南美白对虾工厂化循环水养殖尾水治理方式及效益分析

王 华，苏 鹏，徐永超

（1.芜湖市渔业管理服务中心，安徽 芜湖 241000；2.南陵县养殖业服务中心，安徽 南陵 241000；3.芜湖市锦川生态农业有限公司，安徽 南陵 241000）

南美白对虾工厂化养殖平均密度6千克/米³，最高可达15千克/米³，平均日换水量60%，最大换水量可达100%。在养殖过程中发现，投喂饲料的10%～20%在投喂过程中直接溶失水中，摄入饲料中只有20%～25%的氮和25%～40%的磷用于生长，其他部分以代谢物形式排入水环境中。通过建立工厂化循环水尾水治理系统，为7 575米2的南美白对虾工厂化养殖车间、200亩精养池塘提供水质净化及余温提取，可年产优质水产品520吨，产值达3 200万元。

一、尾水治理建设情况及工艺方案

1.尾水治理建设材料及作用

(1)排污管道铺设。采用直径50厘米的水泥预制管，将养殖尾水引向尾水集中处理点。

(2)格栅。南美白对虾工厂化循环水养殖尾水中的死虾、大量虾壳及生产操作过程中产生的塑料膜、塑料绳和尾水输送过程中的树枝、石块等杂物经过格栅过滤除去，达到保护微滤机作用。

(3)微滤机。采用滚筒式微滤机，处理精度可达50微米以上，精度高、耗能低、具反冲洗特点。

(4)截污生化净化池。截污生化净化池以立体弹性填料为生物附着基，具有较强的截污沉淀能力，同时，立体弹性填料巨大的表面积也为氨氮化细菌提供了良好的载体，氮磷、有机物等经过此氨氮化细菌的第一步生物吸附进行分解和利用。

(5)SBR厌氧消化池。SBR厌氧消化池可以将污水与活性污泥充分混合，利用活性污泥吸附水中有机颗粒物，并利用活性污泥中的氨氮化细菌、嗜磷菌分解与吸附水中的无机盐，沉淀到池底的淤泥再发生厌氧反硝化反应，把有机物、氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、磷酸盐转化为氮气、一氧化氮等气体排出。

(6)生态渠。根据贝藻类综合净化和人工湿地净化技术相关研究基础，结合工厂化养殖尾水特点，生态渠采用由贝类净化区、水平流湿地和脱气增氧区构成。首先利用贝藻类超强的滤食能力去除养殖尾水中不能快速沉淀的细小悬浮有机颗粒物，再利用表面流人工湿地内挺水植物根系进一步截留沉淀养殖尾水中的悬浮细微颗粒物，并利用湿地植物吸收、转化养殖尾水中的氮、磷无机盐，最后通过曝气增氧消解养殖尾水中的COD。为提高生态渠在低温期的净化效果，生态沟渠的贝类净化区和植物净化器建设在阳光棚进行保温、增温处理。以沉水植物川曼藻作为主要净水植物，以沉水植物石莼、江蓠及挺水植物大米草作为辅助净水植物。

(7)淤泥泵车。利用淤泥泵车定期将截污生物净化池、SBR厌氧消化池底部产生的大量淤泥进行定期清淤处理，并送垃圾焚烧厂。

2.循环水净化系统建设情况

循环水净化系统共建设10套，为7 575米2循环水车间的养殖尾水进行治理，建设分级沉淀池60米×7.5米，高分别为3.5、3、2.5米，池容积最大1 300米³；余热提取池1 000米2，混凝土护坡温棚避光；生态渠900米×4米，混凝土护坡，透明保温棚；固液分离设备1套。

3.南美白对虾工厂化循环水养殖主要污染物

南美白对虾工厂化循环水养殖水中的污染物主要来自投饵和生产过程中的微生态制剂及对虾的生理代谢物，主要组成为残饵与粪便等构成的固体颗粒物、COD、无机氮和活性磷酸盐等，研究表明，在我国养殖尾水中固体颗粒物浓度集中在20～150毫克/升、COD浓度低于8～20毫克/升、活性磷酸盐浓度集中在0.03～0.08毫克/升、pH一般在6.8～8.7。

4.南美白对虾工厂化循环水养殖尾水治理方案(工艺)

车间养殖尾水经排水渠中格栅滤除大型杂物排入一级沉淀池，沉淀部分固体物质；在二级沉淀池安装的微滤机进行固液分离，尾水进入三级沉淀池；在三级沉淀池安装热水泵抽取尾水，经管道进入余热提取池，提取余热；然后尾水进入生态渠，利用种植的海马齿、海笋等耐碱性海水植物，经水质净化后再利用。南美白对虾工厂化循环水养殖尾水治理方案流程详见图1。

图1 工厂化循环水尾水治理方案流程

二、循环水养殖尾水处理工艺参数的确定

要使南美白对虾工厂化循环水养殖尾水处理系统发挥最大的效果，需要确定颗粒物沉淀速率与粒径的关系、颗粒物沉淀速率与水流速度的关系、净化水植物的筛选、种植密度和方式等，以及沉淀池尺寸与养殖尾水排放量的关系、生物沟渠的尺寸与养殖尾水排放量的关系。

