趙 瓊，曾 霞

（湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院 統(tǒng)計(jì)與應(yīng)用數(shù)學(xué)系，湖北 武漢 430205）

一、研究現(xiàn)狀

從20世紀(jì)80年代開始，國內(nèi)外許多學(xué)者從生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，把淡水養(yǎng)殖系統(tǒng)作為人工生態(tài)系統(tǒng)來研究，對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，能量交換和物質(zhì)循環(huán)進(jìn)行了深入的探討，認(rèn)為它是具有良好的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會效益的綜合體。然而大規(guī)模的淡水養(yǎng)殖，大量的外源輸入使得系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)循環(huán)受阻，湖水的生態(tài)環(huán)境發(fā)生了深刻的變化。近年來隨著養(yǎng)殖引發(fā)的環(huán)境問題逐漸突顯，越來越多的國內(nèi)外學(xué)者開始關(guān)注并研究淡水養(yǎng)殖對局部湖泊環(huán)境的影響。養(yǎng)殖水體環(huán)境監(jiān)測、污染成因分析、生態(tài)養(yǎng)殖技術(shù)、治理技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用已成為各界關(guān)注的熱點(diǎn)。[1]-[7]但是，各種污染物對水體的影響程度量化研究較少，且研究視角多數(shù)是從生物、化學(xué)、環(huán)境學(xué)等角度出發(fā)，對于養(yǎng)殖污染如何控制和處理的研究尚處于初步探索階段。

鑒于此，本文在總結(jié)污染成因的基礎(chǔ)上，篩選出污染控制的關(guān)鍵指標(biāo)，并利用反應(yīng)擴(kuò)散方程原理計(jì)算養(yǎng)殖廢水處理池的容積，能為管理部門和工程設(shè)計(jì)人員提供科學(xué)、可行的建議。

二、水產(chǎn)養(yǎng)殖污染的主要指標(biāo)

以湖北省為例，淡水養(yǎng)殖的主要方式有大湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖、小湖網(wǎng)圍精養(yǎng)和農(nóng)村分散魚塘精養(yǎng)，這些粗放的養(yǎng)殖方式造成了水體不同程度的污染，污染源主要來自投放的餌料、水生動物排出的糞便、投加的肥料、各種添加劑與藥劑以及底質(zhì)釋放，對水體的污染表現(xiàn)為水域氮、磷含量偏高，水體富營養(yǎng)化。[1]

在各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)中，氮和磷被普遍認(rèn)為是水體富營養(yǎng)化最主要的誘因。水庫富營養(yǎng)化程度與水體TN、TP濃度直接相關(guān)，TN 在 0.5~1.5mg／L 之間為富營養(yǎng)型，TP 超過 0.01 mg／L時(shí)，就可能引起富營養(yǎng)化發(fā)生。在網(wǎng)箱養(yǎng)殖水域，散失的餌料和養(yǎng)殖對象的排泄物是投餌網(wǎng)箱養(yǎng)殖水體中磷的主要來源，高密度的投餌網(wǎng)箱養(yǎng)殖造成水體中磷濃度的增加。

此外，BOD（水體中微生物分解有機(jī)物的過程消耗水中DO的量）是表示水體被有機(jī)物污染程度的一個(gè)重要指標(biāo)。水庫網(wǎng)箱養(yǎng)殖產(chǎn)生殘餌和排泄物等有機(jī)物通常都可以被微生物所分解，分解主要依賴于水中的溶解氧，若溶解氧不足以供給微生物需要，部分有機(jī)物氧化不完全，容易產(chǎn)生H2S、NH等有毒氣體，嚴(yán)重時(shí)會引起養(yǎng)殖魚類的大量死亡。天氣變化引起的魚大量翻塘正是這個(gè)原理。一般認(rèn)為BOD小于l mg/L，表示水體清潔；大于3～4mg／L，表示受到有機(jī)物污染。在水質(zhì)條件限制不能做BOD測定時(shí)，可用COD（水體中能被氧化的物質(zhì)在規(guī)定條件下進(jìn)行化學(xué)氧化過程中所消耗氧化劑的量）代替。網(wǎng)箱養(yǎng)殖對水庫水體COD的影響與BOD相類似，其使水庫水體的化學(xué)耗氧量增加。

