海水养殖尾水防控技术研究进展.pdf
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1、D O I:1 0.1 6 3 7 8/j.c n k i.1 0 0 3-1 1 1 1.2 2 0 3 0第4 2卷第5期2 0 2 3年9月水产科学F I S HE R I E S S C I E N C EV o l.4 2N o.5S e p.2 0 2 3海水养殖尾水防控技术研究进展李 楠,胡超魁,王 昆,杜 静,赫 健,吴金浩(辽宁省海洋水产科学研究院,辽宁 大连1 1 6 0 2 3)关键词:养殖尾水;海水池塘养殖;海水工厂化养殖;养殖尾水防控技术中图分类号:X 5 2文献标识码:C文章编号:1 0 0 3-1 1 1 1(2 0 2 3)0 5-0 9 1 1-1 0收稿日期
2、:2 0 2 2-0 4-0 6;修回日期:2 0 2 2-0 8-0 8.基金项目:国家海洋公益性行业科研专项(2 0 1 5 0 5 0 1 9);辽宁省海洋与渔业厅科研项目(2 0 1 5 1 8);设施渔业教育部重点实验室(大连海洋大学)开放课题研究基金项目(2 0 2 2 1 7);2 0 2 1年辽宁省海洋经济发展专项(1 6 3 8 8 6 4 4 9 8 5 1 4).作者简介:李楠(1 9 8 0),男,副研究员,博士;研究方向:海洋与渔业环境监测及修复技术.E-m a i l:l i n a n_l a b1 6 3.c o m.通信作者:吴金浩(1 9 8 2),男,研究
3、员;研究方向:海洋与渔业环境监测.E-m a i l:j i n h a o w1 2 6.c o m.我国作为世界海水养殖第一大国,养殖面积和产量均占全世界的6 0%以上1-5。水产养殖过程中或养殖结束后,由养殖体系(包括养殖池塘、工厂化养殖车间等)直接或间接排放到受纳海域水体的部分称为养殖尾水6。我国海水养殖企业遍布沿海各省市及乡镇,在海水养殖产业为企业及渔民带来可观经济收入的同时,养殖尾水中的污染物也被排放至邻近海域中。养殖尾水排放后若不及时处理会使周边环境状况恶化,影响养殖企业水源的安全并造成养殖生物的品质下降,进一步可能导致消费者对海水养殖产品和海水养殖业的信任降低。目前,消费者对海
4、水养殖产品的营养和品质有更高的要求,对海水养殖产品的环境安全也越来越重视,集中体现在对海水养殖环境、海水养殖标准化、绿色原生态养殖等多个方面的关注7。政府应加强对海水养殖户的质量安全管制,提高养殖户的质量安全意识,并针对不同经营特征的养殖户推荐差异化的尾水防控措施以确保养殖尾水得到有效处理,从而保障海水养殖产品的质量8。全国水产技术推广工作“十四五”规划明确提出,要改善养殖环境,保障海产品质量安全,提高海水养殖业的管理水平等9。基于我国海水养殖产业目前状况以及对养殖尾水污染防控的实际需求,笔者总结我国海水养殖现状及其对海洋生态环境的影响,并主要针对池塘和工厂化养殖综述了我国沿海地区常见的养殖尾
5、水防控技术及工艺,包括多品种生态混养、池塘底排污、池塘内循环生态养殖、生物絮团、微生态制剂调水、人工湿地、藻类藕联等尾水控制技术中的经典工艺及近几年比较推荐的新兴技术,分析这些技术的原理和特点及其在不同类型养殖尾水处理实践中的应用和发展趋势,以期为未来海水养殖尾水的高效处理提供有益参考。1 我国海水养殖现状及生态环境影响分析我国沿海的1 1个省级行政区均有海水养殖活动,根据 中国渔业统计年鉴1-5,2 0 2 0年我国海水养殖面积达1 9 9.5 6万h m2,养殖产量由1 9 8 8年的2 4 9.3万t持续增至2 0 2 0年的2 1 3 5.3万t,3 2年共增长约7.6倍;另一方面,在
