CN103351086B - 一种海水养殖池塘排放水生态处理循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海水养殖池塘排放水生态处理循环系统，其特征在于：包括引水生态沟渠，所述引水生态沟渠的起始端与近岸海域水体连通，通过涨落潮引入海水，并设置闸门，其末端通过溢流管与生态砾石床的起始端连通；所述生态砾石床的末端通过溢流管与前置库的起始端连通，所述前置库的末端通过溢流管与海水养殖池塘的起始端连通；所述海水养殖池塘的末端的下部通过排水管与引水生态沟渠的起始端的上部连通，并设置水泵提供排水动力。所述生态砾石床自下而上布置自大而小三种不同粒径的砾石，顶部种植水生植物；所述前置库自起始端到末端分为水深逐步降低的深水区，生态浮床区，水源区，所述深水区种植沉水植物，生态浮床区布置生态浮床。

Description

一种海水养殖池塘排放水生态处理循环系统

技术领域

本发明涉及一种海水养殖池塘排放水生态处理循环系统，属于水污染生态修复技术领域。

背景技术

海水养殖业是我国沿海经济发展一个极具发展潜力的产业，它不仅为人们提供了优质的食物蛋白质，同时对引导渔民转产转业，解决沿海渔民生产、生活出路、保持渔区经济发展和社会稳定都具有重要意义。近年来由于过分地追求养殖产量，在海水鱼虾蟹池塘养殖的过程中片面提高养殖对象的放养量，过多地投放饵料和各类药物，而海水养殖池塘作为一种简单化的生态系统，其内部的食物链造成了生态系统内部的效率低下、物质流动和能量流动的阻塞，意味着养殖池塘生态系统将会进行大量的废物输出，包括残饵及其它各种各样的代谢废物，这便成为了引起海域生态危机的污染源之一。随着生产的发展,养殖总量超过了水域容纳量,海水养殖与沿岸的生态环境之间的矛盾越来越突出。海水养殖池塘本身需要清洁水源，其自身又是近岸水域的一个污染源。近海水域污染问题日益突出，不仅影响养殖业的发展，而且涉及到产品的质量、安全问题，如何改善海域环境以实现养殖业的持续健康发展成为亟待解决的问题。

海水养殖池塘排放水所引发的一系列环境污染问题始终困扰着人们，各国科学家都在积极研究各种技术，力争早日攻克这一难题。长期以来主要通过清淤、沉淀、过滤等物理方法去除污染物或使用化学试剂等。虽然处理方法的速度较快，但处理成本较高，易产生二次污染等缺陷。在日益提倡节能减排、生态健康养殖的背景之下，积极探索海水养殖池塘排放水净化技术，尤其是生态修复技术是当前水产养殖业污染控制研究的热点。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，现有的海水养殖池塘，生态污染严重，而长期以来所采用的清淤、沉淀，过滤等物理方法或采用化学试剂的化学方法，虽然处理速度快，但是处理成本较高，容易产生二次污染；现有的生态修复技术较单一，对于海水养殖池塘，没有一套完整生态修复的方案，海水养殖池塘的生态修复除了考虑水体净化之外，还需要考虑配合引入海水的步骤以及水体富氧、酸碱度等因素。

前置库系统就是一种处理水污染的系统。

前置库英文称pre-dam或pre-reservoir，从20世纪50年代末起，德国、丹麦、前捷克先后开展了利用前置库治理水体的富营养化的研究和实践，相关文献有Klaus Pütz,Jürgen Benndorf,The importance ofpre-reservoirs for the control of eutrophication of reservoirs,Water Science and Technology,1998,37(2):317-324。在我国滇池和太湖流域面源污染控制中也运用了此项目技术，先后有文章进行了介绍：杨文龙等，前置库在滇池非污染源控制中的应用研究，云南环境科学，1996,15（4）：8-10；张毅敏等，前置库技术在太湖流域面源污染控制中的应用探讨，环境污染与防治，2003,25（6）：342-344。

经典的前置库是在入湖口筑坝，建成位于主体湖泊水库上游的小型水库，用于截流进入主体水库的污染物。在以往的国内外研究中，前置库多应用于河流湖泊周边的面源污染控制，在净化海水养殖池塘水体且循环利用方面尚无应用的前例。

