濕地處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的實(shí)驗(yàn)研究

許 敏，梁 越，劉小真，*，肖遠(yuǎn)東，汪月華，李朋圖，何 畏

(1.南昌航空大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，江西 南昌 330063;2.南昌大學(xué) 鄱陽湖環(huán)境與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330031;3.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 國(guó)土資源與環(huán)境學(xué)院，江西 南昌 330045)

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，大批規(guī)?；a(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)相繼建成，大量的畜禽糞便作為魚貝類的餌料及浮游生物的肥料投到水域中，或有些畜禽養(yǎng)殖廢水直排入水庫、水塘養(yǎng)魚，給水體帶來嚴(yán)重污染，如:引起水體富營(yíng)養(yǎng)化，對(duì)地下水水質(zhì)造成破壞，部分水生生物死亡、甚至于危害人體健康[1]。國(guó)家在“十二五”期間除控制工業(yè)污染源和生活污染源外，還將養(yǎng)殖業(yè)廢水污染物納入總量減排指標(biāo)[2]。針對(duì)畜禽養(yǎng)殖廢水國(guó)內(nèi)外已開發(fā)出多種處理技術(shù)，如人工濕地、三級(jí)串聯(lián)人工快滲系統(tǒng)、厭氧消化技術(shù)、礦化垃圾濕地等都對(duì)畜禽養(yǎng)殖廢水有很好的處理效果[3－8]。利用氧化塘法處理畜禽養(yǎng)殖廢水，不但投資少、運(yùn)行成本低，而且處理效果好、管理簡(jiǎn)單，會(huì)產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益[9]。氧化塘屬于自然處理法，通過其中的水生生物來降低水體中的有機(jī)物含量，同時(shí)提高溶解氧的含量，并適當(dāng)除去水中的氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，減輕水體富營(yíng)養(yǎng)化的程度[10]。但從水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的角度，來探討氧化塘或濕地對(duì)其廢水處理效果及其相關(guān)機(jī)理少有報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)以鵪鶉糞作為肥料，以水葫蘆為主要的水生生物，開展氧化塘處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的實(shí)驗(yàn)研究。

1 材料與方法

1.1 供試材料

有機(jī)肥來源:鵪鶉糞來自南昌市某養(yǎng)殖場(chǎng)。

水生植物:來自某池塘的水葫蘆。實(shí)驗(yàn)選擇水葫蘆作為水生植物的原因:一是水葫蘆喜溫好濕植物，能耐5℃左右的低溫，在25～35℃下生長(zhǎng)最快，而且速度驚人;二是水葫蘆根系發(fā)達(dá)，對(duì)氮、磷、鉀等多種無機(jī)元素有較強(qiáng)的富集作用，對(duì)部分有機(jī)污染物有很強(qiáng)的吸收和促進(jìn)降解能力，是治理水體污染較好的水生植物[11－12]。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

氧化塘的整體構(gòu)造如圖1所示，由自然濕地挖掘而成，A、B、C、D池中放置了水葫蘆;E池一半為自然濕地，另一半為人工濕地，后半部放置水葫蘆;F池為自然濕地，水生植物為雜草，主要為禾本科雜草、莎草科雜草、豆科雜草;A、B、C、D 4個(gè)池子大小相近，面積11 m2，深度0.8 ～1 m，E、F 2 個(gè)池子大小相近，面積22 m2，深度0.8 ～1 m。

因?qū)嶒?yàn)進(jìn)水為養(yǎng)殖廢水，水質(zhì)較差，水葫蘆宜采用自然栽植。在實(shí)驗(yàn)開始前期，選取部分長(zhǎng)勢(shì)良好且大小適中處于生長(zhǎng)初期的水葫蘆進(jìn)行種植，覆蓋度以1/3為最佳，且A、B、C、D池中所種植的水葫蘆數(shù)量相同，E池中人工濕地放置了水葫蘆。水葫蘆種植后，暫不放入肥料，待水葫蘆生長(zhǎng)一段時(shí)間后開始投入肥料，使水葫蘆逐漸適宜廢水。

分別在A池中放入4 kg肥料，B池中放入3 kg肥料，C池中放入2 kg肥料，D池中放入1 kg肥料，且同時(shí)在E、F兩池中分別加入4 kg肥料。

圖1 氧化塘平面Fig.1 The plane graph of oxidation pond

1.3 分析方法

實(shí)驗(yàn)周期為1周，每2 d檢測(cè)1次水質(zhì)，水樣分析按照《水和廢水檢測(cè)分析方法》[13]進(jìn)行，其中水質(zhì)指標(biāo)COD、TN、TP分別采用重鉻酸鉀法、過硫酸鉀氧化－紫外分光光度法、鉬銻抗分光光度法進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 水質(zhì)外觀變化