6、我国日益严峻的渔业资源状况及愈发严格的禁渔休渔政策条件下,海洋捕捞量已呈下降趋势,海水养殖获得的产量占海洋渔业总产量的6 4.4%,发展海水养殖业是未来我国广大人民群众获得优质渔业产品的最主要途径1 0。海水养殖类型主要包括池塘养殖、工厂化养殖、开放式用海养殖(普通网箱、深水网箱、筏式、吊笼和底播)等,其中池塘养殖和工厂化养殖的养殖尾水污染情况最为普遍1 0-1 2。2 0 0 92 0 1 8年,我国海水池塘 养 殖 总 产 量 由1 5 8.2 9万t升 至2 4 6.6 5万t3,1 3,总体保持增长态势。从地区分布看,辽宁、河北、天津、山东、江苏、浙江、福建、广东、广西、海南和台湾1
7、1个省市均有大量成规模的海水池塘养殖区3,1 4。从海水池塘养 殖品种看,有 凡纳滨对虾(L i t o p e n a e u s v a n n a m e i)、花鲈(L a t e o l a b r a xm a c-u l a t u s)、拟穴青蟹(S c y l l ap a r a m a m o s a i n)、三疣梭子 蟹(P o r t u n u st r i t u b e r c u l a t u s)、仿 刺 参(A p o s-t i c h o p u sj a p o n i c u s)、黄 鳍 鲷(A c a n t h o p a g r u s
8、l a t u s)等1-5。工厂化养殖也是我国海水养殖的重要组成部分,2 0 1 52 0 2 0年,我国海水工厂化养殖面积大幅增长了3 9.2%,养殖总产量增加了5 9.5%1 0,工厂化养殖的主要品种一般为高经济价值的鱼类、甲壳类及其他品种 仿刺参、光棘球海胆(S t r o n g y l o-c e n t r o t u sn u d u s)等,养殖密度大,换水周期长。海水养殖过程中,投入的饲料被养殖生物摄食、吸收、利用后,会产生残饵、粪便、代谢物等,这些物质降解过程中导致养殖水体中有机物含量升高,氮、磷总量相应增加1 1,最终随养殖尾水排入外部海域。这个过程易造成水体富营养化,
9、是引发赤潮的根本原因之一。目前,根据投入品来源,产生的主要特征污染物需监测以下指标:化学需氧量、悬浮物、p H、氨氮、总氮、总磷等6,1 5-1 6。池塘养殖尾水排放主要集中在清塘、夏季高温季节、收获及其他特殊需要换水的期间1 7,目前我国海水池塘养殖尾水大部分未经处理或经简单处理后直接排放入海。类似于海水池塘养殖,养殖尾水如果在工厂化养殖企业内部的净水设备不完善或未正常运转条件下排放至外部水体,通常并未达标,同样会对邻近海域的环境造成污染1 8。随着社会进步和经济发展,我国在治理渔业污染方面的需求日益显著,针对海水养殖尾水的防控技术亟待广泛应用并升级1 9。国内外已有诸多学者对海水养殖造成的
10、污染情况进行了分析,如:B o u wm a n等2 0研究认为,在鱼虾贝的养殖过程中,鱼类、虾类、贝类固体饵料的氮、磷吸收率分别占3 6%、3 3%,2 5%、1 0%,3 3%、2 2%;陈敏等2 1的研究表明,海湾扇贝(A r g o p e c t e ni r r a d i a n s)养 殖 是 近 岸 水 域 无 机 氮 浓 度 增 加 的重要影响因素,建议在养殖中控制贝类养殖量并缩短养殖周期;W a n g等2 2发现,在大西洋鲑(S a l m os a l a r)养殖污染排放过程中,饲料营养元素氮、磷排放量占6 2%、7 0%;王东石等2 3研究发现,养殖业自身的污染对
