天津市海水养殖废水排放的分布及水质评估

来源:用户上传      作者:孙猛　魏代艳　赵吉睿　陈小明　刘佳泓

　　摘要：为了解天津市海水养殖污染负荷，对天津市主要海水养殖方式的排放废水进行了监测，以SC-T 9103—2007《海水养殖水排放要求》一级标准、GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类水环境质量标准、DB 12/356—2018《污水综合排放标准》二级标准对废水水质进行了评价，根据养殖面积及分布、养殖废水排放去向，对污染物排放情况进行了初步评估，对比分析了不同养殖方式污染物排放差异。结果显示，池塘海水养殖主要污染因子是化学需氧量（CODMn）、活性磷酸盐和总磷含量，工厂化海水养殖主要污染因子是无机氮、活性磷酸盐和总氮含量;相比工厂化海水养殖，池塘海水养殖无机氮和活性磷酸盐含量达标率较高，悬浮物、CODMn、总磷含量达标率较低，流水式较循环水式工厂化海水养殖总氮和总磷含量达标率高;池塘海水养殖排放量小于工厂化海水养殖，海水养殖对付庄排干的影响最大，监测的污染物排放总量的92.3%进入付庄排干;与流水式工厂化海水养殖相比，可减少污染物排放。针对减少海水养殖污染提出了应对策略和建议。
　　 关键词：池塘;工厂化;海水养殖;污染物;评估
　　 中图分类号： X703  文献标志码： A
　　文章编号：1002-1302（2020）19-0263-05
　　收稿日期：2019-12-30
　　基金项目：天津市科技计划（编号：18ZXSZSF00130）。
　　作者简介：孙 猛（1984—），男，河南商丘人，博士，高级工程师，主要从事污染源监测和评价相关研究。E-mail：sunm1127@163.com。
　　通信作者：刘佳泓，硕士，高级工程师，主要从事污染源监测和评价相关研究。E-mail：liujiahong1215@163.com。
　　天津市东临渤海，南起河北省岐口，北至河北省涧河口，海岸线长153 km，海域面积3 000 km2[1]，地热资源丰富，海水中有机质和营养盐含量均较高，有广阔的盐田和丰富的卤水资源，具有发展海水养殖的良好自然条件。近年来，随着海水养殖业的高强度开发和养殖方式向集约化转变[2]，海水养殖污染已经成为当前人们关注的主要海洋环境问题之一[3-6]。大多数水产养殖品种为异养型品种，养殖过程中需要投喂饵料，残留的饵料以及水产养殖过程中水产品的代谢产物，是养殖系统氮、磷污染的主要来源之一[7]。渤海湾近年来水体严重富营养化[8]，养殖产生的大量废水，大多未经净化直接排放，进一步加剧赤潮的发生[9-10]。当前关于天津市海水养殖污染负荷相关研究也有报道，但对于不同养殖方式污染情况及对入海河流影响的研究较少，基于此，本研究对不同养殖方式的海水养殖废水水质展开了监测和分析，并针对减少海水养殖污染提出了相应的措施。
　　1 研究方法
　　1.1 监测对象
　　根据天津市海水养殖现状，海水养殖方式主要有池塘和工厂化养殖，工厂化养殖又分为循环水式养殖和流水式养殖，选取了天津市大港马棚口、汉沽杨家泊镇、寨上街海水池塘为监测对象;共设置37个排口站点，于2019年9—10月清塘排水期间进行监测;海水工厂化养殖共设置17个排口站点，其中循环水式9个，流水式8个，于2019年9—10月监测。
　　1.2 监测指标及分析方法
　　针对水产养殖废水的特点，以悬浮物、化学需氧量（CODMn）、无机氮、活性磷酸盐、总氮和总磷含量为监测指标。其中，悬浮物、CODMn、无机氮、活性磷酸盐分析参照GB 17378.4—2007《海洋监测规范 第4部分：海水分析》[11]，总氮分析参照HY/T 147.1—2013《海洋监测技术规程 第1部分：海水》[12]，总磷分析参照GB-T 12763.4—2007《海洋调查规范 第4部分：海水化学要素调查》[13]。
　　1.3 评估方法