初始放入肥料后，各個(gè)池子水體色澤渾濁，顏色偏黑，有惡臭味。經(jīng)過氧化塘處理后，水體外觀變化明顯，水體色澤清澈，能看清水下生物，無明顯惡臭味。

2.2 氧化塘對(duì)各種污染物的去除效果

根據(jù)本氧化塘的現(xiàn)場(chǎng)情況及肥料的投放位置，投入肥料后穩(wěn)定2 h，每個(gè)池均選取5個(gè)具有代表性的采樣點(diǎn)取樣，測(cè)其水質(zhì)指標(biāo)COD、TN、TP，求平均值作為各個(gè)池中水污染物的初始濃度(表1)，每?jī)商觳?次樣，檢測(cè)1次水質(zhì)指標(biāo)，結(jié)果表明，水中COD、TP、TN的濃度基本趨于逐漸變小的趨勢(shì)，肥料投放1周后，數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)檢測(cè)結(jié)果的均值為處理效果評(píng)價(jià)結(jié)果(表2)。

表1 2 h后水中污染物的濃度Tab.1 Pollutant concentration of water after two hours

表2 1周后水污染物的濃度Tab.2 Pollutant concentration of water after one week

2.2.1 對(duì)COD的去除效果 E池中COD的去除率達(dá)到55%以上，F(xiàn)池中COD的去除率為38.46%(表3)。E池與F池面積相近，水污染物初始濃度相近，E池中的水生植物為雜草和水葫蘆;F池為自然濕地，水生植物為雜草;每2 d對(duì)E池與F池檢測(cè)1次COD，分別計(jì)算出各自的去除率，對(duì)其作相關(guān)分析，得知:r=0.999，P=0.034＜0.05，說明 E池水葫蘆作用下的COD去除率大于F池自然濕地作用下的去除率，水葫蘆能更好的吸收COD。A、B、C、D池中COD的去除率均達(dá)到55%以上，說明COD在200～1 000 mg/L時(shí)，水葫蘆對(duì)不同濃度的COD的去除效果沒有明顯的不同。

表3 污染物去除效果Tab.3 Removal efficiency of pollutants

2.2.2 對(duì)TP的去除效果 陳德強(qiáng)等[14]報(bào)道，人工濕地－氧化塘工藝組合小試系統(tǒng)對(duì)TP具有一定的去除能力，去除率為37.4% ～42.5%(＜50%);張憲中等[15]報(bào)道，水體中自然存在的微生物、浮游生物等對(duì)總磷具有一定的降解能力，種養(yǎng)水葫蘆能進(jìn)一步增強(qiáng)總磷的降解。本實(shí)驗(yàn)中，種植水葫蘆的A、B、C、D 池對(duì)TP的去除率分別為67.33%、64.91%、62.28%、65.23%(表3)，遠(yuǎn)高于50%，水葫蘆能進(jìn)一步增強(qiáng)總磷的降解，符合上述研究結(jié)果;E池對(duì)TP的去除率略微高于F池對(duì)TP的去除率，表明水葫蘆和自然濕地對(duì)總磷的吸收能力相近。

2.2.3 對(duì)TN的去除效果 陳雄偉等[16]報(bào)道，當(dāng)外加氮濃度超過70.0 mg/L時(shí)，就會(huì)對(duì)水葫蘆的生長(zhǎng)產(chǎn)生迫害，根系活力和根系的過氧化物酶活性都大大降低，影響植株的生長(zhǎng)。本實(shí)驗(yàn)廢水中氮的濃度均未超過70.0 mg/L，水葫蘆生長(zhǎng)正常。

實(shí)驗(yàn)開始時(shí)在A、B、C、D池中肥料的投放量呈遞減趨勢(shì)，即總氮上TN的初始濃度呈遞減趨勢(shì)(表1);A－D池對(duì)TN的去除率為54.13% ～67.17%，平均去除率為59.16%;除了肥料的投放量外，A、B、C、D池中其它條件基本相同，A池對(duì)TN的去除率最高，D池最低(表3)。氧化塘通過物理因素，如沉淀、吸附，化學(xué)因素，如氧化和還原，以及生物因素如水體中自然存在的微生物、浮游動(dòng)物、植物等，對(duì)COD、總氮、總磷進(jìn)行降解。A池肥料的投放量較大，微生物及浮游動(dòng)物等的生長(zhǎng)更多，可能加速了TN的去除;同時(shí)水葫蘆根際微生物的增強(qiáng)提高了氧化塘凈化水質(zhì)的能力，使其凈化效果更明顯。

3 結(jié)論

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)比較了濕地和水葫蘆對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中各污染物指標(biāo)的處理效果。

(1)在本氧化塘系統(tǒng)中，COD的去除率為57.62% ～65.24%，平均去除率為61.35%;TP的去除率為62.28% ～67.33%，平均去除率為64.94%;TN的去除率為54.13% ～67.17%，平均去除率為59.16%。

(2)對(duì)COD的去除效果，水葫蘆人工濕地大于自然濕地(雜草)，水葫蘆能更好的吸收COD;但在總氮和總磷的吸收方面，2個(gè)池子處理水平相近，本氧化塘系統(tǒng)中，水葫蘆和自然濕地對(duì)總氮總磷的吸收能力相近。

(3)中國(guó)農(nóng)村人口占較大比例，大多靠近邊遠(yuǎn)山區(qū)，本實(shí)驗(yàn)方法易于實(shí)施，尤其適合中小城鎮(zhèn)及偏遠(yuǎn)農(nóng)村的水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理，有利于解決經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與環(huán)境日益惡化之間的矛盾。國(guó)內(nèi)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研究和應(yīng)用尚處于起步階段，氧化塘法處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水將會(huì)有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

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