一種模塊化潛流濕地的構(gòu)建及其對水產(chǎn)養(yǎng)殖 廢水處理效果研究

劉 雪，劉興國，曹 娟，劉云飛，曾憲磊

（中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海 200092）

高密度集約化養(yǎng)殖模式的普遍推廣對養(yǎng)殖水環(huán)境造成一定的影響。人工濕地已成為目前處理養(yǎng)殖廢水污染問題的有效途徑。在人工濕地系統(tǒng)中，模塊化人工濕地因具備環(huán)境友好性高、便于更換模塊等優(yōu)點(diǎn)被廣泛關(guān)注。本研究采用一種新型生物模塊構(gòu)建潛流濕地系統(tǒng)并研究其對養(yǎng)殖廢水的處理效果，為實現(xiàn)模塊化人工濕地的推廣和應(yīng)用提供理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

本研究采用褐煤、粉煤灰、水泥以及發(fā)泡劑4 種基質(zhì)制備新型生物模塊，并用該生物模塊構(gòu)建出潛流人工濕地系統(tǒng)。生物模塊及其構(gòu)建的潛流人工濕地系統(tǒng)具體尺寸見參考文獻(xiàn)[1]。

本試驗的潛流濕地構(gòu)建于中國水產(chǎn)科學(xué)研究院池塘生態(tài)工程研究中心，長、寬分別為8.2 m、 3.0 m，約占養(yǎng)殖系統(tǒng)面積的22%。進(jìn)水流量設(shè)為 3 m3/h，水平潛流連續(xù)進(jìn)水。在栽種植物前后試驗時長均為90 d，分為6 個階段。栽種植物為空心菜和梭魚草，數(shù)量比1:4。濕地進(jìn)水為養(yǎng)殖系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水，其水質(zhì)指標(biāo)如下：COD、TP 和TN 的濃度范圍分別為26.21 ～76.00 mg/L、1.55 ～4.10 mg/L、1.36 ～ 5.70 mg/L，pH 范圍為8.15 ～8.43。

COD 采用哈希DR3900 便攜式分光光度儀測定；TP 采用鉬-銻-抗分光光度法測定；TN 采用過硫酸鉀-紫外分光光度法測定；NH4+-N 采用納氏試劑法測定；NO3--N 采用酚外磺酸光度法測定。pH 采用YSI 便捷式測定儀測定。

2 結(jié)果

2.1 COD 去除效果

試驗表明，潛流濕地系統(tǒng)在栽種植物前后對COD的去除率均隨時間的延長而上升，且在相同時間下栽種植物后的去除率較栽種前大。在第6 個階段，栽種植物前后，該系統(tǒng)對COD 的平均去除率分別為67.90%、88.95%，平均出水濃度分別為15.4 mg/L、8.4 mg/L，均低于淡水池塘養(yǎng)殖水排放二級標(biāo)準(zhǔn)（25 mg/L），且栽種植物后出水濃度低于一級標(biāo)準(zhǔn)（15 mg/L）。

2.2 TP 去除效果

試驗表明，潛流濕地系統(tǒng)栽種植物前后對TP的去除率隨著時間的延長均處于穩(wěn)定狀態(tài)，變化幅度較小。6 個階段內(nèi)，栽種植物前對TP 的去除率在81.09%～85.65%，平均去除率為82.51%；栽種植物后對TP 的去除率在80.00%～89.57%，平均去除率為85.41%。栽種植物前后平均出水濃度分別為0.42 mg/L、 0.36 mg/L，均低于淡水養(yǎng)殖廢水排放一級標(biāo)準(zhǔn)（0.5 mg/L）。

2.3 TN 去除效果

試驗表明，潛流濕地系統(tǒng)在栽種植物前后對TN的去除率均隨著時間的延長而上升。在第6 個階段，栽種植物前后對TN 的平均去除率分別為52.38%、83.25%，平均出水濃度分別為0.69 mg/L、0.52 mg/L，均低于淡水養(yǎng)殖廢水排放一級標(biāo)準(zhǔn)（3.0 mg/L）。

3 討論

本研究采用的新型生態(tài)模塊中的主要成分褐煤、水泥以及粉煤灰均有可將COD 組分聚集吸附[2-4]。隨著時間的推移，養(yǎng)殖廢水的連續(xù)進(jìn)水以及褐煤給微生物繁殖提供的大量有機(jī)碳源，使得生物模塊表面逐漸生成生物膜并對有機(jī)物進(jìn)行降解[5]。栽種植物后植物根區(qū)附近介質(zhì)表面生物膜也可對有機(jī)物進(jìn)行降解，進(jìn)而提高COD 的去除率[6]。栽種植物后TP 的去除率較栽種植物前增加并不明顯，這可能是由于植物對TP 的影響較小。陳麗麗等認(rèn)為人工濕地對TP 的去除主要依靠濕地基質(zhì)的物理化學(xué)作用[7]。此外，選擇富含Ca、Al 或Fe 的介質(zhì)做濕地基質(zhì)可提高濕地對TP 的去除率[8]。

本研究制備的生物模塊中的基質(zhì)粉煤灰，具有大量的CaO、Al2O3、FeO 等成分，同時基質(zhì)中的水泥主要成分為CaCO3，因此該系統(tǒng)可有效地對TP 進(jìn)行去除。此外，研究表明，人工濕地對氮的去除主要包括基質(zhì)吸附、過濾以及植物吸收、微生物硝化反硝化作用等[9]。栽種前，該系統(tǒng)可能是依靠生物模塊的吸附、過濾以及表面形成的生物膜的硝化反硝化等對TN 去除。栽種后，除上述機(jī)理外，植物根系微生物硝化及反硝化作用和植物吸收也起了作用。隨著時間的延長，該系統(tǒng)運(yùn)行更為穩(wěn)定，其對TN 的去除率也逐漸上升。綜上所述，本研究構(gòu)建出的潛流濕地系統(tǒng)可有效地對養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理，且栽種植物后去除效果更好。

4 結(jié)論

在第6 個階段，栽種植物前后對COD 和TN 的平均去除率分別為67.90%、52.38% 和88.95%、83.25%，栽種植物后去除效果明顯增強(qiáng)。栽種植物前后對TP 的去除率在6 個階段內(nèi)變化均不明顯，栽種植物前后平均去除率分別為82.51%、85.41%。栽種植物后，去除效果無明顯增加。