河北省冷水鱼养殖尾水治理技术初探

    陈力　王圆圆　武艳丽　张耀红　王旭旭　侯海翔　蔡灵　闫保国　李秀峰

    

    

    

    1 背景

    1.1 主产区分布

    河北省冷水鱼养殖主要分布在西北部的太行山区和燕山山区。2018年养殖产量8 677 t，其中邯郸、保定是鲟鱼主产区，产量分别占全省总产量的44.56%和35.91%;张家口、保定是鲑鳟鱼主产区，产量分别占全省总产量的41.50%和33.67%（见表1、图1、图2）。

    1.2 主要养殖模式及存在的主要问题

    目前河北省冷水鱼养殖多采用工厂化、较高密度的开放式流水养殖模式，水泥池养殖单位产量为20～30 kg/m2，池塘养殖为10～20 kg/m2。养殖用水流量为0.2～1.0 m3/s，存在季节变化（每年冬春季为枯水期）。各养殖场商品鱼年产量在50～200 t之间，苗种年产量在10万～200万尾之间不等，饲料使用量在10～500 t之间。未经处理的养殖尾水会影响周边水生态环境，并对下游河流产生一定影响。京津冀一体化正在推进当中，河北是京津的水源地及备用水源地。正在制定的《白洋淀生态环境保护条例》规定：白洋淀及其上游区域必须实行清洁生产，使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备，从源头控制污染，减少或者避免污染物的产生和排放。河北省西北部山区是冷水鱼主产区，部分冷水鱼养殖场位于限养区，要求养殖尾水排放必须达到GB 3838-2002《地表水环境质量标准》二类水质标准。河北的冷水鱼养殖环境压力日益增加，如果不采取措施实现达标排放，产业将无法生存。因此在全省范围内广泛开展冷水鱼养殖尾水治理，构建绿色养殖模式，是冷水鱼产业向绿色养殖转变的唯一途径。

    2 养殖尾水水质调查结果

    水产养殖污染与工业污染和农业面源污染不同，主要是养殖尾水中的氮磷等物质造成水环境富营养化产生的点源污染。2018年5月，我们对全省18个冷水鱼养殖场进行了养殖尾水检测，结果表明，17家达到SC/T 9101—2007《淡水池塘养殖水排放要求》标准，合格率94.4%，未达标的1家;2019年初，部分市水产技术推广站对辖区内的主要养殖場进行了养殖尾水检测，24家全部达到SC/T 9101—2007《淡水池塘养殖水排放要求》标准。如果按照更严格GB 3838-2002《地表水环境质量标准》检测，我们发现部分养殖场总磷超过Ⅱ类水平，达到Ⅲ类或Ⅲ类以上水平。随着水产养殖绿色发展的推进，对养殖尾水排放的要求越来越严格，因此开展河北省冷水鱼养殖尾水治理技术研究势在必行。

    3 国内外养殖尾水处理状况

    3.1 国外养殖尾水处理状况

    国外养殖尾水治理技术研究比较早，特别是在工厂化循环水养殖工艺方面，养殖设施、技术及管理体系相对成熟。其中对养殖粪便、残饵去除多采用蛋白分离器和微滤机。蛋白分离器去除N、P的方法是利用水中的气泡表面吸附混杂在水中的各种颗粒状污垢以及可溶性的有机物，再将泡沫去除从而达到去除N、P的目的。蛋白分离器可以去除颗粒较小的物质，还可去除一部分可溶性有机物;微滤机主要用于滤除水中的残饵、粪便等较大颗粒固体物质，对去除溶解的N、P和有机物质等作用不明显。通过微滤机的过滤，将养殖水体中的残饵、粪便等大颗粒固体物质去除掉，可大大减轻整套水处理系统的负荷，尤其可大大提高生物滤池等环节的处理效果，与蛋白分离器相比，去除N、P效果更好、效率更高，但能耗较大。

