人工合成的半透膜，以外界能量或化學位差為推動力，在分子水平上，將不同粒徑分子的混合物進行選擇性分離的技術。Holan 等[10]應用氧化鋁陶瓷微濾膜，對煉油廠廢水進行處理，處理后的廢水滲透液中總懸浮固體、濁度分別降低了100%、98%。膜分離技術具有高效、節能、環保、避免化學反應、杜絕新的污染、簡單易控制等優點，但該方法中濾膜使用時間短、成本略高。

2.2 化學

化學處理技術，是通過向養殖水體中加入化學物質，發生絮凝、氧化還原、絡合作用等化學反應，將水體中的污染物變成無害的化合物。

其中絮凝是最常見的化學處理技術。該技術一般使用鋁、鐵等鹽類物質，增加沉淀物離子之間的引力，使污染物離子絮凝，沉淀到沉淀池內，降低水體中一部分污染物的濃度[11-12]。氧化還原技術是通過向養殖水體中加入某些物質，經過一系列氧化還原反應，從而降低、去除養殖水體中的污染物。臭氧是常用的氧化劑，一般用來氧化亞硝酸鹽氮和氨氣，將這些化合物通過氧化反應轉化為氧氣，增加養殖水體溶氧量，降低生化需氧量和化學需氧量（COD），同時臭氧可分解破壞細菌的細胞壁（膜），隨后進入其細胞內部，進而影響細菌內酶的活性，最終導致病原菌死亡。

化學處理技術雖然具有見效快、處理效果明顯等優點，但是其同樣有成本高的缺點，同時化學藥劑的使用，容易產生二次污染。

2.3 生物

一般是利用水中的微生物和動植物的吸收、轉化、代謝、生物降解等生物特性，達到去除養殖水體中有機污染物和無機營養鹽的目的，主要去除的是養殖水體中的溶解態污染物。

水生植物主要是通過其根、莖、葉的吸附等作用，去除養殖水體中的污染物，以減少或消除水產養殖對環境的污染，達到凈化水體的目的。張義等[13]為了修復富營養化水體，種植了苦草等沉水植物，結果表明，沉水植物對亞硝態氮、磷等有明顯的去除作用。Seawright[14]研究發現，在羅非魚-萵苣復合養殖生態系統運行28 d 后，水體中的硝態氮和磷的含量都有明顯的下降。彭劍峰[15]等研究發現，穩定塘-濕地組合生態處理系統中，浮萍塘對氨態氮去除速率高。目前，借助水生植物的吸附作用，將水生植物種植在載體上的生物浮床被廣泛應用，可以達到改善水質的效果。

水生動物主要是借助以顆粒懸浮物和浮游生物為營養來源的甲殼類和濾食性魚類，達到凈化養殖水體的目的，因其濾食活動可有效減少養殖尾水中的懸浮顆粒物和藻類的數量。常見的濾食性動物有牡蠣、扇貝、鰱、鳙等。Aldridge 等[16]研究表明，對蝦養殖水體中的懸浮顆粒物的去除效果，低密度貽貝去除顆粒物效果好于高密度貽貝，并且高密度貽貝會影響對蝦的存活率。田相利[17]等研究結果顯示，在對蝦、羅非魚和縊蟶封閉式綜合養殖中，混養組的養殖水體COD、細菌數量、有機質含量等均高于單養組，并且底泥中氮、磷含量也有所降低。因此，按合適的比例在水產養殖環境中投放一些濾食動物，來增加水產生長環境的氧攜帶能力。

生物處理技術具有處理效果好、生態環保、經濟適用、不會對環境產生二次污染等優點，而且經濟類水生作物和濾食性魚類也可產生一定的經濟效應，具有雙贏的效果。但是該技術對養殖管理要求較高，而且需要根據不同的養殖對象，選擇搭配不同的水生生物和濾食性魚類，才能起到較好的處理效果。該模式不能滿足集約化養殖的需求。

2.4 生物膜

生物膜技術（Biofilm method）主要是利用微生物易附著于濾料表面進行繁殖，借助其生命活動及各種代謝作用，來消耗、去除養殖尾水中的有機物質、氨態氮、亞硝態氮、COD 等，達到凈化水體的目的。

張寒冰等[18]應用生物膜技術，模擬處理養殖尾水，結果顯示，在曝氣條件下，對COD、氨態氮、亞硝態氮的去除效率可分別達到79%、99%、99%，而在不曝氣條件下，相應去除率分別為78%、35%、76%。李亞峰等[19]通過對生物濾池自然掛膜過程研究發現，生物膜在第20 d 即可成熟，此時對氨氮和COD 去除率可分別達到90%和80%。生物膜處理技術具有環保、生態、可持續的優點，但其處理效果受溫度、pH 值、水體流速等的影響較大，且處理效率不高，很難滿足集約化及連片池塘的養殖尾水處理需求。

