刺参工厂化海水养殖尾水处理系统构建与应用初探

时间：2024-07-28

王文君，王东亮，王磊，汪顺周，刘文娟，杨金龙

(1.烟台市海洋环境监测预报中心，山东烟台 264003；2.烟台市疾病预防控制中心，山东烟台 264003)

近年来，在烟台滨海地区以高密度、集约化为特点的刺参工厂化海水养殖模式发展迅速，据统计，2021 年烟台市刺参养殖面积58.9 万亩，年产值达到60.6 亿元。刺参工厂化海水养殖过程中普遍存在尾水直排入海、排放量大以及尾水中悬浮物、化学需氧量、总氮、总磷等特征指标较高的问题，对排放区域周边海洋环境构成较大压力。目前，国内对刺参工厂化海水养殖尾水处理缺少技术研发和成熟案例，本文依托烟台某刺参工厂化海水养殖基地，研究构建适合的尾水处理系统并实施应用，有效提高了尾水质量，为开展水产养殖入海排污口整治、推广海水绿色生态健康养殖技术、实现海水工厂化养殖健康可持续发展提供技术支撑和数据支持。

一、工厂化养殖尾水处理系统的构建

1.尾水排放要求

目前，海水养殖尾水的排放参照国家水产行业标准《海水养殖水排放要求》(SC/T 9103－2007)，海水养殖水排放关键指标要求如表1 所示，养殖基地尾水排放入海水养殖区，应参照“一级标准”执行。

表1 海水养殖排放要求毫克/升

2.基地生产设施状况

养殖基地车间面积为3 700米2，养殖水体约为2 200米3，养殖车间外建有占地面积为2 200米2的刺参养殖池塘，平均深2.2米。基地主要以刺参育苗和养成为主，车间内建有供氧、供水系统和养殖海水过滤设备，原养殖尾水不经处理直排入海。

3.基地实际尾水排放量及尾水水质情况

基地抽取周边近岸海域海水经沙滤后作为养殖用水，养殖过程中间歇性排放尾水。2022年9月20日、10月12日分别于车间外尾水排放渠道采集尾水样品，检测结果表明，在两次监测中尾水中悬浮物、无机氮指标均超过《海水养殖水排放要求》(SC/T 9103－2007)中的“一级标准”限量，活性磷酸盐和化学需氧量符合“一级标准”，水质分析结果详见表2。

表2 基地尾水中主要污染因子含量监测情况毫克/升

4.尾水处理技术路线

养殖基地间歇性排放尾水，尾水中悬浮物、无机氮含量较高，尾水处理技术路线中需重点去除悬浮物和氮、磷化合物。综合考虑基地尾水排放特点、尾水处理设施建造成本和处理效果，采用尾水池塘梯度处理模式对尾水进行处理，一是对养殖车间进行排水沟渠改造，实现尾水统一入渠排放；二是建造尾水预处理池塘，池内采用沉淀、曝气和弹性生物滤料(毛刷)挂膜微生物对尾水进行预处理，去除大颗粒悬浮物和小颗粒悬浮物，氧化有机物；三是将原室外刺参养殖池塘(面积2 200 米2)升级改造为综合生态处理池塘，对池塘进行清淤、护坡和进排水改造，预处理后的尾水上清液排入综合生态处理池，经生态浮床、菌藻、底播刺参协同作用进一步降解小分子有机物、吸收氮和磷等营养盐，经多级、多营养层次的水质处理，实现尾水达标排放。

5.尾水处理系统布局设计

养殖尾水处理系统总占地面积为2 232米2，由两个处理单元组成(图1)：处理单元1 为尾水预处理池，池内分为沉淀区、生态滤坝、过滤区和曝气区4个部分，尾水依次通过上述区域；处理单元2为综合生态处理池。养殖片区尾水经集中排水渠汇入处理单元1，处理单元1 的尾水上清部分通过阀门流入处理单元2，经两个单元处理后的尾水通过排水管道排入近岸海域。

图1 养殖尾水处理系统布局示意

6.尾水处理系统构建

(1)尾水预处理池。采用沉淀、曝气和过滤技术预处理尾水。预处理池为密封地下池，占地32 米2，池深2.5 米，内壁与池底做5 层防水处理。为防止池底局部下沉，池底铺设15 厘米厚钢筋混凝土基础，尾水进水管和出水管设在池高2米处，采用直径为50 厘米的PVC 管，进水区和出水区均设溢流堰，以平缓水流防止产生紊流搅起沉淀物。预处理池沉淀区池底建成漏斗状淤泥区，池底最低处安装出污泥管，采用直径20 厘米的PVC管，并加装污泥泵，定期排出淤泥。

尾水经沉淀区沉淀后通过生态滤坝，滤坝采用两排空心砖结构搭建外部框架，间隔2米，空心砖方向与水流方向保持一致。中间填充的滤料为牡蛎壳和陶瓷粒，两者按照2∶1 的体积比混合，主要起到吸附水体中泥浆、脏污和有害微生物的作用。尾水经生态滤坝处理后进入过滤区，该区域内悬挂弹性毛刷建成毛刷处理区，具有较强的有机物拦截能力，可有效分解进入尾水中的有机物。共设置4 道毛刷屏，间距0.5 米，每道安装50 条毛刷，在尾水排入前30 天布置好毛刷后让其自然生成稳定成熟的菌膜，利用微生物分解从而降低尾水中氮、磷营养盐含量。尾水经过滤区进入曝气区，该区池底铺设5套曝气盘，每套排气流量为30 升/分，充氧能力为0.165 千克/时。以空心砖墙建成溢流堰与池塘其余部分相隔，铺设地工膜作为隔绝层以防止底泥污染物的释放。该区域主要作用：加快有机污染物氧化分解，增强水体自净能力，进一步改善水质。

(2)综合生态处理池。尾水经预处理后排入综合生态处理池，池堤设计为土质结构(水泥护坡)。池底铺设地膜防渗，地膜上铺设15～20厘米厚沙石保护层，池底设1%～2%的排水坡度(向排水口)倾斜。池中增设以海马齿、海蓬子和盐角草等耐盐碱陆生植物为主的生态浮床300 米2(100 米2/亩)，底播刺参(密度5 只/米2)。每天固定时间向外排放上清池水。

二、实际处理效果分析

1.尾水处理后水中主要污染物浓度情况

2022 年9 月20 日、10 月12 日于综合处理池塘排放口采集处理后的尾水样品，检测结果见表3。经尾水处理系统处理后的尾水水质达到《海水养殖水排放要求》(SC/T 9103－2007)中的“一级标准”，可安全排放。

表3 基地处理后尾水检测情况毫克/升

2.尾水处理系统污染物去除率

尾水处理系统投入使用后，尾水中污染物浓度在处理前后的变化情况可以评价尾水处理技术的可行性和处理效率。如果尾水经处理后，水中污染物含量降低，且主要污染物去除率在45%以上，则认为尾水处理系统处理效果较为理想。本文研究的尾水处理系统能够有效降低刺参工厂化海水养殖尾水中的污染物，其中悬浮物的去除率最高，平均达89.8%；对化学需氧量、总氮和无机氮的平均去除率也比较高，分别为72.0%、58.8%和45.3%；对活性磷酸盐和总磷也有去除效果，平均去除率分别为24.5%和23.0%。