　　化学分析法是现场测定法的一种简化方法，主要利用进、出养殖系统的污染物浓度差，结合排水量估算水产养殖污染物的排放情况[14]。此次评估仅考虑海水养殖尾水排放的水質情况，计算公式如下：
　　P=Q×Cout×10-6。
　　式中，P为污染物排放负荷量;Q为排放的水量;Cout为排放水中的污染物浓度。
　　1.4 评价标准
　　水质悬浮物、CODMn、无机氮、活性磷酸盐污染因子评价参照SC-T 9103—2007《海水养殖水排放要求》[15]中的一级标准，总氮污染因子评价执行GB 3838—2002《地表水环境质量标准》[16]中的Ⅴ类水环境质量标准，总磷污染因子评价执行DB12/ 356—2018《污水综合排放标准》[17]中的二级标准。
　　2 结果与分析
　　2.1 海水养殖区域分布
　　天津市海水养殖分布在滨海新区，根据《滨海新区养殖水域滩涂规划》及相关管理部门统计数据，池塘海水养殖面积为3 028 hm2，主要分布在天津市汉沽杨家泊镇、寨上街，其次是塘沽和大港。养殖废水主要通过天津市付庄排干、青静黄排水渠和北排水河入海，其中，通过付庄排干的养殖面积有2 430 hm2，通过青静黄排水渠的养殖面积有442 hm2，通过北排水河的养殖面积有132 hm2。池塘海水养殖品种比较单一，为中国对虾和凡纳滨对虾。
　　近年来由于地下水的限采，工厂化海水养殖及育苗生产企业由95家减缩至36家，养殖面积总计78.8 hm2，其中6家有循环水设施，养殖面积11.7 hm2，3家尾水零排放，养殖面积11.3 hm2。现存工厂化海水养殖废水全部通过付庄排干入海，养殖品种主要有半滑舌鳎、大菱鲆等。
　　2.2 海水养殖废水排放去向及排水量
　　据调研，池塘海水养殖区域平均水深约1.0 m，年排水1次，全部排干;工厂化海水养殖池水深平均约0.5 m，其中循环水式日换水量约占总水量20%，流水式日换水量约占总水量100%。经测算，天津市海水养殖年排水量共约13 643.4万m3，其中池塘海水养殖年排水量约3 028万m3（表1），工厂化海水养殖年排水量约10 615.4万m3（表2）。海水养殖尾水主要通过付庄排干、青静黄排水渠和北排水河等地表河流入海，其中入付庄排干的水量占比80.3%。 　　2.3 海水养殖废水水质情况
　　由表3、图1可见，池塘海水养殖悬浮物、CODMn、无机氮、活性磷酸盐、总氮、总磷达标率依次为94.6%、18.5%、48.4%、27.0%、46.2%、38.7%。超标污染因子主要是CODMn、活性磷酸盐和总磷，分别超标0.04～1.30倍、0.06～15.94倍、0.08～2.80倍。
　　流水式工厂化海水养殖悬浮物、CODMn、无机氮、活性磷酸盐、总氮和总磷达标率依次为100%、85.7%、12.5%、0%、57.1%、100%;循环水式工厂化海水养殖悬浮物、CODMn、无机氮、活性磷酸盐、总氮和总磷达标率依次为100%、100%、0%、0%、12.5%、50.0%，超标污染因子均主要是无机氮、活性磷酸盐和总氮，流水式工厂化海水养殖无机氮、活性磷酸盐、总氮含量分别超标0.73～9.32倍、1.06～4.22倍、0.07～0.61倍，循环水式工厂化海水养殖分别超标1.03～9.34倍、4.10～7.82倍、0.09～3.23倍。相比循环水式工厂化养殖，流水式工厂养殖悬浮物、CODMn平均浓度较高，无机氮、活性磷酸盐、总氮、总磷平均浓度较低。
　　由图2可见，相对工厂化海水养殖，池塘海水养殖废水悬浮物含量、CODMn、总磷含量平均浓度较高，无机氮平均浓度较低，活性磷酸盐和总氮平均浓度与海水养殖相差不大。由图1可见，池塘海水养殖无机氮、活性磷酸盐和总氮达标率较高，但也不超过50%，水质较差。
　　3 讨论
　　3.1 海水养殖对地表河流的影响
