池塘養(yǎng)殖尾水治理工程復(fù)合人工濕地的構(gòu)建

摘 要：近年來，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，但養(yǎng)殖塘會排放大量養(yǎng)殖廢水，給生態(tài)環(huán)境造成嚴重污染。針對養(yǎng)殖塘尾水污染物的類型、特點，構(gòu)建多級復(fù)合人工濕地，采用生態(tài)化處理的方式降低養(yǎng)殖廢水污染指標，可確保出水水質(zhì)達標排放，改善養(yǎng)殖尾水造成的環(huán)境污染問題。基于此，以河北省唐山市豐南區(qū)黑沿子“漁光一體”產(chǎn)業(yè)園區(qū)尾水處理項目為例，構(gòu)建“沉淀池+低氧塘+氧化塘+生物凈化塘”復(fù)合人工濕地凈化系統(tǒng)，有效減少尾水污染物，使出水水質(zhì)達到標準排放要求，從而保障區(qū)域內(nèi)水環(huán)境的生態(tài)安全，為我國類似地區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水生態(tài)化處理提供參考。

關(guān)鍵詞：水產(chǎn)養(yǎng)殖；尾水凈化；復(fù)合人工濕地

中圖分類號：X714 文獻標志碼：A 文章編號：1674-7909（2023）10-143-5

0 引言

水產(chǎn)品養(yǎng)殖過程中會產(chǎn)生大量的養(yǎng)殖廢水［1］。養(yǎng)殖廢水中的固體污染物主要包括餌料、藥物、排泄物等，可溶性污染物主要包括顆粒懸浮物、有機氮、氨氮和磷酸鹽等［2］。《第二次全國污染源普查公報》顯示，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)每年向外部環(huán)境排放的污染物中，總磷、總氮、氨氮、化學需氧量的年排放量分別為1.61萬、9.91萬、2.23萬、66.60萬t。養(yǎng)殖尾水污染物若不經(jīng)妥善處理直接排放，會對生態(tài)環(huán)境和周圍居民健康產(chǎn)生難以預(yù)估的危害［3］。而池塘養(yǎng)殖是我國主要的養(yǎng)殖方式，因此養(yǎng)殖池塘尾水凈化治理迫在眉睫［4］。

常見池塘養(yǎng)殖尾水處理模式有池塘容納量控制凈化模式、原位凈化模式和異位凈化模式（見表1）［5-6］。與其他治理方式相比，人工濕地可以針對性地去除養(yǎng)殖尾水中的污染物，具有設(shè)計應(yīng)用靈活、生態(tài)環(huán)保、無二次污染等優(yōu)點［7］，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于池塘養(yǎng)殖尾水處理工程。但是，在實際應(yīng)用中，構(gòu)建單一的人工濕地往往難以達到預(yù)期效果。復(fù)合人工濕地采用人工濕地、穩(wěn)定塘、三池兩壩的多種組合方式處理養(yǎng)殖尾水，能夠有效提升濕地系統(tǒng)對養(yǎng)殖尾水中污染物的去除率，使出水指標達到排出標準［8-9］。

基于此，筆者以河北省唐山市豐南區(qū)黑沿子“漁光一體”產(chǎn)業(yè)園區(qū)養(yǎng)殖尾水處理項目為例，針對養(yǎng)殖區(qū)養(yǎng)殖尾水污染物超標、周圍生態(tài)環(huán)境被嚴重破壞及生物多樣性喪失等問題，在養(yǎng)殖區(qū)建設(shè)多級復(fù)合人工濕地，以達到節(jié)約用地、提高污水凈化效果、恢復(fù)區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境等目的，從而加快構(gòu)建水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)綠色發(fā)展空間格局，促進豐南區(qū)漁業(yè)向綠色、生態(tài)、高效、健康方向轉(zhuǎn)型升級，并為我國類似地區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水生態(tài)化處理提供實踐經(jīng)驗。

1 項目概況

1.1 養(yǎng)殖區(qū)概況

黑沿子“漁光一體”產(chǎn)業(yè)園區(qū)尾水處理項目工程位于陡河以東、沙河以西、連通渠以南、東黃泊坨以北，包含池塘230口（不含光伏區(qū)17.73 hm2），區(qū)域總面積約960.93 hm2，其中復(fù)合人工濕地面積52.60 hm2。項目實施區(qū)池塘補水來源為西側(cè)陡河、東側(cè)沙河，中間為集中排水溝渠。魚塘均不規(guī)整，部分魚塘有光伏設(shè)施。