下面僅以網(wǎng)箱養(yǎng)殖為例，在一些簡化假設(shè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合上述各指標(biāo)，建立相應(yīng)的模型，對水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的處理給出初步的抉擇方案。

三、水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理

根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測所得數(shù)據(jù)，設(shè)廢水中有害物質(zhì)的濃度在某個(gè)區(qū)間內(nèi)，擬采用生物處理法將其濃度降低到環(huán)境保護(hù)法規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)以下，然后排入河流或再利用。生物處理方式是利用微生物的生命活動過程，把廢水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為簡單的無機(jī)物，在有氧供應(yīng)的轉(zhuǎn)化過程中微生物對復(fù)雜有機(jī)物進(jìn)行分解，使一部分有機(jī)物最終轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無機(jī)物，另一部分與微生物合成為新細(xì)胞，而新細(xì)胞可從廢水中分離出來，通過這種方式去除廢水中的有機(jī)物。

為此建立廢水和微生物混合處理池模型。有機(jī)物分解、轉(zhuǎn)化和微生物增殖、衰亡的規(guī)律以及有關(guān)的參數(shù)，由生物化學(xué)的研究、試驗(yàn)結(jié)果所得。[8]

用數(shù)值方法分別對于V=1.6×104m3和V=3×104m3兩種容積計(jì)算有機(jī)物濃度，可得結(jié)果如下圖1、圖2所示。其中，縱軸x的單位為g/m3，橫軸t的單位為h。

圖1

圖2

根據(jù)模型運(yùn)行結(jié)果可知，池內(nèi)有機(jī)物的穩(wěn)定濃度與入池濃度無關(guān)，所以，為了使處理后的穩(wěn)定濃度不超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，池的容積最小應(yīng)為V=1.6×104m3，但是，由動態(tài)過程的計(jì)算知，當(dāng)有機(jī)物的入池濃度突然增加時(shí)，用這個(gè)容積的處理池將有約有1300h機(jī)物濃度，超標(biāo)準(zhǔn)的2倍，且最高達(dá)標(biāo)準(zhǔn)的5倍，即使池的容積增到，也超標(biāo)準(zhǔn)的2倍，最高達(dá)3倍，注意到現(xiàn)實(shí)情況，池子已經(jīng)太大了，再增大容積顯然不可接受，考慮兩個(gè)池子代替一個(gè)大池的雙池模型，類似分析穩(wěn)態(tài)情況得出，應(yīng)選擇較大的V1和較小的V2配合。分別令V1=1.4×104m3，V2=0.7×104m3，和 V1=1.4×104m3，V2=2.5×104m3時(shí)，得出有機(jī)物濃度的曲線如下圖3、圖4：

圖3

圖4

分析動態(tài)過程，對比單池模型和雙池模型時(shí)有機(jī)物濃度的曲線可見，雙池的總?cè)莘e減小近1/3，而處理效果要好得多，這是一個(gè)可行方案，雖然仍有超標(biāo)，但極難出現(xiàn)有機(jī)物入池濃度由10-3突增到10-2的情況。

四、水產(chǎn)養(yǎng)殖污染控制管理策略建議

（一）科學(xué)規(guī)劃湖泊養(yǎng)殖水域，發(fā)展生態(tài)養(yǎng)殖

科學(xué)規(guī)劃湖泊養(yǎng)殖水域，由環(huán)境容量確定水域適宜的生產(chǎn)規(guī)模是解決養(yǎng)殖與環(huán)境間矛盾的有效途徑。確定養(yǎng)殖水體對網(wǎng)圍精養(yǎng)或網(wǎng)箱養(yǎng)殖的負(fù)載能力，對營養(yǎng)元素尤其是氮和磷的負(fù)載能力，最終確定水體的養(yǎng)殖容量，以便科學(xué)規(guī)劃網(wǎng)圍、網(wǎng)箱面積和網(wǎng)箱密度等，減少對環(huán)境的污染，從而實(shí)現(xiàn)對養(yǎng)殖水體的可持續(xù)利用。此外，必須修復(fù)已退化的水生生態(tài)系統(tǒng)。生物修復(fù)投資少，沒有二次污染，具有廣闊的市場和發(fā)展前景，是我國今后治理養(yǎng)殖污染水體最具價(jià)值和生命力的生物工程技術(shù)?，F(xiàn)有主要技術(shù)有[2]：

