水培植物對(duì)農(nóng)家樂餐飲廢水的凈化效果研究

應(yīng)俊輝　陳茂銓　王東明　陳兵紅

摘要[目的] 為農(nóng)家樂廢水污染的水體實(shí)施生態(tài)修復(fù)提供研究基礎(chǔ)。[方法] 以農(nóng)家樂餐飲廢水為凈化對(duì)象，選取春羽、鵝掌柴、虎皮蘭和綠蘿這4種常見水培植物進(jìn)行廢水凈化效果試驗(yàn)。[結(jié)果] 春羽、鵝掌柴、虎皮蘭和綠蘿對(duì)農(nóng)家樂餐飲廢水均具有較好的凈化能力，對(duì)CODCr的去除率為48.5%～77.7%，TP的去除率達(dá)91.2%，NH+4N的去除率達(dá)89.8%，均優(yōu)于對(duì)照處理。[結(jié)論] 春羽、虎皮蘭對(duì)農(nóng)家樂餐飲廢水具有良好的耐污能力和適應(yīng)性。

關(guān)鍵詞水培植物；餐飲廢水；農(nóng)家樂；廢水處理

中圖分類號(hào)S682.32；X703.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）09-02693-03

基金項(xiàng)目浙江省科技廳計(jì)劃項(xiàng)目（2012R30048）；浙江省麗水市公益性技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目（2013JYZB06）。

作者簡介應(yīng)俊輝（1976- ），男，浙江縉云人，講師，工程師，碩士，從事農(nóng)村水污染控制及生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究。

近年來，農(nóng)家樂休閑旅游業(yè)作為一種新型的休閑方式呈現(xiàn)出迅猛的發(fā)展勢頭。2012年發(fā)布的浙江省國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)數(shù)據(jù)顯示，全省累計(jì)發(fā)展農(nóng)家樂休閑旅游特色村（點(diǎn)）2 765個(gè)，從業(yè)人員10.2萬人，營業(yè)收入達(dá)70.5億元。農(nóng)家生活、田園風(fēng)情以及村風(fēng)民俗，讓人們休閑的同時(shí)，也帶來了環(huán)境污染，特別是其中餐飲廢水污染問題尤為典型。

目前，謝志剛等開展的農(nóng)家樂污水中溶解性有機(jī)質(zhì)的三維熒光特性研究表明，農(nóng)家樂污水經(jīng)受納水體稀釋和凈化后，類蛋白質(zhì)熒光強(qiáng)度仍遠(yuǎn)高于地表水，其對(duì)受納水體的污染不容忽視[1]。對(duì)于農(nóng)家樂廢水的處理，王銳等提出了2種技術(shù)思路，即結(jié)合當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境特征選擇集中式處理技術(shù)或分散式處理技術(shù)[2]。部分學(xué)者采用生物強(qiáng)化絮凝/垂直潛流濕地[3]、A/O+復(fù)合流人工濕地[4]、厭氧結(jié)合人工濕地[5]等組合工藝開展集中式處理技術(shù)研究；另一部分學(xué)者結(jié)合大多數(shù)農(nóng)家樂相對(duì)偏僻的地理位置特點(diǎn)，開展了多介質(zhì)土壤層系統(tǒng)[6]、復(fù)合人工濕地[7]、小型一體化 MBR 系統(tǒng)[8]等分散式處理技術(shù)的研究。這些研究均為農(nóng)家樂廢水處理提供了有效的技術(shù)參考，但距離低成本、管理方便的要求還存在一定的距離，特別是集中式處理技術(shù)在許多農(nóng)村地區(qū)實(shí)施難度很大。目前水培植物的污水凈化研究剛剛興起，從配合農(nóng)家樂景觀造景的角度出發(fā)，更有雙贏的實(shí)用價(jià)值。因此，筆者選取春羽、鵝掌柴、虎皮蘭和綠蘿等4種常見水培植物開展農(nóng)家樂廢水凈化效果試驗(yàn)，通過對(duì)比選取較優(yōu)植物種類，并為農(nóng)家樂廢水污染的水體實(shí)施生態(tài)修復(fù)提供新思路。

1試驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究方法

1.1工藝設(shè)計(jì)結(jié)合農(nóng)家樂餐飲廢水的特點(diǎn)，選擇“格柵-隔油-水培凈化池”模式處理廢水，把“格柵-隔油”作為前處理，將過濾、沉淀和隔油后的出水引入水培凈化試驗(yàn)池，經(jīng)水培植物凈化處理后再出水排放。具體凈化工藝流程如圖1所示。