1.选择沉淀分离的原因

南美白对虾是啃食性动物，粪便的成形性较好，因此在养殖尾水中固体颗粒粒径偏大且整齐。研究表明在工厂化循环水中固体颗粒组成中残饵占35%、排泄物占50%、其他污染物(微生态制剂、虾身脱落物)占15%，这些颗粒物的80%以上直径在10～150微米。根据斯托克斯层流颗粒物的沉降速度与颗粒直径的平方成正比，公式：V＝［g(ρP－ρW)d2］/18μ，其中V为沉降速度、ρP为悬浮物颗粒密度、ρW为水密度、d为颗粒直径、μ为水的动力黏度，所以在南美白对虾工厂化循环养殖尾水中采用沉淀分离得到的效果最好。

2.颗粒物沉淀速率与流速的关系

根据斯托克斯和肯奇研究结论，水流速度越快、沉积的颗粒就越少，公式：FD＝3πdμ，其中FD为沉降力、d为粒径大小、μ为相对流速，控制流速可有效去除水中颗粒物，研究表明控制沉淀池内水平流速不大于8毫米/秒对颗粒物沉淀效率效果最理想。

3.净水植物的筛选、种植密度、种植方式等

海水人工湿地系统植物要选择耐盐性较强的植物，根据这一原则，在挺水植物中选择了大米草，大米草对氨氮、亚硝酸盐、硝态氮的去除力分别为1.87～4.38克/(米2·天)、0.65～2.02克/(米2·天)、1.89～7.53克/(米2·天)；采用行与行、株与株相邻种植方式，结合了不同植物对特定污染物去除的优势，提高对养殖尾水综合净化效果；植物种植密度低难以达到净化效果，过高则削弱了光合作用，不利于提高溶氧和净化水质，一般种植间距在0.3～1.0米、密度为16～64株/米2较理想。

4.沉淀池尺寸与养殖尾水排放量的关系

根据颗粒物沉淀速率与粒径、流速的关系，经测算沉淀池长度设计成6米时，粒径10、50、90、150微米的固体颗粒物在沉淀池的下沉距离分别为11.3、30.1、65.4、188.2厘米，而粒径在90微米以上的固体颗粒物占南美白对虾工厂化循环尾水中的颗粒物比例大于70%，当截面设计成3.5米×3.5米，则每小时处理450米³的工厂化循环水时的流速小于8毫米/秒，而沉淀池上下的流速很难做到均匀。总体上，上层的流速大于下层，固体颗粒物在沉淀池内的下沉速度比理论值要低。设计沉淀池尺寸为6.0米×3.5米×3.5米的规格，在每小时处理量不大于450米³的前提下，对南美白对虾工厂化循环养殖尾水中粒径在90微米以上固体颗粒物的沉淀效果最为显著。

5.生态沟渠的尺寸与养殖尾水排放量的关系

(1)贝类净化区主要利用螠蛏和牡蛎的滤食性来将工厂化养殖尾水中不能沉淀的悬浮颗粒物去除，而90微米以下的有机絮团是贝类最适宜的饵料。研究表明40克左右的牡蛎日滤水量可达40升左右，以6.0米×3.5米×3.5米规格的沉淀池、处理尾水为450米³/小时的量来计算，则需要1.6万枚40克左右的牡蛎1小时方能将450米³的尾水过滤为清水。在饵料和溶氧充足的前提下，牡蛎单位养殖密度最大可达80千克/米³，综合考虑大规模养殖滤食性的贝类会产生无机氮和COD，而贝类净化在整个尾水处理系统中只起到对沉淀池悬浮颗粒物净化处理的补充作用，因此，每小时处理450米³的尾水，贝类净化区面积以640米2、有效水体为1 000米³最宜。

(2)植物净化区主要是利用大米草来进行吸收，转化对虾工厂化养殖尾水中氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、活性磷酸盐等可溶解的无机盐，统计每小时处理450米³的南美白对虾循环水养殖尾水中的无机氮和活性磷酸盐，大约需要植株密度不低于64株/米2的大米草湿地面积为640米2。

三、分析与探讨

1.生态效益

一是大量降低养殖用水量，在水资源方面有很好的生态效益；二是排放尾水中的余热提取，达到资源再利用，实现真正意义上的节能减排。

2.先进性

对养殖系统尾水部分的改造，是通过固液分离设备、沉淀、分解等措施，使养殖自身污染过程及污染物得到控制，以及利用物理、化学、生物、微生物等方法对养殖水质实现调节，使之形成一个互利共生、能量循环利用、稳定的良性复合生态循环系统，从而做到水体空间充分利用、促进生物和非生物环境间相互转化、加速工程化养殖生态系统的能量流动和物质循环，有效地改善了水域环境，控制了病害的发生，提高了工厂化养殖的生产力。扭转目前海水养殖低效能运营的被动局面，并在尾水沉淀的过程中提取余热，降低能耗，起到节能降耗的作用。

3.必要性

目前急需科学、生态、高效的养殖系统和模式，为开展循环水生态养殖技术提供有利的条件，因此，工厂化养殖尾水治理将进一步促进长三角地区工厂化养殖的集约化、节能化、生态化、科技化、信息化，可以带动长三角渔业产业结构的调整，提高水产养殖业的技术含量，提升养殖“绿色水产品”的普及率，增强水产品的国际竞争力。