    3.2 国内养殖尾水处理状况

    近些年国内海水工厂化循环水养殖发展较快，养殖尾水处理系统主要由微滤机（或弧形筛）、生物滤池、紫外消毒机、高压增氧系统等构成，养殖尾水经过滤、曝气、生物净化、增氧、调温、杀菌消毒等处理，实现循环利用，减少养殖尾水排放（尾水排放量一般为10%左右）。同时国内海水工厂化循环水养殖还构建了HACCP管理体系，使该养殖模式在养殖生产各个环节均可进行人工调控。海水鱼工厂化循环水养殖系统具有占地少、养殖动物生长快、病害少（用药少、无药残）、节水、高产、质优等特点，目前河北省海水工厂化循环水养殖面积达10万m2。国内现行工厂化养殖尾水治理技术与国外的区别，主要反映在生物净化系统构建、净化效率和稳定性等方面。国内池塘养殖尾水治理一般采用“原位修复+异位修复”的方法，利用工程化池塘改造等手段提升池塘基础设施条件，采用“微流水养殖”“跑道养鱼”“鱼菜共生”“多品种立体生态养殖”“生态沟渠”等方法降低水中的氮磷等富营养化物质。

    3.3 冷水鱼养殖尾水处理状况

    国外冷水鱼养殖多采用网箱养殖、全封闭或半封闭工厂化养殖模式，国内则以设施简陋的露天水泥池工厂化养殖为主。因此，国外的冷水鱼工厂化养殖尾水治理技术不完全适用于国内冷水鱼养殖现状。目前国内冷水鱼养殖尾水治理技术还处于摸索阶段，没有成熟的成套技术。有些企业把污水处理技术应用于冷水鱼养殖尾水治理，如采用平面筛、活性炭过滤尾水，采用压滤机收集粪便和残饵等。

    4 对我省冷水鱼养殖尾水处理方法的几点建议

    近两年我们根据河北省冷水鱼养殖主要模式及养殖场基础条件，集成、熟化尾水治理技术和工艺流程，逐步探索出适合河北省冷水鱼产业发展现状的养殖尾水治理方案。

    4.1 固液分离方法

    养殖尾水中的污染物主要是以固体的粪便、残饵和溶解在水中的N、P等物质的形式存在，做好养殖尾水固液分离，可以大大减轻水体N、P消减的压力，是养殖尾水治理的关键。

    冷水鱼养殖场通常采用沉淀的方法进行固液分离。即采用人为加长养殖尾水排放路径，把排水渠设计成迂回前进的形式，使养殖尾水经过多级沉淀以提高固液分离的效果，该方法建设费用和后期维护（用吸污泵将沉淀移送积污池）费用都较低。

    机械过滤是对养殖尾水进行固液分离的重要手段，通常可去除粒径60～200 μm的颗粒物，机械过滤装置有微滤机、过滤筛（弧形筛、平面筛）、砂滤器（池）等。养殖尾水处理地点有地势落差的养殖场可采用弧形筛（或平面筛）进行固液分离。进口弧形筛可根据污染物情况（数量多少、粒径大小）选用25～200 μm网条过滤间隙的产品;国产平面筛目前多用于煤炭筛选，网条间隙一般70 μm以上（工艺上可做到网条均匀分布），网条材料宽1.0～3.0 mm，使用国产316不锈钢（耐腐蚀性强）。进口弧形筛耐腐蚀能力更强，但价格高，海水工厂化循环水养殖多采用进口弧形筛。

    转鼓式微滤机在海水工厂化循环水养殖中能较好地完成固液分离，滚筒网目一般为26～100 μm（即500～150目），当滚筒网罩被粪便、残饵等污染物堵塞时，微滤机自动启动开始过滤，滚筒上加载的绞龙螺旋淤泥推出装置，可以把过滤出的污染物水分控制在40%左右，易于用桶接出。气刀式反冲洗装置可以保证滚筒网罩保持畅通。冷水鱼养殖应根据水流量、污染物数量、污染物粒径选用不同滤水量和滚筒网目的微滤机，并做好配套设施建设。