11、沿岸水域产生了明显的负面影响,虾类养殖过程中,管理较好的虾池也会有3 0%的残饵未被摄食,而其中有1 2.8%的氮和4%的磷释放到养殖水体中,最终排入邻近海域;Y o k o y a m a等2 4在网箱养殖区的调查中发现,所采集沉积物中残饵和鱼类粪便占沉积物总有机质的比例分别为2 8.8%和1 1.9%;Y a n g等2 5研究发现,池塘养殖存在短期集中排放的问题,以福建省闽江口虾池集中排放期为例,可导致邻近海域总氮浓度增加2 7 0%、总磷浓度增加2 3 4%;W a n g等2 6的研究还指出,由于沉积物中有机质降解相对比较慢,养殖活动对海水环境的影响会产生明显的累积性和滞后性,在外源
12、营养盐输入降低后仍会通过沉积物中的有机质降解释放氮、磷等营养物质。近年来海水养殖产品的质量安全日益受到关注,但养殖过程中的内源性污染问题日趋严重2 7,养殖尾水若得不到及时有效地处理,排海及回用后会影响甚至污染养殖生物的生存环境,从而造成养殖生物生长缓慢、病害频发、水产品质量下降等严重后果1 9。曾瑞娟等2 8研究表明,通过生物学等技术的应用,基于生态系统各营养级,能够使沉积的生物粪便、残饵中存在的有机质得以有效分解,促进物质循环速度加快,有效改善养殖环境;V i r k u-t y t e等2 9通过多种反硝化方法,可实现从养殖池塘高效去除总有机碳和硝态氮,有效改善养殖池塘的生态环境;A n
13、 h等3 0通过研究越南胡志明市的海水污染、沉积物污染与养虾池之间的关系,指出通过尾水防控技术可以减少密集养虾场的污染,并确定了经济上的可行方案。因此,海水养殖尾水高效防控技术的广泛采用,能有效控制海水养殖全过程中污染物的产生、处理和排放,对海洋生态系统健康和渔业经济稳定发展意义重大。2 海水池塘养殖尾水污染防控技术近年来,全国各地围绕“提质增效、减量增收、绿色发展、富裕渔民”目标,在提高投入品的转化利用、增加产出等方面积极探索,建立了多种因地制宜、各具特色的节能减排技术、模式或措施3 1-3 2,如多品种生态混养、池塘底排污、池塘内循环生态养殖、浮性饲料投喂、生物絮团、微生态制剂调水以及在线
14、监测控制等。这些成果的取得为渔业绿色发展提供了强有力的支撑,在我国部分沿海地区已有一定规模的推广应用,具体海水池塘养殖的尾水处理应根据实际情况选择或组合应用以下控制技术及工艺。2.1 内循环养殖技术在海水池塘生态养殖过程中,循环水养殖技术目前应用比较广泛。郁蔚文等3 3-3 4研究表明,内循环养殖技术将池塘养殖区分隔成流水养殖池(区)和生态净化池(区),利用微孔增氧的方式和导流(壁)板推引水体进行定向流动,并在流水养殖池(区)的末端对养殖池的固形废弃物利用集排污装置进行集中收集1 7,根据实际养殖情况,可在生态净化池内进行滤食性鱼类套养、水生植物种植等模式对养殖废水进行沉淀和净化后再进行循环使
15、用。通常可在2%5%的池塘水面上修建一系列带气浮、推水、曝气和集排污装备的水槽,作为类似“工业化”的高密度养殖处理区,并在其余9 5%9 8%的池塘水面上进行改造后作为生态净化区对经过前段处理的养殖尾水进行生物净化及处理。内循环养殖技术和模式将传统“开放式散养”池塘养殖219水 产 科 学第4 2卷模式升级为“生态式圈养”循环流水模式,提高了生产效率,并具有占地面积少、排污量小的特点,是一种集高密度、高产量、高投入、高收益的“四高”养殖模式,符 合 未 来 水 产 养 殖 业 结 构 调 整 的 大 趋势3 3,3 5-3 6。池塘内循环养殖技术也存在一些应用局限性,包括启动成本相对较高、管理