本发明采取以下技术方案：

一种海水养殖池塘排放水生态处理循环系统，包括引水生态沟渠，所述引水生态沟渠的起始端与近岸海域水体连通，通过涨落潮引入海水并设置闸门，其末端通过溢流管与生态砾石床的起始端连通；所述生态砾石床的末端通过溢流管与前置库的起始端连通，所述前置库的末端通过溢流管与海水养殖池塘的起始端连通；所述海水养殖池塘的末端的下部通过排水管与引水生态沟渠的起始端的上部连通，并设置水泵提供排水动力。所述生态砾石床自下而上布置自大而小三种不同粒径的砾石，顶部种植水生植物；所述前置库自起始端到末端分为水深逐步降低的深水区，生态浮床区，水源区，所述深水区种植沉水植物，生态浮床区布置生态浮床。

进一步的，所述引水生态沟渠与海水养殖池塘平行布置，所述生态砾石床与前置库平行布置。

进一步的，所述生态沟渠，生态砾石床的横截面均呈倒梯形。

进一步的，所述生态沟渠的中后部种植挺水植物。

进一步的，所述深水区水深1-2m，占前置库面积的40%，并放置生物网箱，网箱内放置滤食性贝类；所述生态浮床区水深0.8-1.5m，占前置库面积的20%；水源区水深0.5-1.5m，占前置库面积的40%。

本发明的创新点在于将现有技术集成应用于海水养殖池塘领域，通过现有技术的集成，净化海水养殖池塘排放水，实现了海水养殖池塘排放水的循环利用，达到节水减排的健康养殖模式的要求。现有技术前置库主要应用于江河湖泊淡水流域的面源污染处理，侧重点在于减轻面源污染对江河湖泊淡水流域的污染贡献率。而本发明设计了一种海水养殖池塘排放水生态处理循环系统，利用海水养殖池塘对角进排水的结构实现水体流动，将生态沟渠、砾石床、前置库和养殖池塘有机的结合在一起，形成了水流循环，并通过水泵一级动力提升，实现海水养殖池塘排放水净化和循环利用。

前置库采用深度递减的方式，水源区深度最低，从而在场地面积足够的前提下，通过降低水源区的水深，使水体和空气更充分的接触，还起到了增加水体富氧的效果。

本发明的有益效果在于：

1）海水养殖池塘净化成本低，引入海水稀释了排放水的污染物浓度，同时起到缓冲调节、沉淀泥沙及悬浮物的作用。

2）水体净化彻底，不产生二次污染，净化效果好。

3）主要应用于海水养殖池塘，处理效果稳定，能同时去除池塘排放水中的悬浮物、有机物、氮和磷等污染物质，与传统的海水养殖池塘相比，通过强化前置库系统循环利用的海水养殖池塘可节约养殖用水55%～68%，减少CODCr排放65%～80%，减少氨氮排放51%～62%，达到了节能减排、健康养殖的要求。

附图说明

图1是本发明海水养殖池塘排放水生态处理循环系统的整体布局示意图。

图2是对引水生态沟渠、生态砾石床、前置库、海水养殖池塘之间通过溢流管，利用高度差产生的重力作用，进行水体传递的示意图。

图3是生态沟渠的俯视示意图。

图4是图3中A-A向的剖视图。

图5是生态砾石床的横剖面示意图。

图6是前置库的俯视示意图。

图7是前置库深水区内种植沉水植物的放大示意图。

图8是海水养殖池塘的俯视示意图。

图中，8、生态沟渠前端泥沙沉淀区；9、生态沟渠后端水生植物区；10、挺水植物；14、水生植物；15、厚度20cm的砾石层（粒径1～4mm）；16、厚度30cm的砾石层（粒径4～8mm）；17、厚度50cm的砾石层（粒径16～32mm）；19、沉水植物；20、滤食性贝类；21、生态浮床；22、浮床植物；23、水源区；图中箭头表示水流方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

参见各附图，附图中的箭头表示水流方向。

本实施例的海水养殖池塘排放水生态处理循环系统由四个单元构成：引水生态沟渠、生态砾石床、前置库净化系统和海水养殖池塘。通过各处理单元的有机结合，各自发挥处理功能，实现最佳的净化效果。各处理单元的面积可根据海水养殖池塘排放水的污染物浓度进行设计。各个单元的具体组成如下：

