南美白對蝦工廠化循環水養殖尾水治理方式及效益分析

王 華，蘇 鵬，徐永超

（1.蕪湖市漁業管理服務中心，安徽 蕪湖 241000；2.南陵縣養殖業服務中心，安徽 南陵 241000；3.蕪湖市錦川生態農業有限公司，安徽 南陵 241000）

南美白對蝦工廠化養殖平均密度6千克/米3，最高可達15千克/米3，平均日換水量60%，最大換水量可達100%。在養殖過程中發現，投喂飼料的10%～20%在投喂過程中直接溶失水中，攝入飼料中只有20%～25%的氮和25%～40%的磷用于生長，其他部分以代謝物形式排入水環境中。通過建立工廠化循環水尾水治理系統，為7 575米2的南美白對蝦工廠化養殖車間、200畝精養池塘提供水質凈化及余溫提取，可年產優質水產品520噸，產值達3 200萬元。

一、尾水治理建設情況及工藝方案

1.尾水治理建設材料及作用

(1)排污管道鋪設。采用直徑50厘米的水泥預制管，將養殖尾水引向尾水集中處理點。

(2)格柵。南美白對蝦工廠化循環水養殖尾水中的死蝦、大量蝦殼及生產操作過程中產生的塑料膜、塑料繩和尾水輸送過程中的樹枝、石塊等雜物經過格柵過濾除去，達到保護微濾機作用。

(3)微濾機。采用滾筒式微濾機，處理精度可達50微米以上，精度高、耗能低、具反沖洗特點。

(4)截污生化凈化池。截污生化凈化池以立體彈性填料為生物附著基，具有較強的截污沉淀能力，同時，立體彈性填料巨大的表面積也為氨氮化細菌提供了良好的載體，氮磷、有機物等經過此氨氮化細菌的第一步生物吸附進行分解和利用。

(5)SBR厭氧消化池。SBR厭氧消化池可以將污水與活性污泥充分混合，利用活性污泥吸附水中有機顆粒物，并利用活性污泥中的氨氮化細菌、嗜磷菌分解與吸附水中的無機鹽，沉淀到池底的淤泥再發生厭氧反硝化反應，把有機物、氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽轉化為氮氣、一氧化氮等氣體排出。

(6)生態渠。根據貝藻類綜合凈化和人工濕地凈化技術相關研究基礎，結合工廠化養殖尾水特點，生態渠采用由貝類凈化區、水平流濕地和脫氣增氧區構成。首先利用貝藻類超強的濾食能力去除養殖尾水中不能快速沉淀的細小懸浮有機顆粒物，再利用表面流人工濕地內挺水植物根系進一步截留沉淀養殖尾水中的懸浮細微顆粒物，并利用濕地植物吸收、轉化養殖尾水中的氮、磷無機鹽，最后通過曝氣增氧消解養殖尾水中的COD。為提高生態渠在低溫期的凈化效果，生態溝渠的貝類凈化區和植物凈化器建設在陽光棚進行保溫、增溫處理。以沉水植物川曼藻作為主要凈水植物，以沉水植物石莼、江蘺及挺水植物大米草作為輔助凈水植物。

(7)淤泥泵車。利用淤泥泵車定期將截污生物凈化池、SBR厭氧消化池底部產生的大量淤泥進行定期清淤處理，并送垃圾焚燒廠。

2.循環水凈化系統建設情況

循環水凈化系統共建設10套，為7 575米2循環水車間的養殖尾水進行治理，建設分級沉淀池60米×7.5米，高分別為3.5、3、2.5米，池容積最大1 300米3；余熱提取池1 000米2，混凝土護坡溫棚避光；生態渠900米×4米，混凝土護坡，透明保溫棚；固液分離設備1套。

3.南美白對蝦工廠化循環水養殖主要污染物

南美白對蝦工廠化循環水養殖水中的污染物主要來自投餌和生產過程中的微生態制劑及對蝦的生理代謝物，主要組成為殘餌與糞便等構成的固體顆粒物、COD、無機氮和活性磷酸鹽等，研究表明，在我國養殖尾水中固體顆粒物濃度集中在20～150毫克/升、COD濃度低于8～20毫克/升、活性磷酸鹽濃度集中在0.03～0.08毫克/升、pH一般在6.8～8.7。

4.南美白對蝦工廠化循環水養殖尾水治理方案(工藝)

車間養殖尾水經排水渠中格柵濾除大型雜物排入一級沉淀池，沉淀部分固體物質；在二級沉淀池安裝的微濾機進行固液分離，尾水進入三級沉淀池；在三級沉淀池安裝熱水泵抽取尾水，經管道進入余熱提取池，提取余熱；然后尾水進入生態渠，利用種植的海馬齒、海筍等耐堿性海水植物，經水質凈化后再利用。南美白對蝦工廠化循環水養殖尾水治理方案流程詳見圖1。

圖1 工廠化循環水尾水治理方案流程

二、循環水養殖尾水處理工藝參數的確定

要使南美白對蝦工廠化循環水養殖尾水處理系統發揮最大的效果，需要確定顆粒物沉淀速率與粒徑的關系、顆粒物沉淀速率與水流速度的關系、凈化水植物的篩選、種植密度和方式等，以及沉淀池尺寸與養殖尾水排放量的關系、生物溝渠的尺寸與養殖尾水排放量的關系。