16、精细化程度要求高、必须有稳定电源供应等。实际应用中,此项技术对养殖管理人员的要求较高,除养殖技术外还必须精通其他的技术,能及时排除主要水电设备的故障,实时保障池塘内循环各工艺段的正常运行。2.2 预处理+人工湿地技术预处理+人工湿地技术是基于经标准化改造后的海水养殖池塘,采用物理、化学及生物等水质净化措施,构建生态沟渠和净化池塘等湿地的尾水处理技术。张诗涵等3 7-3 9利用生态净化作用对池塘养殖尾水进行水质净化,争取实现尾水回用和循环水养殖模式,大幅减少养殖用水的排放量,达到海水池塘养殖区的生态小循环效果。结合我国的实际情况,在海水池塘养殖较为密集的乡镇地区,首先通过面源集中的原则,将各分散
17、的养殖池塘养殖尾水通过管道、沟渠等集中至几条主要的排水途径上,再将其引入生态沟渠和净化池塘等湿地区域进行净化。钟非等4 0认为,湿地内可以构建水力停留时间较长的沟渠,栽种养殖区本地固有的一些滨海湿地水生植物,争取利用自然净化和生态净化作用,同时在工艺段上尽量减少化学和生物药剂的投放量和频率。经过人工湿地处理后的养殖尾水,达到既可以循环回用,又可达标排放的处理效果,最终实现池塘养殖品种健康生长和养殖尾水达标排放“兼得”模式。预处理+人工湿地技术也存在一些缺点和应用局限,具体包括受气候温度影响较大,占地面积大,基质易堵塞,易受植物、基质、水力负荷、运行方式影响等。笔者建议,各沿海地区在应用此项技术
18、的过程中,可采取适当的保温措施(地膜覆盖等),合理规划占地面积,加强对尾水的预处理以防止基质堵塞,选择合适的间歇运行方式等措施来有效保障预处理+人工湿地技术的顺利实施。2.3 多品种生态混养技术多品种生态混养技术是在同一海水养殖池塘内利用养殖生态位互补的动植物实现养殖用水的循环利用和养殖环境的生物调控的一种技术4 1-4 2。如虾参生态高效混养模式、多品种混养模式、“凡纳滨对虾-三疣梭子蟹-菲律宾蛤仔(R u d i t a p e sp h i l-i p p i n a r u m)-大菱鲆(S c o p h t h a l m u sm a x i m u s)”海水池塘多 营养层次生
19、 态 健 康 养 殖 模 式。陈 高 峰等4 3-4 6在这些养殖模式中综合利用微生态调控、生物预防及控制、营养调节、微孔增氧及质量安全保障等关键技术,均达到了理想的混养及氮磷控制效果。多品种生态混养技术的局限性在于实施之前必须充分掌握各养殖品种之间的生态关系及对养殖效果的影响,混养动植物种类越多,生态系统越复杂,应根据生态位合理搭配混养动植物种类、优化各养殖品种的放苗时间及数量,逐步构建健康高效的多品种生态混养池塘生态系统。2.4 底层微孔增氧技术通过在海水养殖池塘底部安装高分子材料的微孔增氧管,以构建水体底层的“人工肺叶”增氧设施,可有效改善底层养殖水体内溶解氧状况;同时高分子材料 制成的
20、微孔增 氧管曝气孔 孔径仅有2 03 0m,相较于传统曝气可产生比表面积更大的微细化气泡,在养殖水体中呈烟雾飘散状,接触面积更大,上浮速度更慢,左明等4 7-4 9利用此项技术使海水池塘养殖的增氧效率大幅度提高;海水池塘水体溶解氧水平从表层至底层均得到显著提升,黄小香5 0研究也表明,底层微孔增氧技术有效地增强了营养类物质在整个池塘水体内的循环利用率。在我国部分易缺氧的海水养殖池塘可考虑推广此项技术和工艺,改善池塘内水质状况,提高池内溶解氧含量,使鱼类、虾类、海参等的养殖环境内营养物质的循环利用率得到提高。底层微孔增氧技术有诸多优点,但同时也存在一些缺点和技术局限性,如对表层水体的增氧效果没有