（a）引水生态沟渠：

针对海水养殖池塘利用近海水域潮汐涨落引水的特点，本发明中引水生态沟渠利用建立闸站来实现引入海水和受纳海水养殖池塘排放水，二者形成混合水，稀释了排放水的污染物浓度，同时起到缓冲调节、沉淀泥沙及悬浮物的作用。引水生态沟渠在设计上可利用养殖池塘的引排水沟渠构建，也可为梯形结构，长为100～200m，宽为2～6m，水深1.0～2.0m，前端主要起到引水中泥沙的沉淀作用，需定期人工或机械清淤；后端为挺水植物区，以种植密度高的挺水植物为主，建成生物格栅，起到拦截、沉淀处理，防止或延缓后续生态砾石床的堵塞，同时对引水中的氮、磷以及其他有机污染物也有一定的去除作用，挺水植物可选用芦苇、香蒲、菖蒲、蒿等，种植密度10～15株/m²。

（b）生态砾石床：

生态砾石床由不同粒径的砾石堆筑而成，长10～50m，宽1～20m，砾石床的级配自上而下为，厚度20cm的砾石，直径1～4mm，厚度30cm的砾石，直径4～8mm，厚度50cm的砾石，直径16～32mm，表层种植芦苇等水生植物，种植密度10～15株/m2，砾石床种植的植物、砾石孔隙与植物根系周围的微生物形成的网状结构，高效过滤水体中的悬浮污染物，并去除部分有机物和氮磷营养盐。

（c）前置库：

前置库在设计上可利用废弃鱼塘或原有的储水区改造而成，面积为养殖池塘面积的5%～15%。前端为深水区，占前置库面积的40%，水深约1.0～2.0m，种植沉水植物（伊乐藻、金鱼藻等），并放置生物网箱，网箱内放置滤食性贝类（泥螺、海瓜子、缢蛏、青蛤等），放养密度0.05kg/m2。沉水植物可以吸收底泥中的氮、磷等营养盐生长，也可能进一步吸收水体里的氮、磷，因而生长不会因为水质太瘦而减缓，这样可以维持比较大的生物量，当水质过肥时可有效去除水体的氮、磷等营养盐。沉水植物也可进一步沉淀悬浮物质，同时通过植物在水下的光合作用补充水体氧气，一些有害物质也可以在这个区域通过氧化而下降。中端为生态浮床区，占前置库面积的20%，水深0.8～1.5m，可构建生态浮床，浮床植物可为水芹菜、空心菜等。末端为水源区，占前置库面积的40%，水深0.5～1.5m，利用高差为养殖池塘提供水源。前置库的四周为3～5m宽的芦苇等挺水植物种植区。除了利用高效的生物浮床、生物操纵技术、水生植物带等强化去除氮、磷和有机物外，前置库还起到了调节储存养殖池塘用水的作用。

（d）海水养殖池塘。

海水养殖池塘的面积约20～100亩，也可分为3～5个池塘，主要进行鱼虾蟹的养殖，从前置库的水源区进水，排放水通过一级动力直接进入引水生态沟渠，与引水混合稀释后进入强化前置库系统进行处理后循环利用，达到了零排放的要求。

本发明根据自由沉降、水生植物拦截吸收、填料的过滤拦截及微生物的净化原理，设计了一种海水养殖池塘排放水生态处理循环系统，再加上引水的稀释作用，去除了海水养殖池塘排放水中的悬浮物、有机物、氮和磷等污染物质。为杭州湾及其它近海区域海水养殖池塘排放水生态处理循环系统建设提供了科学的、有效的可供借鉴的技术。与传统的海水养殖池塘相比，通过生态处理循环利用的海水养殖池塘系统主要有如下作用：