生物學(xué)技術(shù)，包括通過養(yǎng)殖一些對凈化水質(zhì)有益的魚類或種植一些大型水生生物，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。生物調(diào)控技術(shù)利用的生物基本無副作用，有些本身還是經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品或養(yǎng)殖動物的飼料，既有經(jīng)濟(jì)效益又有環(huán)境生態(tài)效益。

物理和化學(xué)措施，包括施用改良水質(zhì)的物質(zhì)、換水、使用增氧機(jī)等，其目的是為有益生物種類和生態(tài)系的良性運(yùn)轉(zhuǎn)創(chuàng)造最佳條件。增氧、清淤、換水，不僅能直接減少有害物質(zhì)，并對促使有害物質(zhì)和有機(jī)物分解起到事半功倍作用。

（二）加強(qiáng)水產(chǎn)養(yǎng)殖排放水處理技術(shù)的研究，規(guī)范養(yǎng)殖

在健康養(yǎng)殖模式下，除了合理的養(yǎng)殖密度，科學(xué)的放養(yǎng)品種結(jié)構(gòu)之外，規(guī)范處理養(yǎng)殖廢水更不容小覷。我國對集約化養(yǎng)殖排放水處理的研究已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，如貝類養(yǎng)殖處理污水工程技術(shù)、生物凈化工程技術(shù)、魚菜共生工程技術(shù)、人工濕地廢水處理技術(shù)等[3]，對于節(jié)省資金、保護(hù)水環(huán)境以及實(shí)施生態(tài)恢復(fù)重建具有重要意義。在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用各種相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)合理的廢水處理池容積，既滿足魚類健康生長所需空間和基本的進(jìn)排水功能，又具備水質(zhì)調(diào)控和凈化功能，規(guī)范養(yǎng)殖，才能使水體保持良好的生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而扼制水生生態(tài)系統(tǒng)的惡化，減少對水域大環(huán)境的影響。

（三）研發(fā)配制生態(tài)營養(yǎng)飼料，科學(xué)投喂

由于大多數(shù)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢物來自飼料，要降低由此而產(chǎn)生的廢物，應(yīng)注意飼料營養(yǎng)成份和投喂方式。通過選擇飼料中所含的能量值與蛋白質(zhì)含量的最佳比，可以減少飼料中N的排泄，其結(jié)果是單位生物量所排泄的能量減少。此外，采用科學(xué)的投喂方式可減少殘餌量。比如，根據(jù)養(yǎng)殖對象，在生產(chǎn)過程中，按水溫、溶氧、季節(jié)變化、魚體重，隨時(shí)調(diào)整投喂率和投喂量以及投餌次數(shù)和時(shí)間。另外，變投喂沉性料為投喂浮性顆粒餌料和對餌料過篩，可防止碎餌料在水中流失所造成的污染。

（四）提高養(yǎng)殖戶的法制意識，強(qiáng)化法制

為保證水產(chǎn)養(yǎng)殖的社會經(jīng)濟(jì)利益與環(huán)境利益協(xié)調(diào)發(fā)展，政府必須進(jìn)行立法并制定嚴(yán)格的實(shí)施措施。目前中國還沒有完備的水產(chǎn)養(yǎng)殖法規(guī)框架和政策，我國正在積極推進(jìn)和完善以養(yǎng)殖許可證為核心的水產(chǎn)養(yǎng)殖管理制度，加強(qiáng)對水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境、苗種、飼料、漁藥和水產(chǎn)品質(zhì)量等的全面管理。此外，加大水產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系的宣傳、教育力度，提高養(yǎng)殖戶的法制意識以及公眾對水產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)知度，制訂強(qiáng)制性的水產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，凡是不符合標(biāo)準(zhǔn)的水產(chǎn)品，禁止進(jìn)入流通領(lǐng)域。參照質(zhì)量管理強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，建立市場禁入制度。對于產(chǎn)生嚴(yán)重質(zhì)量或環(huán)境污染事件的，永久性禁止相關(guān)單位和個(gè)人從事漁業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營的資格。這樣，多管齊下才能確保我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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