　　天津市海水养殖废水主要通过付庄排干、青静黄排水渠、北排水河等地表河流入海，根據养殖废水排放量和废水平均浓度，计算出海水养殖污染物排放情况（表4）。悬浮物、CODMn、无机氮、活性磷酸盐、总氮和总磷年排放量依次是1 701.1、1 155.4、185.0、28.2、301.5、46.8 t。按各项污染物总量计，排入付庄排干、青静黄排水渠、北排水河的污染物量分别占各项污染物总量的92.3%、5.7%、1.7%。工厂化海水养殖各项污染物排放量比池塘养殖高，流水式工厂化养殖排放量比循环水式工厂化养殖高（图3）。
　　3.2 不同海水养殖方式达标减排对比情况
　　由表5可见，海水养殖要达标排放，池塘和工厂化海水养殖污染物每年共需减排：悬浮物含量14.5 t，CODMn 228.9 t，无机氮含量126.6 t，活性磷酸盐含量21.6 t，总氮含量90.9 t，总磷含量9.8 t，减排比例依次为0.9%、19.8%、67.7%、76.9%、30.1%、20.8%。
　　池塘养殖各项污染物均需要大幅削减，循环水式工厂化养殖需要大幅削减无机氮、活性磷酸盐、总磷、总氮含量，流水式工厂化养殖需要大幅削减CODMn、无机氮、活性磷酸盐和总氮（图4）。
　　3.3 不同工厂化养殖模式对污染物排放的影响
　　流水式工厂化养殖由于换水比例大，换水频率高，虽然氮、磷浓度低但废水排放量大，相对循环水式工厂化养殖的污染物排放量较高。如果将流水式工厂化养殖全部改造成循环水式工厂化养殖，按照现在2种方式的活动水平测算，将大大减少各项污染物的排放，年减排量为：悬浮物862.0 t，CODMn 577.5 t，无机氮91.1 t，活性磷酸盐11.2 t，总氮102.9 t，总磷16.3 t，减排比例依次为92.0%、83.8%、59.8%、61.5%、55.2%和63.9%（表6）。
　　3.4 海水养殖污染防治对策
　　合理规划养殖水域。由环境容量确定水域适宜的生产规模是解决增养殖与环境间矛盾的有效途径。大面积集约化养殖， 导致大量外源营养物质输入，残饵粪便产生水污染物，严重影响水环境[18]。必须对水产养殖水面进行科学规划，确定养殖水体对营养元素的负载能力，由此确定水体的养殖容量，有效降低对水环境的影响[19]。
　　选择高质量饵料。饵料中含有大量营养元素，氮含量高达6.56%，磷含量高达1.0%[20]，残余饵料不仅会沉降池底导致底泥营养富集，残饵底质堆积，促使了微生物活动的加强，也加速了营养盐的再生。另外部分营养盐还会溶解在水中，严重污染水环境。降低饵料系数，减少残饵剩余，是从养殖过程前段有效控制水污染的重要措施[21]。
　　加强海水养殖废水的处理和养殖水循环利用技术[22]。一方面天津市海水养殖废水超过90%未经处理直接排放。工厂化养殖多为连续排水，但尾水处理比例低，据调研仅为6.3%;受季节影响，池塘养殖每年在9、10月份集中清坑排水，均未经净化处理直排入海河流，短时间内大量废水排入，对部分入海河流产生重要影响，进而影响入海口周边海水水质。必须因地制宜，选择合适的养殖废水处理技术加强养殖废水的处理。另一方面循环水普及率低，废水排放量大。目前采用的循环水设施处理技术均未考虑对氮磷营养物质的去除，循环时间越长，浓度越高，排放水平越高，对水环境影响也越严重[23]。因此，在循环水设施的设计上要加以考虑对水环境的保护。
　　加强监督管理。目前天津市还未出台海水养殖相关的标准，农业农村部出台的为推荐性地方标准，在控制项目和限值方面有一定程度的不适用。相关管理部门应加强对海水养殖废水排放的监督管理，以制度形式来实现对水体污染的有效防治[24]。
　　4 结论
　　研究表明，天津市池塘海水养殖污染物的超标污染因子是CODMn、活性磷酸盐和总磷，工厂化海水养殖污染物的超标污染因子是无机氮、活性磷酸盐和总氮。工厂化海水养殖污染物排放量大于池塘海水养殖，循环水式较流水式工厂化养殖可大大减少污染物排放;海水养殖对付庄排干的影响最大;要实现达标排放，海水养殖需大幅削减污染物排放，应大力发展循环水养殖模式，同时科学投饵并设置合理的养殖密度。
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