3 尾水治理模式

3.1 三池兩壩

該模式適用于養殖面積在33 350 m2以上集中連片淡水池塘。在對養殖水域進行科學規劃、池塘升級改造基礎上（進排水分開），利用溢流壩和潛流壩將尾水處理系統分成3 個單元，攔截尾水中不可溶污染物，在高位增加流速，增加水內溶氧量。低位低氧處也可以培養厭氧微生物，使用生物處理技術去除水體污染物，使養殖尾水符合相關排放規定。胡庚東等[20]建立的三池兩壩系統，對團頭魴養殖尾水中總氮的去除率約為87%，對總磷的去除率甚至高達99%以上。

三池兩壩處理步驟：生態溝渠→沉淀池→過濾壩→曝氣池→過濾壩→生態凈化池。

3.2 人工濕地

該模式適用于面積＞33 350 m2、集中連片淡水池塘。在養殖水體中，運用生物處理的技術，將養殖的水產品、微生物、動植物合理配比，形成一個大的循環生態系統，通過生物鏈作用處理污染物[21-23]。人工濕地應用于養殖尾水處理，使尾水排放達到相關規定和標準的要求。

人工濕地處理步驟：生態溝渠→沉淀池→人工濕地（復合式人工濕地）→養殖池塘（外部水域）。處理后，水質達標排放或循環利用。

該模式人工濕地，一般要求其總面積須達到所要治理的養殖總面積的10%以上。

3.3 三級過濾池

利用水生生物、微生物、各種藻類、菌類，稀釋、降解、凈化尾水中的污染成分[24]，利用設施和污染物處理設備來收集和排放不可溶的顆粒污染物，最后排出養殖水體。養殖尾水經固液分離、過濾、魚菜共生凈化等處理后，循環利用或達標排放，而固體有機顆粒物作可為農作物有機肥。

該模式充分利用池塘自然條件和輔助設施開展池塘養殖水生態治理，主要是在排水溝渠、空地等地方開挖并且修建水泥池，通過修建水泥池并添加濾料來完成。主要流程為：尾水收集池→池塘底部鋪設PVC 排水管道→溢流系統→弧形篩→碎石過濾池→細沙過濾池→陶粒過濾池（復合微生物）→生物降解。

根據不同養殖品種，設施面積占比建議如下：（1）四大家魚、羅非魚，設施總面積應達到養殖總面積的3%。（2）蝦類，設施總面積應達到養殖總面積的2%；蟹類，設施總面積應達到養殖總面積的1.5%。（3）雜交鱧、加州鱸、太陽魚、黃顙魚、斑點叉尾魚類，設施總面積不小于養殖總面積的5%。

3.4 稻漁共作

該處理模式適用于淡水養殖設施。采用漁農綜合循環利用模式，使養殖尾水處理與稻漁共作相結合。養殖尾水直接進入稻田。稻田中養殖魚、蝦、蟹等經濟動物，一般為雜食性，吃掉稻田中雜草和害蟲，為了筑巢，會在田間挖洞，這間接松了土，同時水體中的污染物，含有促進水稻生長的營養元素，水稻吸收水體中的這些元素后能更加茁壯成長，水體也被凈化，達到雙贏的良性循環。

工藝流程及處理要求：養殖池塘→稻田→養殖池塘。要求養殖用水循環使用。

面積配比：池塘養殖條件下，每2 000~5 000 kg產量配套6 670~10 005 m2稻田。

4 存在問題

4.1 處理成本高

尾水處理設施建設成本較高，化學物質、生物質的消耗量巨大，增加了企業的運營成本，企業迫于成本壓力，只能采用簡單的尾水處理系統，甚至采購二手、落后設備，不愿意投入更多的處理設備。

4.2 設備安裝不科學

政府和產業協會尚未出臺相應的技術標準和條例，導致尾水處理系統的處理效率參差不齊，許多設施裝備沖突使用和缺失，造成了資源浪費。

4.3 設備利用率不高

尾水處理系統日常維護、運營、保養成本高。因此，將購置尾水處理系統當作一個“面子工程”來應付檢查；尾水處理系統大規模設置不現實，小規模排污效果又不好，企業還是選擇直接將污染物排放。

5 發展建議

5.1 制定技術標準，規范行業發展

由于我國不同區域水產養殖的品種、規模、養殖方式以及產排污特征，均存在顯著差異，各地對于水環境質量的改善要求也各不相同，一個全國統一的國家排放標準難以支撐各地水產養殖業的精準、科學治污。

5.2 推廣尾水處理示范區，加速尾水處理技術普及

以水產養殖主產區相關省份作為試點，推進和支持其地方編制適用本區域的水產養殖業尾水排放標準和污染控制技術規范，開展水產養殖尾水治理和循環利用模式、技術研發與示范，進一步提升對水產養殖的監管能力。加快產學研融合，降低尾水處理設施的維護和生產成本。

5.3 完善相關法律法規，堅守行業底線

對水產養殖污染防治做出規定，發現懸浮物、pH值、總氮、總磷、高錳酸鹽指數（或化學需氧量）等5 項指標中任一項指標超標，限期改正，逾期未改正的，生態環境主管部門可以處以一定量的罰款。