    总之，不同冷水鱼养殖场应根据建造费用、维护费用选用适合的养殖尾水固液分离方法。

    4.2 生物修复方法

    4.2.1 修复种 养殖尾水生物处理主要是依靠水培植物、微生物、浮游植物及贝类实现，由于冷水鱼养殖水温较低，水交换量大，需要筛选适宜的修复品种。通过2年的试验，鸢尾、千屈菜、蓼草、河菜、水芹菜及大茨藻、轮叶黑藻、金鱼藻、眼子菜等水草品种，较适合冷水鱼养殖尾水处理。其中鸢尾有普通黄花鸢尾和更耐寒的西伯利亚紫花、白花鸢尾，适合在塑料浮床或页岩浮床上栽种;河菜和水芹菜适合在网片浮床或简易泡沫板浮床上栽种;各种沉水植物适合在进排水渠道中生长;千屈菜、蓼草适合栽种在生态沟渠中和生物浮床上。微生物主要附着在水培植物的根上和生物滤池（坝）、人工湿地的各種填料里。养殖尾水治理时一般采取自动挂膜的方式，也可从养殖尾水或底泥中有针对性地分离、筛选、扩繁消减N效果较好的菌群，制作出冷水鱼养殖尾水治理专业微生态制剂，再投放到生物滤池和人工湿地，完成微生物挂膜。养殖尾水治理采用池塘修复模式时，可以投放低温硅藻浓缩藻液，以消减N、P等污染物;贝类最好移殖本地种。

    4.2.2 载体 主要包括生物浮床、生物滤坝、人工湿地等。生物浮床的材质很多，常用的有塑料浮床、泡沫板浮床、EPP材料浮床、页岩材料浮床、双层网片浮床等，可根据营造景观、种植水生野菜（河菜、水芹菜等）等不同用途和成本进行选用;生物滤坝材质可以选择生物球、生物刷、火山石、页岩及活性炭等;铺设人工湿地的材料可以是卵石、建筑石料、火山石、页岩等。

    4.3 工艺流程

    河北省冷水鱼养殖尾水治理主要以异位修复为主，分为3种主要修复模式。

    4.3.1 池塘修复模式 即“五塘五坝”修复模式：养殖尾水→沉淀池→生物滤坝→氧化塘（生物絮团+鲤、鲫）→生物滤坝→生物净化塘（微生物+浮游植物）→生物滤坝→植物净化塘→生物滤坝→人工湿地→生物滤坝→达标排放或循环利用。养殖尾水经过沉淀池沉淀和生物滤坝过滤到达氧化塘，在氧化塘中添加碳源等物质促进生物絮团的生成，并投放一定数量的大规格（体重250 g以上）鲤、鲫，使水中的有机物直接转化为优质鱼蛋白。养殖尾水再通过生物滤坝到达投放了微生态制剂和浮游植物的生物净化塘，之后通过第三道生物滤坝到达植物净化塘，栽种在生物浮床上的水培植物对养殖尾水中的N、P等物质进行吸收。养殖尾水通过第四道生物滤坝最后到达人工湿地，N、P等物质经过人工湿地中的微生物和栽培的水生植物的再次降解达到排放标准后，最后通过一道生物滤坝排出养殖场。其中在氧化塘中安装底部层流曝气系统，增加不同水层能量交换。修复池塘数量不足5个的养殖场可以在现有池塘中集成沉淀、生物净化、植物净化、过滤功能，使养殖尾水达标排放或循环利用。