21、传统叶轮式设备效果好、搅水能力比水车式设备略差、安装较复杂且初期投资大,具体应用过程中应结合养殖池塘的实际需要进行选择和配置。2.5 气动循环养殖技术气动循环养殖技术是在传统海水养殖池塘的基础上实施改造并增设附属池,改变其全工艺段上增氧、排污、循环、处理等结构布局。戴慧婷等5 1研究表明,以微孔增氧产生的气泡进行循环推动,促进养殖池及附属池之间的水体循环,同时配备尾水集中收集及处理系统,最终可实现尾水循环利用或达标排放。钟传明等5 2在虾池进行的相关试验表明,与传统类型养虾池塘的排污方式相比,应用气动循环技术的养殖池塘可节水9 0%以上,综合节能也可达5 0%以上。在我国部分污染较为严重而且取
22、水较为困难的海水养殖池塘中,可以考虑采用此工艺技术进行试验和探索,其优点是节水节能,但相对初期投入的设备成本较高,后期运行及维护需319第5期李 楠等:海水养殖尾水防控技术研究进展要配备专业的技术人员。综合来看,气动循环养殖技术投入使用后,可显著改善海水养殖池塘的水质状况,提高养殖生物的品质,其定期排放的养殖尾水的污染状况可得到有效改善。2.6 微生态制剂应用技术微生态制剂相关技术的核心是益生菌类的活菌制剂,该技术首先需要制备有益的生物制剂(活菌制剂),部分类型的生物制剂还含有其代谢产物及添加有益菌的生长促进因子等,均能够有效改善水体状况。微生态制剂主要功能包括:改善海水养殖池塘内高值养殖品种
23、机体内外的微生态平衡,提高养殖品种对饲料的转化率,抑制养殖水体内的病原菌。吕永辉等5 3-5 5的研究中合理利用了微生态制剂,从而提高了多种海水养殖品种对常见病害的抵抗力。水产养殖业中,常用的微生态制剂包括硝化细菌、光合细菌、芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌、酵母菌等,曲木等5 6-5 7根据养殖水体的实际情况选择应用以上菌剂,均取得了理想的水质改善效果。微生态制剂也有一些缺陷和应用限制。自然养殖条件下的许多因素会影响微生态制剂的使用效果,如天气、水温、水质条件和养殖生物种类等,使用效果差异很大;另外,微生态制剂要在避光、低温(51 5)条件下保存,达不到这一保存条件,会造成产品菌种含量达不到商品标签
24、上注明的含量,从而影响使用效果;有些菌种投进水体后大量繁殖,会迅速消耗氧气,因此使用时最好开启微孔增氧或使用增氧剂,避免造成养殖池塘缺氧。2.7 生物絮团技术生物絮团技术是通过调控养殖水体的营养结构,向养殖水体中添加有机碳类物质,调节水体中的碳氮比值,促进异养细菌在水体中的繁殖效率,利用微生物同化水体中的无机氮,最终可将水体中的氨氮等营养盐成分转化为细菌自身结构,并通过细菌絮凝作用形成颗粒状物质被养殖池内的高值养殖品种所摄食,起到维护水质环境稳定、减少换水体积、提高养殖成活率、增加养殖品种产量及降低饲料系数等作用的一项新技术。张美彦等5 8-5 9在养殖池中合理应用此项技术,有效降低了饵料系数
25、和氮、磷含量。生物絮团技术被认为是解决水产养殖产业发展所面临的环境制约和饲料成本问题的有效替代技术,利用该技术可在海水池塘养殖过程中分解投喂的残饵及养殖生物体产生的粪便,将水体内的氨氮、亚硝态氮等转化为蛋白质供给养殖生物,同时抑制有害微生物的生长。王仁龙等6 0研究表明,生物絮团技术可有效提高池塘内高值养殖生物的免疫力。但生物絮团技术也存在一些问题,如生物絮团微生物组成复杂、稳定性差,养殖后期生物絮团若不能被养殖生物所摄食,大量絮团累积增加耗氧会影响养殖生物呼吸,同时絮团也存在老化沉降腐败等问题。该技术目前在封闭(可控)水体中应用效果比较明显,在开放式养殖水体条件下的应用还受到很多其他因素的限
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