1.2供試植物試驗(yàn)選擇目前市場較常見的4種水培植物：春羽（Philodenron selloum Koch）、鵝掌柴（Schefflera octophylla Lour.Harms）、虎皮蘭（Sansevieria trifasciata）和綠蘿（Scindapsus aureum）。

供試植物均來自麗水職業(yè)技術(shù)學(xué)院水培培育場。凈化試驗(yàn)前，所選水培植物生長狀況良好，無枯葉等明顯病狀特征。并提前7 d將水培植物從營養(yǎng)液生長環(huán)境移至清水環(huán)境進(jìn)行試前馴化培養(yǎng)。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)考慮給予水培植物較適宜的凈化負(fù)荷，供試樣液為當(dāng)?shù)匾患肄r(nóng)家樂餐飲廢水經(jīng)“格柵-隔油”前處理后的出水。供試樣液水質(zhì)主要指標(biāo)中pH為6.84，COD、TP、NH+4N、油脂分別為381.22、3.41、25.60、41.49 mg/L。

將75 L供試水樣注入0.50 m（長）×0.50 m（寬）×0.40 m（高）的方形水池中，然后將經(jīng)馴化的水培植物移入水池，水培根系在移入前用吸水紙進(jìn)行無損傷清理，減少干擾水分帶入。設(shè)無植物水池作為空白對(duì)照，同步開展水質(zhì)指標(biāo)的測定。試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)重復(fù)組，并定期補(bǔ)充蒸餾水至水池內(nèi)的起始水位，以克服由水分蒸發(fā)和植物蒸騰損失水分帶來的濃度誤差。

試驗(yàn)期正值春夏交接，當(dāng)?shù)貧鉁貫?0～20 ℃左右，每15 d為一個(gè)試驗(yàn)周期，在凈化試驗(yàn)中的第0、3、6、9、12、15天取水樣，共6次，每次取樣100 ml，同步開展水質(zhì)指標(biāo)測定。

1.4分析方法試驗(yàn)期間定期開展植株生長狀態(tài)觀測和水質(zhì)測定試驗(yàn)。通過對(duì)植株最長根長、最高株高、最寬葉寬、CODCr、TP、NH+4N和pH等主要指標(biāo)的定期觀測，研究水培植物的生長狀態(tài)和凈化處理效果。其中，CODCr用快速消解分光光度法（HJ/T 3992007）測定；TP用鉬酸銨分光光度法（GB/T 1189389）測定；NH+4N用納氏試劑分光光度法（HJ 5352009）測定；pH用玻璃電極法（GB/T 692086）測定。

2結(jié)果與分析

2.1水培植物生長情況分析試驗(yàn)期間，供試植物整體生長狀況良好，葉片翠綠，均無明顯枯黃葉片出現(xiàn)，說明供試植物對(duì)農(nóng)家樂餐飲廢水具有較強(qiáng)的耐污能力和適應(yīng)性，生長狀況基本不受影響。表1數(shù)據(jù)顯示，4種供試植物水生根長、植株高和葉片寬均有不同程度的生長增量。其中，春羽和虎皮蘭平均生長增量接近45%，增幅明顯，具有一定的適應(yīng)性優(yōu)勢；鵝掌柴和綠蘿平均生長增量相對(duì)較低，分析與植株自身生長速率相關(guān)，但不足以直接說明適應(yīng)性的劣勢。但從45 d的生長狀態(tài)來看，綠蘿生長增量不足16%并出現(xiàn)少許的爛根現(xiàn)象，明顯滯后于其他種類，說明其適應(yīng)性相對(duì)要差。

2.2pH變化情況分析試驗(yàn)期間，供試水樣呈現(xiàn)弱酸性，與餐飲廢水的常規(guī)酸堿特性[9]相符合。如圖2所示，供試水樣pH一直在6～7之間震蕩，說明水培植物對(duì)農(nóng)家樂餐飲廢水pH沒有明顯調(diào)節(jié)作用，其中水培春羽甚至存在進(jìn)一步降低水體pH的可能。結(jié)合農(nóng)家樂餐飲廢水呈現(xiàn)弱酸性的基本特征，對(duì)常規(guī)處理設(shè)施存在一定的腐蝕性，從而影響污水處理工藝的穩(wěn)定運(yùn)行，可以考慮適當(dāng)采取pH調(diào)節(jié)措施。

