水产养殖尾水处理——多级人工湿地净水技术

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一、工作背景

随着国家对水域生态环境保护工作的日益重视，水产养殖尾水排放问题已受到各方的高度关注。相关政策法规均对水产养殖尾水排放提出严格要求。近年来，在中央环保督查高压态势下，各地纷纷加大水产养殖清理整治力度，对水产养殖业造成的较大影响。在当前形势下，为推进水产养殖可持续发展，亟待找到一种水产养殖尾水处理方法，既能切实减轻对生态环境造成的不利影响，又方便易行和具有可操作性。

（一）问题的产生

随着经济、社会的快速发展，大量工业废水和生活污水以及农田径流中的植物营养物质排入湖泊、水库、河口、海湾等天然缓流水体，水体氮磷等有机质含量提高形成富营养化。我国的一些淡水湖泊、城市内湖面临水体富营养化的巨大压力，某些地方水体污染十分严重，如巢湖、滇池、太湖等。

随着我国畜禽、水产等行业快速发展，养殖空间的不断拓展，养殖规模和产量的不断提高，产业发展对环境带来的负面影响也逐渐被人们所关注。特别是以片面追求产量提高为目的粗放式养殖发展方式，带来了养殖密度过高、污染排放加重、水域生态环境恶化等突出问题。

（二）问题的解决

随着国家对水域生态环境保护工作的日益重视，城市水体及天然湖泊富营养化、畜禽水产养殖尾水排放问题已受到各方的高度关注。相关政策法规均对废水排放和地表水水质提出严格要求。近年来，随着水十条的出台, 各地纷纷加大畜禽水产养殖清理整治力度，对相关产业发展造成的较大影响。

在当前形势下，为推进养殖业可持续发展，亟待找到一种养殖尾水治理方法，既能切实减轻对生态环境造成的不利影响，又方便易行和具有可操作性。

二、技术原理

人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。人工湿地处理系统具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等特点，较为适合处理水量不大、管理水平不很高水产养殖尾水处理。

1.投放饲料约有10～20%未能被摄食，而以溶解和颗粒物的形式排入水体环境中。

2.摄入的饲料中仅有20%～25%的N和25%～40%的P用于养殖对象生长，75%～80%的N和60%～75%的P排入周边水体。

大宗淡水鱼类池塘养殖水体中的总氮、氨氮、硝氮、COD和总悬浮物的平均浓度可分别达到2.5mg/L、0.5mg/L、7.4mg/L、0.01mg/L、25和165mg/L以上。

池塘底质土壤中总氮、总磷和有机质含量也分别超过自然土壤7、1.5和4倍以上，养殖排放水和底质沉积污染是水产养殖污染的主要形式。

（二）富营养化水体的特征

三高 ：悬浮物含量高 ? 氮磷含量高 ? COD含量高。

一低 ：水色浓透明度低。

养殖尾水属于一种富营养化水体。富营养化是一种氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。部分城市水系和天然湖泊也属于富营养化水体。

但富营养化水体与其他有毒有害水体以及高浓度有机废水还是有较大的区别，可以作为植物和微生物生长的营养物质，通过人工湿地净化处理可以将其转化为可以利用的资源。

（三）人工湿地

人工湿地（constructed wetland)，始于上世纪70年代，主要应用于工农业污水处理，近年来逐步应用于池塘养殖尾水治理。

（一）主要形式：

1. 水平流型人工湿地（Horizontal flow system, HFS) ；

2. 潜流型人工湿地（subsurface flow constructed wetland, HSW) 。

（二）人工湿地去除污染物的机理：具有物理的、化学的、生物的综合功能。

1. 植物过滤（藻类过滤、水培植物）；

2. 微生物过滤（硝化作用滤器、脱氮滤器）。

（三）问题与前景：经济问题、社会问题、管理问题、技术问题。

技术问题：去除效率、负荷问题、堵塞问题等等。

（四） 人工湿地污水处理技术的国内外应用：

国内：

我国人工湿地污水处理技术主要应用于生活污水、工业污水、矿山污水、垃圾渗滤液和暴雨径流（冯冲凌，2012）。

(滇池流域暴雨径流污染控制复合湿地)

国际：

美国：600多处人工湿地工程用于处理市政、工业和农业废水，其中400多处人工湿地被用于处理煤矿废水，50多处人工湿地用于处理生物污泥，近40处人工湿地应用处理暴雨径流，超过30处人工湿地系统用于处理奶产品加工废水。多为自由表面流湿地（EPA, 2018 ）。

欧洲：在丹麦、德国、英国等各国至少有200处人工湿地系统在运行，其中大部分为地下潜流湿地。

（四）净化原理

人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水 、污泥进行处理的一种技术。

其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原 、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。

人工湿地处理系统具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等特点，较为适合处理水量不大、管理水平不很高水产养殖尾水处理。