1.减少CODCr排放65%～80%。

2.减少氨氮排放51%～62%。

3.节约养殖用水55%～68%。

4.降低了海水养殖池塘排放水对附近海域的污染，达到了节能减排、健康养殖的要求。

对本实施例进行进一步细化说明如下：

在浙江省慈溪市所辖的杭州湾近岸海域进行了海水养殖池塘排放水生态处理循环系统构建工程。该海域通过海水养殖池塘排入了大量的有机物和氮磷营养盐，导致近海岸水域水质污染较为严重。本生态处理循环系统工程采用一级动力排水和近海水域潮汐涨落引水，设计水力负荷为0.20m³/m²/d，生态处理循环系统水面面积设计为4000m²。此生态处理循环系统的容积为5000m³，有效容积4800m³，进水量为800m³/d，水力停留时间为6_d。工程采用挖机进行土方施工，各单元之间相互隔断，并以PE管连通。

（1）引水生态沟渠：面积为长120m×宽3m=360m²，水流方向与宽3m方向平行，设计水深1.5m，前端40m，不种植水生植物；末端80m，种植芦苇，种植密度为15株/m²。接纳的池塘排放水和引入海水混合，经引水生态沟渠的前端沉淀、末端生物格栅拦截后通过溢流管与下一单元连通。

（2）生态砾石床：生态砾石床由不同粒径的砾石堆筑而成，面积为长14m×宽10m=140m²，水流方向与宽10m方向平行，砾石床的级配自上而下为，厚度20cm的砾石，直径1～4mm，厚度30cm的砾石，直径4～8mm，厚度50cm的砾石，直径16～32mm，表层种植芦苇和香蒲，按照1：1比例混种，种植密度15株/m²；生态砾石床的出水通过溢流管与下一单元连通。

（3）前置库：前置库利用废弃鱼塘改造而成，形状为不规则的长方形，面积约为3500m²。前端为深水区，占前置库面积的40%，水深约1.0～2.0m，种植沉水植物（伊乐藻、金鱼藻等），种植密度为4丛/m2，并放置生物网箱，网箱内放置滤食性贝类（泥螺、海瓜子、缢蛏、青蛤等），放养密度0.05kg/m²。中端为生态浮床区，占前置库面积的20%，水深0.8～1.5m，由7个长20m、宽5m的小浮床构建而成，浮床植物为水芹菜、空心菜，种植密度32株/m²。末端为水源区，占前置库面积的40%，水深0.5～1.5m，利用高差为养殖池塘提供水源。前置库的四周为3～5m宽的芦苇种植区，种植密度15株/m²。

（4）海水养殖池塘：面积约60亩，主要进行台湾青蟹的养殖，设计为对角进排水的结构，从前置库的水源区进水，排放水通过一级动力直接进入引水生态沟渠，与引水混合稀释后进入强化前置库系统进行处理后循环利用。

经本系统处理以后的出水，主要常规指标均有所改善，见下表，节约养殖用水62%。

Claims (4)

1.一种海水养殖池塘排放水生态处理循环系统，其特征在于：

包括引水生态沟渠，所述引水生态沟渠的起始端与近岸海域水体连通，通过涨落潮引入海水，并设置闸门，其末端通过溢流管与生态砾石床的起始端连通；

所述生态砾石床的末端通过溢流管与前置库的起始端连通，所述前置库的末端通过溢流管与海水养殖池塘的起始端连通；

所述海水养殖池塘的末端的下部通过排水管与引水生态沟渠的起始端的上部连通，并设置水泵提供排水动力；

所述生态砾石床自下而上布置自大而小三种不同粒径的砾石，顶部种植水生植物；

所述前置库自起始端到末端分为水深逐步降低的深水区，生态浮床区，水源区，所述深水区种植沉水植物，生态浮床区布置生态浮床；

所述深水区水深1-2m，占前置库面积的40％，并放置生物网箱，网箱内放置滤食性贝类；所述生态浮床区水深0.8-1.5m，占前置库面积的20％；水源区水深0.5-1.5m，占前置库面积的40％；

海水养殖池塘设计为对角进排水结构。

2.如权利要求1所述的海水养殖池塘排放水生态处理循环系统，其特征在于：所述引水生态沟渠与海水养殖池塘平行布置，所述生态砾石床与前置库平行布置。

3.如权利要求1所述的海水养殖池塘排放水生态处理循环系统，其特征在于：所述生态沟渠，生态砾石床的横截面均呈倒梯形。

4.如权利要求1所述的海水养殖池塘排放水生态处理循环系统，其特征在于：所述生态沟渠的中后部种植挺水植物(10)。