唐山市海水養殖尾水監測及分析

宋蓀陽,黃金臣,岳 強,張宏祥,張 強

(唐山市水產技術推廣站,河北 唐山 063000)

隨著我國經濟的飛速發展,養殖天然水體因遭受工業廢水、生活污水和農業面源污染的影響,環境質量有所下降,這給水產養殖環境帶來了很大的沖擊[1]。唐山市是北方沿海城市,也是重工業城市,大部分企業屬于高耗能重污染的發展模式。企業生產的污水直接排入海洋和河流,對海洋和河流造成嚴重的影響。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三廢、生活污水、垃圾、化肥和農藥[2-3]。2019年1月,農業農村部、生態環境部、自然資源部、國家發展和改革委員會等十部門聯合發布《關于加快推進水產養殖業綠色發展的若干意見》,明確提出要推進養殖尾水治理,推動養殖尾水資源化利用或達標排放。

海水養殖尾水中的主要污染物有氨氮、亞硝酸鹽、有機物、磷及污損生物[4]。養殖尾水中的營養性成分、溶解有機物、懸浮固體和病原體是處理的重點[5]。戴修贏[6]通過對蘇州地區七種養殖池塘水質及其氮、磷收支研究發現,河蟹、青蝦池塘養殖氮釋放量較低,魚類及中華鱉養殖氮釋放量均較高;河蟹養殖池塘磷釋放量為最低,混養魚磷釋放量最高。河北省2018年18家冷水魚養殖場,養殖尾水檢測合格率94.4%。2019年24家冷水魚養殖場,養殖尾水全部符合《SC/T 9101-2007淡水池塘養殖水排放要求》[7]。

海水養殖尾水處理技術主要包括:池塘凈化、設施凈化和濕地凈化等[8]。南美白對蝦海水養殖尾水中大量的剩餌和糞便被排入水體,導致水質惡化、病害頻發。浙江省在溫州、臺州、寧波、舟山等示范點地,開展了南美白對蝦海水養殖尾水處理技術示范工作,效果顯著[9]。

為摸清唐山市海水養殖尾水污染物排放現狀,推動海水養殖尾水治理,2020年根據唐山市不同的海水養殖種類和養殖模式,在曹妃甸區、灤南縣、樂亭縣等唐山市海水養殖集中縣區,對養殖進水、尾水進行了環境監測,為唐山市海水養殖尾水治理提供了科學的數據支撐。

1 材料與方法

1.1 調查區域和采樣點設置

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

1.2 采樣時間與檢測方法

每種養殖模式選擇1～4個進水、尾水監測點,春季、夏季、秋季每月定期監測1次(由于冬季池塘結冰,未在冬季進行監測)。監測指標5項:COD、總氮、總磷、無機氮(包括氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮)、活性磷酸鹽。檢測方法及執行標準見表1。

表1 檢測方法和執行標準

2 結果與分析

2020年,累計完成采樣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 項監測數據。海水養殖尾水環境監測結果詳見表2。

表2 進水、尾水水質監測結果

2.1 COD

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

2.2 總氮、總磷

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

總磷進水年平均值為0.220 mg/L,尾水年平均值為0.252 mg/L,都不符合GB 3838地表水環境質量標準三類水標準(≤0.2 mg/L),增加量僅為0.032 mg/L,尾水中總磷增加不顯著。進水超標率28%,尾水超標率39%。其中,海水池塘海參養殖超標率最低,進水為11.1%,尾水全部合格。中國對蝦育苗、海水池塘海參養殖、海水池塘中國對蝦與河鲀混養3 種養殖模式尾水中總磷增加量為負值。

水中總氮、總磷的含量因季節呈現不同的變化。表3、圖1、圖2分別為春季、夏季、秋季進水、尾水中總氮和總磷的變化情況。

圖1 不同季節進水、尾水總氮變化情況

圖2 不同季節進水、尾水總磷變化情況

表3 不同季節進水、尾水中總氮、總磷含量

2.3 無機氮

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

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

圖3 不同季節進水中三種形態氮的變化

圖4 不同季節尾水中三種形態氮的變化

表4 不同季節進水、尾水中無機氮含量 mg·L-1

2.4 活性磷酸鹽

進水年平均值為0.107 mg/L,不符合《GB 3097 海水水質標準》二類水標準(≤0.03 mg/L),是限量值的3倍多,超標率89.5%。尾水年平均值為0.183 mg/L,不符合《SC/T 9103海水養殖水排放要求》一級標準(0.05 mg/L),是限量值的3倍多,超標率78.9%,為進水、尾水中主要超標指標。

3 討論

3.1 COD

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

3.2 總氮、總磷

總氮是水中無機氮和有機氮的總和。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、工農業污染等。無機氮是水中藻類能夠直接吸收利用的氮的形態,在適宜的濃度范圍內,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,促進養殖生產。但是水中無機氮含量過高時,易導致水體富營養化,對養殖生物產生有害的影響。有機氮主要是蛋白質的腐解產物、細胞分泌物,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元素,需要量比氮少。天然水中磷的化合物根據是否與酸性磷酸鹽反應可以分為兩類:活性磷化合物和非活性磷化合物。磷酸鹽、部分溶解態的有機磷、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磷,稱為活性磷化合物。不與酸性磷酸鹽反應的稱為非活性磷化合物。

結果表明,尾水中總氮的超標主要是由于進水超標所導致。

總氮的變化趨勢為:春季>秋季>夏季。進水、尾水變化趨勢相同。主要超標月份為春季和秋季,夏季不超標,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,與總氮監測結果一致。

3.3 無機氮

無機氮主要包括:氨氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮。由于海水中無機氮受生物因素和水溫狀況的影響較大,因此隨著季節的變化含量也不同。從表3中可以看出,年進水、尾水中無機氮變化情況:秋季>春季>夏季。由于夏季浮游植物的大量繁殖,海水中無機氮被吸收,因此夏季無機氮含量最低。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。在無機氮的三種形態氮中,由于硝酸鹽氮是含氮化合物的穩定形態,是含氮物質氧化的最終產物,因此在無機氮中占優勢。亞硝酸鹽氮是氨氮氧化和硝酸鹽氮還原的一種過渡形態,是一種不穩定的形態。因此,在水體中含量要明顯低于其他兩種形態氮。監測結果符合天然水中無機氮的分布變化[11]。進水、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殘體的分解礦化、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]。由于進水、尾水中活性磷酸鹽超標率較高,很有可能是由于底層水中有機物的礦化和沉積物中含有較高的磷酸鹽所導致。

4 結論

活性磷酸鹽和無機氮是唐山市海水養殖進水、尾水主要超標指標。監測結果與2016—2018年中國漁業生態環境狀況公報中,“海水重點增養殖區主要超標因子為無機氮和活性磷酸鹽”結果一致[13-15]。

養殖尾水狀況與進水狀況密不可分,監測結果表明,尾水中總氮、總磷、無機氮、活性磷酸鹽的超標主要是由于進水超標所導致。2019年河北省海水池塘養殖尾水排放研究中也得到一致的結論:養殖池中無機氮和活性磷酸鹽數據與水中本底基數呈現相關性,本底數高養殖水體數據也高[16]。