三、技术方法

针对水产养殖尾水“三高一低”污染特点，采用科学组合沉淀池、过滤坝、曝气池、生物净化池等整套治理设施的多级人工湿地净化尾水治理模式，有效净化水产养殖排放尾水。人工湿地系统水质净化的关键在于工艺的选择和对植物的选择及应用配置。目前较为成熟模式中，养殖尾水处理面积可根据不同养殖品种和养殖方式确定，一般为不小于养殖总面积的6-10%，处理工艺流程主要包括“四池二坝”或“四池三坝”，沉淀池、曝气池、生物净化池、洁水池的比例约为45:5:10:40。

（一）技术路线

多级人工湿地处理原理

1.物理作用：过滤、沉淀；

2.化学作用：吸附、挥发；

3.生物作用：植物吸收、微生物分解、水生动物净化。

（二）选址布局

1.规模治理场养殖区域面积：原则上不低于200亩，集中治理点养殖区域面积原则上不低于300亩，养殖区域应集中连片。

2.养殖尾水处理面积：可根据不同养殖品种确定。大宗淡水鱼、淡水虾类养殖池塘不小于养殖总面积的6%；乌鳢、加州鲈、黄颡鱼、翘嘴红鲌以及龟鳖类养殖池塘不小于养殖总面积的10% ；其他品种约占养殖总面积的8%。

3.治理工艺流程：尾水设施总面积占养殖总面积较大的，应建立 “四池三坝”，处理工艺流程主要包括生态沟渠—沉淀池—过 滤坝—曝气池—过滤坝—生物净化池—过滤坝—洁水池；养殖污染较少的品种，可采用“四池两坝”的治理模式。高污染品种酌情增加过滤坝或人工湿地。

4.处理设施面积比例：为满足蓄水功能，沉淀池与洁水池面积应尽可能大，沉淀池、曝气池、生物净化池、洁水池的比例约为 45:5:10:40。

5. 因地制宜：充分利用鱼塘附近河道等设施。

（三）工艺流程

（四）两种湿地设计模式—设计参数要求与设计原则

两种湿地设计参数要求：

两种湿地设计模式—设计原则：

（五）设计依据及要素

1.组成要素：

各种透水性的基质，如砾石、 陶砾等；

适合生长的湿地植物，如美人蕉、菖蒲等；在基质表面上或表面下流动的水体；

好氧或者厌氧微生物群；水生动物，如河蚌、螺蛳等。

2.设计依据：综合分析原水水质、处理水量、排放标准、占地面积、建设投资以及当地的气候条件、地理条件。

人工湿地系统水质净化的关键在于工艺的选择和对植物的选择及应用配置。

（六）生态沟渠构建技术

利用养殖区域内原有的排水渠道或周边河沟进行改造而成，并进行加宽和挖深，宽度不小于3m，深度不小于1.5m，沟渠坡岸原则上不硬化，种植绿化植物，在沟渠内设置浮床，种植水生植物，利用生态沟渠对尾水进行初步处理，最终汇集至沉淀池。

已硬化的沟渠只需设置浮床，种植水生植物；无可利用沟渠时，用排水管道将养殖尾水汇集至沉淀池。

（七）沉淀池构建技术

沉淀池面积不小于尾水处理设施总面积的45%，尽量挖深，在沉淀池内设置“之”字型挡水设施，增加水流流程，延长养殖尾水在沉淀池中停留时间，使水体中悬浮物沉淀至池底，可在沉淀池中添加絮凝剂，以加快悬浮物的沉淀速度。并在池中种植水生植物，以吸收利用水体中营养盐。

沉淀池四周坡岸不硬化，坡上以草皮绿化或种植低矮树木。

（八）过滤坝构建技术

用空心砖或钢架结构搭建过滤坝外部墙体，在坝体中填充大小不一的滤料，滤料可选择陶粒、火山石、细沙、碎石、棕片和活性炭等，以进一步滤去水体中的悬浮物。

坝宽不小于2米，坝长不小于6米，并以200亩养殖面积为起点，原则上每增加100亩养殖面积，坝长加1米；坝高应基本与塘埂持平，坝面中间应铺设板块或碎石，两端种植低矮景观植物。

坝前应设置一道细 材质的挡 ，高度与过滤坝持平，用以拦截落叶等漂浮物。过滤坝建设还应注重汛期泄洪设施配套。

（九）曝气池构建技术

曝气池面积为尾水处理设施总面积的5%左右，曝气头设置密度不小于每3平方米1个，曝气头安装时应距离池底30cm以上，罗茨风机功率配备不小于每100个曝气头3kw，罗茨风机须用不锈钢罩保护或安装在生产管理用房内。

曝气池底部与四周坡岸应硬化或水泥板护坡或土工膜铺设，以防止水体中悬浮物浓度过高堵塞曝气头。