    4.3.2 水泥池修复模式 即：养殖尾水→沉淀池→生物滤坝→植物净化池→达标排放或养殖尾水→沉淀池→生物滤坝→植物净化池→杀菌消毒→曝气→循环利用。水泥池修复时需划出一定数量的水泥池，使养殖尾水经过多级沉淀、多级生物净化，过滤降低浊度，杀菌及曝气，实现养殖尾水达标排放或循环利用。其中，植物净化池可以扣棚提高水温，延长水培植物生长期，水培植物也可以选用水葫芦、水浮莲、鼠尾草等作为修复种，直接投放在修复池中，也可直接圈养在养鱼池中。

    4.3.3 生态沟修复模式 即：养殖尾水→生态沟→达标排放或循环利用。生态沟建设主要是利用一定长度的沟渠系统，开展不同水生植物优化设计来进行的旁路修复。水泥的进排水沟中可以移栽水草等沉水植物及河菜等漂浮植物，泥底的生态沟可以栽种挺水植物和漂浮植物来进行养殖尾水治理。

    5 今后研究内容

    冷水鱼养殖尾水治理技术研究必须在不同修复模式示范工程完工的基础上进行。即根据养殖尾水评估结果，进行生物修复技术研究，建立相应的修复效果评价体系，完成不同修复模式运行成本分析，并实现水质在线监测。

    5.1 冷水鱼养殖尾水水质评价技术体系构建

    开展冷水鱼养殖尾水水质诊断技术研究。通过对冷水鱼养殖进、排水水质调查，研究冷水鱼养殖规模与水质变动的关系;使用理化因子评价养殖尾水水质状况;筛选出冷水鱼养殖尾水评价指标。

    5.2 冷水鱼养殖尾水生态修复系统构建

    开展冷水鱼养殖尾水生态修复技术研究与不同修复模式的工程示范，根据养殖面积、养殖容量开展多廊道式生态塘、生态沟渠和人工湿地的优化设计与配置关键技术研究，探讨该系统中各处理单元的水质净化效率;开展残饵粪便固液分离与资源化利用技术研究、水质原位修复技术研究和异位修复与循环利用技术研究。筛选适宜的微生物、浮游植物、水培植物等作为养殖尾水治理修复种，研究建立相应的扩繁、栽培、移殖技术。采用生物浮床、生物滤坝、人工湿地等手段，使养殖尾水达标排放。开发低能耗挂帘式生物滤池净水系统，开展高效且稳定的微生物挂膜柔性填料筛选，研究生物膜快速培养技术及配套的水处理工艺。研究适合冷水鱼养殖尾水杀菌消毒及曝气增氧的方法，使养殖尾水进一步达到养殖用水标准，实现循环利用。探讨修复生物对N、P等营养盐的吸收能力、养殖面积的配比等方面的技术，跟踪监测试验过程中的水环境指标。

    5.3 冷水鱼养殖尾水修复效果评价技术体系构建

    开展冷水鱼养殖尾水修复效果评价技术研究。从水质检测理化因子中筛选出水质健康评价指标，建立养殖尾水修复效果综合评价体系，为冷水鱼养殖尾水治理技术研究提供参考依据。

    5.4 养殖尾水不同修复模式运行成本分析

    开展“池塘修复”“水泥池修复（扣棚/露天）”“生态沟修复”多种模式的建设及运行成本分析。

    5.5 实现水质在线监测

    通过安装使用水质在线监测系统（水温、溶氧、pH、叶绿素、浊度）、太阳能供电系统、水下云台摄像系统、系统监视屏、电脑服务器、监测系统软件、手机便携式监测信息通讯系统等实现水质在线监测。

    节水减排是生态优先大背景下的必然选择，开展冷水鱼养殖尾水治理示范工程建设，构建养殖生态屏障，可以有效保护冷水鱼养殖水域生态环境，是实现产业可持续发展的保障。其成果可以在全国冷水鱼养殖场进行推广，取得的研究数据将为政府及相关部门实现渔业发展目标提供可靠的科学依据和坚强的技术支撑，对推动冷水鱼养殖产业发展，繁荣渔业经济，促进脱贫增收和社会稳定发挥重要作用。

    （收稿日期：2019-11-15）