根據(jù)養(yǎng)殖塘進排水特點，將養(yǎng)殖園分為三大養(yǎng)殖片區(qū)，分別為1#養(yǎng)殖區(qū)、2#養(yǎng)殖區(qū)、3#養(yǎng)殖區(qū)。每個養(yǎng)殖片區(qū)分別建設(shè)一塊人工濕地，對片區(qū)內(nèi)養(yǎng)殖尾水進行凈化處理。

1.2 養(yǎng)殖尾水水質(zhì)

項目區(qū)養(yǎng)殖尾水存在短期內(nèi)排水量大、藥物殘留多、水體內(nèi)懸浮物多、有機質(zhì)含量高等特點。項目區(qū)養(yǎng)殖尾水集中排水時間為夏季的7—8月和冬季的11—12月，日排水量最高達到6萬m3/d。目前，大多數(shù)魚塘水體中有機質(zhì)和總氮含量偏高，達不到養(yǎng)殖尾水排放標準。這與養(yǎng)殖塘養(yǎng)殖產(chǎn)量、投餌量相關(guān)。主水源陡河和沙河水質(zhì)狀況良好，鄭家沽排干渠及中引溝等進排水路污染物指標值與鄰近的魚塘接近。

1.3 項目建設(shè)目標

該項目建設(shè)目標為主要出水指標達到《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》（SC/T 9101—2007）的二級標準（見表2）。

1.4 養(yǎng)殖區(qū)污染負荷測算

對于水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)生的環(huán)境污染負荷，一般采用質(zhì)量平衡法估算［10］，計算公式為

式（1）中：LN/P為氮或磷的環(huán)境負荷量，C為餌料系數(shù)，F(xiàn)N/P為餌料中氮或磷的含量，PN/P為魚體中氮或磷的含量。

根據(jù)式（1）計算得出，1#養(yǎng)殖區(qū)污染負荷需消減量為鯉魚養(yǎng)殖塘尾水總氮3 245 kg、總磷920 kg，加州鱸養(yǎng)殖塘養(yǎng)殖尾水總氮1 435 kg；2#養(yǎng)殖區(qū)污染負荷需消減量為鯉魚養(yǎng)殖塘尾水總氮10 312 kg、總磷2 922 kg，加州鱸養(yǎng)殖塘養(yǎng)殖尾水總氮5 219 kg；3#養(yǎng)殖區(qū)污染負荷需消減量為鯉魚養(yǎng)殖塘尾水總氮13 939 kg、總磷3 950 kg。大閘蟹養(yǎng)殖塘出水達標，直接排放即可。

2 復(fù)合人工濕地設(shè)計方案

2.1 設(shè)計思路

根據(jù)對池塘養(yǎng)殖模式的調(diào)查及三大養(yǎng)殖片區(qū)污染負荷的測算，大閘蟹養(yǎng)殖塘出水可直接排到溝渠，而鯉魚養(yǎng)殖塘和加州鱸魚養(yǎng)殖塘則集中排水到濕地進行處理。加州鱸魚養(yǎng)殖塘7—8月排水，鯉魚養(yǎng)殖塘11—12月排水。

2.2 濕地建設(shè)規(guī)模

濕地設(shè)計進水流量根據(jù)鯉魚養(yǎng)殖塘及加州鱸魚養(yǎng)殖塘最大排水量確定。1#濕地設(shè)計進水流量15 495 m3/d，2#濕地設(shè)計進水流量49 240 m3/d，3#濕地設(shè)計進水流量66 561 m3/d。具體位置見圖1。

參照《人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)指南》（環(huán)辦水體函〔2021〕173號），人工濕地面積根據(jù)化學需氧量、氨氮、總氮、總磷等主要污染物消減負荷和表面水力負荷計算，并取計算結(jié)果的最大值，同時應(yīng)滿足水力停留時間要求。由于該項目為規(guī)劃養(yǎng)殖尾水處理項目，缺乏進水水質(zhì)數(shù)據(jù)，故濕地建設(shè)規(guī)模根據(jù)表面水力負荷計算。計算公式為

式（2）中：Q為設(shè)計流量；q為表面水力負荷，取值范圍為0.1～0.4。

根據(jù)式（2）計算得出該項目各濕地建設(shè)面積，具體如表3所示。

2.3 濕地污水處理工藝流程

該項目共設(shè)計建設(shè)復(fù)合人工濕地約527 024 m2。其中，1#濕地106 260 m2，2#濕地159 014 m2，3#濕地261 750 m2。復(fù)合人工濕地主要由沉淀池、低氧塘、氧化塘、生物凈化塘和生態(tài)濾壩等組成，其污水處理工藝流程見圖2。