圖2pH變化情況2.3CODCr的凈化效果分析處理進(jìn)程中，各供試植物對(duì)CODCr的去除效果明顯，但凈化效果差異也較大。如圖3所示，春羽和虎皮蘭的CODCr去除率較好，達(dá)到76.0%、77.7%；鵝掌柴的CODCr去除率達(dá)到69.0%；綠蘿的CODCr去除率最低，只有48.5%。整個(gè)凈化過程基本呈現(xiàn)2個(gè)階段，一是前9 d的快速去除階段，二是后6 d的緩慢穩(wěn)定期。特別是綠蘿在處理后期CODCr出現(xiàn)明顯反彈，與水培植物水生根的部分老死脫落、腐化分解給水體帶入新的有機(jī)物質(zhì)有關(guān)。可以考慮引入水培植物水生根老死脫落沉淀分離的工藝手段，來減少水體凈化的“二次負(fù)荷”。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水培植物的生長增量與CODCr去除率有密切的相關(guān)性，進(jìn)一步證實(shí)了“水培植物生長越旺盛、根系越發(fā)達(dá)的植株，其凈化能力越強(qiáng)”[10]這一基本規(guī)律。

2.4TP的凈化效果分析處理進(jìn)程中，各供試植物對(duì)TP的凈化效果總體良好，平均去除率在91.2%以上。如圖4所示，除鵝掌柴前段的去除速率稍有滯后，其他進(jìn)程基本趨近，其中綠蘿的TP去除率達(dá)到了93.3%，說明各供試植物對(duì)農(nóng)家樂餐飲廢水中的磷有較好的凈化能力。相關(guān)研究顯示，植物吸收作用是最主要的污水磷去除機(jī)制，沉淀在污水磷凈化中的作用較小，污水中磷的去除與植物的生長期密切相關(guān)[11]。試驗(yàn)?zāi)苋〉昧己玫某仔Ч?，與各供試植物對(duì)農(nóng)家樂餐飲廢水的強(qiáng)適應(yīng)性和良好生長直接相關(guān)。在后續(xù)研究中可以考慮多種水培植物的間栽，做進(jìn)一步提高處理效果的嘗試。

2.5NH+4N的凈化效果分析處理進(jìn)程中，NH+4N濃度在各處理組中均呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，4種水培植物均有較好的處理效果。如圖5所示，春羽、鵝掌柴、虎皮蘭、綠蘿對(duì)NH+4N的去除率分別為89.8%、89.6%、90.1%、90.2%，除春羽起始階段去除速率相當(dāng)較慢外，其他表現(xiàn)差異不大，說明各供試植物對(duì)農(nóng)家樂餐飲廢水中的氮同樣有較好的凈化能力。相關(guān)研究顯示，水培植物凈化系統(tǒng)中，微生物及其他作用對(duì)氮去除的貢獻(xiàn)最大，植物吸收作用對(duì)氮去除的貢獻(xiàn)次之；而沉淀作用、粘附作用和吸附作用對(duì)氮去除的貢獻(xiàn)相對(duì)較小[12]。在實(shí)際應(yīng)用中，需要提供足夠的系統(tǒng)處理時(shí)間和良好的微生物系統(tǒng)環(huán)境，來確保工藝脫氮效果。

3結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，供試植物整體生長狀況良好，對(duì)農(nóng)家樂餐飲廢水具有較強(qiáng)的耐污能力和適應(yīng)性。從平均生長增量來看，春羽和虎皮蘭較優(yōu)，鵝掌柴和綠蘿較次。同時(shí)，各供試植物表現(xiàn)出較強(qiáng)的農(nóng)家樂餐飲廢水凈化能力。CODCr去除率達(dá)48.5%～77.7%，TP去除率在91.2%以上，NH+4N的去除率達(dá)89.8%，均高于對(duì)照處理，但對(duì)廢水pH沒有明顯的調(diào)節(jié)能力。水培植物凈化能力與其生長狀態(tài)呈強(qiáng)正相關(guān)，植株生長越旺盛其凈化能力越強(qiáng)，所以春羽、虎皮蘭的凈化效果優(yōu)于鵝掌柴、綠蘿。

總體來說，春羽、虎皮蘭對(duì)農(nóng)家樂餐飲廢水具有更強(qiáng)的耐污能力和適應(yīng)性，加上水培植物具有良好的觀賞價(jià)值和造景功能，可以作為該廢水凈化的一種“雙贏”選擇。間種多種水培植物是否可以取得更好的處理效果，有待于在后續(xù)研究中進(jìn)一步探索。

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