1.選擇沉淀分離的原因

南美白對蝦是啃食性動物，糞便的成形性較好，因此在養殖尾水中固體顆粒粒徑偏大且整齊。研究表明在工廠化循環水中固體顆粒組成中殘餌占35%、排泄物占50%、其他污染物(微生態制劑、蝦身脫落物)占15%，這些顆粒物的80%以上直徑在10～150微米。根據斯托克斯層流顆粒物的沉降速度與顆粒直徑的平方成正比，公式：V＝［g(ρP－ρW)d2］/18μ，其中V為沉降速度、ρP為懸浮物顆粒密度、ρW為水密度、d為顆粒直徑、μ為水的動力黏度，所以在南美白對蝦工廠化循環養殖尾水中采用沉淀分離得到的效果最好。

2.顆粒物沉淀速率與流速的關系

根據斯托克斯和肯奇研究結論，水流速度越快、沉積的顆粒就越少，公式：FD＝3πdμ，其中FD為沉降力、d為粒徑大小、μ為相對流速，控制流速可有效去除水中顆粒物，研究表明控制沉淀池內水平流速不大于8毫米/秒對顆粒物沉淀效率效果最理想。

3.凈水植物的篩選、種植密度、種植方式等

海水人工濕地系統植物要選擇耐鹽性較強的植物，根據這一原則，在挺水植物中選擇了大米草，大米草對氨氮、亞硝酸鹽、硝態氮的去除力分別為1.87～4.38克/(米2·天)、0.65～2.02克/(米2·天)、1.89～7.53克/(米2·天)；采用行與行、株與株相鄰種植方式，結合了不同植物對特定污染物去除的優勢，提高對養殖尾水綜合凈化效果；植物種植密度低難以達到凈化效果，過高則削弱了光合作用，不利于提高溶氧和凈化水質，一般種植間距在0.3～1.0米、密度為16～64株/米2較理想。

4.沉淀池尺寸與養殖尾水排放量的關系

根據顆粒物沉淀速率與粒徑、流速的關系，經測算沉淀池長度設計成6米時，粒徑10、50、90、150微米的固體顆粒物在沉淀池的下沉距離分別為11.3、30.1、65.4、188.2厘米，而粒徑在90微米以上的固體顆粒物占南美白對蝦工廠化循環尾水中的顆粒物比例大于70%，當截面設計成3.5米×3.5米，則每小時處理450米3的工廠化循環水時的流速小于8毫米/秒，而沉淀池上下的流速很難做到均勻。總體上，上層的流速大于下層，固體顆粒物在沉淀池內的下沉速度比理論值要低。設計沉淀池尺寸為6.0米×3.5米×3.5米的規格，在每小時處理量不大于450米3的前提下，對南美白對蝦工廠化循環養殖尾水中粒徑在90微米以上固體顆粒物的沉淀效果最為顯著。

5.生態溝渠的尺寸與養殖尾水排放量的關系

(1)貝類凈化區主要利用螠蟶和牡蠣的濾食性來將工廠化養殖尾水中不能沉淀的懸浮顆粒物去除，而90微米以下的有機絮團是貝類最適宜的餌料。研究表明40克左右的牡蠣日濾水量可達40升左右，以6.0米×3.5米×3.5米規格的沉淀池、處理尾水為450米3/小時的量來計算，則需要1.6萬枚40克左右的牡蠣1小時方能將450米3的尾水過濾為清水。在餌料和溶氧充足的前提下，牡蠣單位養殖密度最大可達80千克/米3，綜合考慮大規模養殖濾食性的貝類會產生無機氮和COD，而貝類凈化在整個尾水處理系統中只起到對沉淀池懸浮顆粒物凈化處理的補充作用，因此，每小時處理450米3的尾水，貝類凈化區面積以640米2、有效水體為1 000米3最宜。

(2)植物凈化區主要是利用大米草來進行吸收，轉化對蝦工廠化養殖尾水中氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽、活性磷酸鹽等可溶解的無機鹽，統計每小時處理450米3的南美白對蝦循環水養殖尾水中的無機氮和活性磷酸鹽，大約需要植株密度不低于64株/米2的大米草濕地面積為640米2。

三、分析與探討

1.生態效益

一是大量降低養殖用水量，在水資源方面有很好的生態效益；二是排放尾水中的余熱提取，達到資源再利用，實現真正意義上的節能減排。

2.先進性

對養殖系統尾水部分的改造，是通過固液分離設備、沉淀、分解等措施，使養殖自身污染過程及污染物得到控制，以及利用物理、化學、生物、微生物等方法對養殖水質實現調節，使之形成一個互利共生、能量循環利用、穩定的良性復合生態循環系統，從而做到水體空間充分利用、促進生物和非生物環境間相互轉化、加速工程化養殖生態系統的能量流動和物質循環，有效地改善了水域環境，控制了病害的發生，提高了工廠化養殖的生產力。扭轉目前海水養殖低效能運營的被動局面，并在尾水沉淀的過程中提取余熱，降低能耗，起到節能降耗的作用。

3.必要性

目前急需科學、生態、高效的養殖系統和模式，為開展循環水生態養殖技術提供有利的條件，因此，工廠化養殖尾水治理將進一步促進長三角地區工廠化養殖的集約化、節能化、生態化、科技化、信息化，可以帶動長三角漁業產業結構的調整，提高水產養殖業的技術含量，提升養殖“綠色水產品”的普及率，增強水產品的國際競爭力。