2.4 復(fù)合人工濕地單元設(shè)計

1#濕地、2#濕地、3#濕地整體布局見圖3；1#濕地平面圖見圖4，其他兩個濕地布局參照1#濕地。

2.4.1 沉淀池。沉淀池利用水的自然沉淀去除水中的懸浮物。為提高去除效果，在進水前端垂直水流方向設(shè)置生態(tài)攔截網(wǎng)過濾大顆粒的懸浮物，在邊坡及堤壩頂部種植挺水植物。利用水的自然沉降作用及挺水植物根莖的攔截、吸附作用，達到去除水體懸浮物的目的（懸浮物去除率達65%）。

2.4.2 低氧池。低氧池的主要特征是塘水處于低氧或無氧狀態(tài)，主要種植沉水、浮水植物，在構(gòu)造上服從厭氧反應(yīng)的要求。參與反應(yīng)的生物類群主要有產(chǎn)酸發(fā)酵細菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷細菌等。通過厭氧微生物進行水解、產(chǎn)酸及甲烷發(fā)酵等厭氧反應(yīng)，使水體中的有機物得到降解。

2.4.3 氧化塘。氧化塘是對現(xiàn)有的魚塘進行適當?shù)娜斯ば拚贿M行大開大挖，將各池塘之間的塘埂打斷形成過水通道。氧化塘以“曝氣+生態(tài)基”組合污水處理工藝為主，池塘內(nèi)交替布置底層深度循環(huán)復(fù)氧機、噴泉曝氣機和臭氧微納米曝氣機、原位水體靶向微生物塢及生態(tài)毛刷，形成好氧條件。經(jīng)過曝氣的水流流向下一級池塘，通過塘內(nèi)設(shè)置的生態(tài)基為好氧及兼氧微生物提供附著載體，提升微生物的繁殖速率，實現(xiàn)氨氮、總氮、生化需氧量等的持續(xù)去除。

2.4.4 生物凈化塘。生物凈化塘位于整個尾水處理設(shè)施的末端，根據(jù)濕地地形現(xiàn)狀，設(shè)計水深1.5～2.0 m。生物凈化塘可以直接利用原有池塘或?qū)υ谐靥吝M行適當改造，利用動植物、菌類的共同作用處理尾水中的有機物。此外，生物凈化塘可通過多種類植物搭配、增加水生植物數(shù)量和在塘中養(yǎng)魚等措施，構(gòu)建一個豐富多樣的生態(tài)系統(tǒng)。

2.4.5 生態(tài)濾壩。生態(tài)濾壩主要設(shè)計在低氧塘與氧化塘、氧化塘與生物凈化塘之間，起到過水作用，同時具有高效凈化作用。其底部地面進行水泥硬化，主體結(jié)構(gòu)為空心磚堆砌，內(nèi)部填料采用高效除磷吸附材料。利用基質(zhì)的高效吸附、微生物降解等凈化功能，有效去除水體中的污染物，使水質(zhì)得到有效凈化。

2.5 水生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計

2.5.1 濕地水生植物配植。根據(jù)因地制宜的配植原則及污水處理要求，選擇耐污性強、養(yǎng)護簡單的挺水、浮水、沉水等不同類型的鄉(xiāng)土水生植物，增加該區(qū)域的生物多樣性并維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時注重各塘的植物景觀效果。

通常，在各塘沿岸濱水帶水深0.5 m以下區(qū)域栽植挺水植物，如蘆葦、香蒲、堿蓬等；在水深1.5 m以下區(qū)域種植浮水植物，如睡蓮、荇菜等；在水深2.5 m以下區(qū)域種植沉水植物，如金魚藻、狐尾藻、苦草等。

2.5.2 水生動物放養(yǎng)。選擇水生動物主要遵循本土性、生態(tài)安全性原則，主要考慮投放濾食性魚類（鰱鳙魚）及大型底棲動物（螺蚌）。這樣一方面能完善濕地中生物鏈網(wǎng)系統(tǒng)，另一方面可有效去除水體中植物上的附著物，保證植物的光合作用，從而促進植物更好生長。

3 復(fù)合人工濕地構(gòu)建重難點及應(yīng)對措施

3.1 構(gòu)建濕地生態(tài)凈化系統(tǒng)，保障水質(zhì)凈化目標

通過對項目區(qū)及其附近的主水源地、魚塘、排干渠等水域取樣檢測分析發(fā)現(xiàn)，主水源地水質(zhì)狀況良好，而絕大多數(shù)魚塘水質(zhì)中有機物、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)等指標偏高，對濕地出水水質(zhì)影響較大。另外，濕地生態(tài)恢復(fù)程度對水質(zhì)凈化影響較大，后期養(yǎng)護要求較高。

首先，相關(guān)人員應(yīng)嚴格落實水質(zhì)凈化處理工藝，整體保障實現(xiàn)水質(zhì)凈化目標。一方面，建設(shè)由沉淀塘、低氧塘、氧化塘、生物凈化塘及生態(tài)濾壩等組成的連續(xù)水質(zhì)凈化工程。另一方面，除了水生動植物、微生物外，通過增氧曝氣系統(tǒng)、生態(tài)基系統(tǒng)等，高效去除水體中的有機物、氨氮等，大大提高濕地的污染物去除能力。其次，工作人員應(yīng)嚴格落實設(shè)計要求的地形改造方案，保障濕地運行水力條件?；谒畡恿W水質(zhì)模型對各個濕地單元豎向高程設(shè)計進行優(yōu)化，優(yōu)化引退水工程布局，為運行期靈活調(diào)度運行提供基礎(chǔ)保障。最后，相關(guān)部門應(yīng)強化運行維護管理，保障濕地水質(zhì)凈化功能。濕地管理水平直接決定濕地的整體運行效果和濕地壽命，具體涉及濕地的進水水質(zhì)穩(wěn)定性、植物管理、水質(zhì)檢測、堵塞管理、設(shè)備管理和冬季保溫等方面。提高濕地運行維護效率，持續(xù)保障水質(zhì)凈化目標是實現(xiàn)濕地永續(xù)高效運行的基本保障。

3.2 減少冬季低溫凍脹影響，保障濕地正常運行

項目區(qū)冬季氣溫較低，會明顯降低承載水質(zhì)凈化作用的功能微生物活性，同時兼具水質(zhì)凈化作用的水生植物也處于休眠狀態(tài)甚至枯萎死亡，植物吸附有機污染物能力導致濕地系統(tǒng)降低幾乎喪失了凈化污水的能力。另外，該項目各濕地單元之間及出水口均用管道連通，而冬季管網(wǎng)系統(tǒng)受凍后易出現(xiàn)凍脹開裂現(xiàn)象，嚴重影響過水性能。

對于以上問題，應(yīng)重點從兩方面解決。一是應(yīng)嚴格落實堤壩設(shè)計及管網(wǎng)埋深等建設(shè)要求，提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。施工過程中，需要確保堤壩坡比及壓實度符合設(shè)計要求，最大限度地減少因冬季受凍后坡度不足造成堤壩坍塌，以及壓實度不夠造成土壤吸水過多而導致的凍脹危害。對于特殊地帶埋深無法達到標準要求的過水管道，應(yīng)在其外側(cè)設(shè)置直埋保溫套管，從而對管道形成有效的保溫。二是應(yīng)科學管理，提高濕地冬季運行效率。根據(jù)不同排水季節(jié)、排水周期，采取輪床、停床等措施，以恢復(fù)和提高濕地水質(zhì)凈化效果，提高濕地實際利用率，充分發(fā)揮濕地凈化單元功效。

4 復(fù)合人工濕地建設(shè)預(yù)期效果

該項目實施后可以有效削減區(qū)域污染物入河總量，實現(xiàn)養(yǎng)殖尾水達標排放，削減區(qū)域農(nóng)業(yè)面源污染，對實現(xiàn)健康養(yǎng)殖、保障唐山市整體水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和水資源安全具有重要作用。經(jīng)初步計算，該項目實施后每年削減總磷4 488.53 kg、總氮22 393.21 kg，出水水質(zhì)能夠達到《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》（SC/T 9101—2007）二級標準。同時，復(fù)合人工濕地的構(gòu)建可以豐富區(qū)域內(nèi)水生動植物種類，營造多種生境，為不同動物提供棲息場所，提高區(qū)域內(nèi)生物多樣性。另外，建設(shè)渤海灣標桿性水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理濕地系統(tǒng)還可以充分發(fā)揮尾其科教、觀光、展示作用，為河北省類似地區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)尾水生態(tài)化處理提供經(jīng)驗借鑒。

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