三種水生植物對養(yǎng)殖廢水中氨氮的凈化效果

摘要：為了解3種常見水生植物對養(yǎng)殖廢水中氨氮（NH3-N）的去除能力，通過模擬試驗研究了蘆葦（Phragmites australis）、水葫蘆（Eichhornia crassipes）、蕹菜（Ipomoea aquatica）對養(yǎng)殖廢水中氨氮的凈化效果。結(jié)果表明，3種供試水生植物對養(yǎng)殖廢水中氨氮的凈化能力大小為蘆葦-水葫蘆組合>蘆葦-蕹菜組合>水葫蘆>蕹菜>蘆葦。在處理15 d后，供試的3種水生植物對養(yǎng)殖廢水中氨氮的凈化效率為44.0%～76.5%，而對照組為36%～45%，供試水生植物對養(yǎng)殖廢水中氨氮有較強的凈化能力。

關(guān)鍵詞：氨氮；水生植物；養(yǎng)殖廢水；去除效果

中圖分類號：X703；X173 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）16-4129-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.16.014

近年來，隨著社會經(jīng)濟的持續(xù)增長，城鄉(xiāng)居民生活水平逐年提高，各種惠農(nóng)政策在廣大農(nóng)村的普遍實施，使中國農(nóng)村經(jīng)濟得到了快速發(fā)展，禽畜養(yǎng)殖業(yè)也逐步朝規(guī)?；⒓s化方向發(fā)展壯大。根據(jù)《畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)污系數(shù)與排污系數(shù)手冊》推薦的正常育肥期生豬產(chǎn)污系數(shù)（中南地區(qū)：糞便量1.18 kg/（頭·d），尿液量3.18 L/（頭·d））計算，2014年年末全國生豬存欄46 583萬頭，日均排放糞便54.97萬t、排尿14.82萬L[1，2]。加之養(yǎng)殖場經(jīng)營者和農(nóng)村居民環(huán)保知識缺乏，導(dǎo)致廣大農(nóng)村地區(qū)養(yǎng)殖生產(chǎn)環(huán)境污染嚴(yán)重，使養(yǎng)殖環(huán)境污染治理形勢日趨嚴(yán)峻。

然而，養(yǎng)殖廢水的排放在時間和空間上均具有鮮明的特點，采用工程的辦法治理雖然效果理想，但投資較大，往往超過了養(yǎng)殖業(yè)主的承受能力[3-5]。而人工濕地因其具有投資與運行維護費用低、無二次污染、改善生態(tài)與景觀環(huán)境等優(yōu)點而日益受到人們的關(guān)注[6-11]。本研究旨在通過模擬試驗，探討3種常見水生植物對養(yǎng)殖廢水中氨氮的凈化效果，從而為人工濕地系統(tǒng)處理養(yǎng)殖廢水提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試植物的采集與馴化 分別在湖南省衡陽市石鼓區(qū)梽木村魚塘、靈官廟村農(nóng)戶豬場排水溝、李坳村排水溝以及湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院養(yǎng)殖場排水池采集蘆葦（Phragmites australis）、水葫蘆（Eichhornia crassipes）和蕹菜（Ipomoea aquatica）3種水生植物樣品。

在上述溝、渠、魚塘中采集適量水樣（5.0 L/處）。將采集的蘆葦、水葫蘆和蕹菜依次用低、中、高濃度養(yǎng)殖廢水進行培養(yǎng)。培養(yǎng)條件：pH 7左右（用氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)），溫度23～28 ℃，光照為3 000～5 000 lx。首先進行適應(yīng)性培養(yǎng)馴化，待植物生長狀況穩(wěn)定后，再進行不同濃度的養(yǎng)殖廢水水培試驗，同時，對試驗植物的耐污能力進行全面考察和評價（主要考察植物的耐污能力）。通過15 d的馴化觀察，3種供試植物在各種濃度養(yǎng)殖廢水中均能正常生長繁殖。

1.1.2 養(yǎng)殖廢水樣品的采集分析與模擬 從湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院養(yǎng)殖場排水池中采集水樣，分析其氨氮、總磷及有機物的含量。通過分析，本研究養(yǎng)殖廢水的污染濃度范圍見表1，pH為6.5～7.5。

結(jié)合養(yǎng)殖廢水成分分析結(jié)果，人工配制試驗用水。配制方案為：從湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院養(yǎng)殖場采集養(yǎng)殖廢水原液，先沉淀處理，再使其充分厭氧發(fā)酵，然后用去離子水按照表2設(shè)計化學(xué)需氧量（CODcr）濃度，配制5組不同的試驗廢水，在此基礎(chǔ)上，用氯化銨調(diào)節(jié)氨氮濃度，用磷酸二氫鉀調(diào)節(jié)總磷濃度。

試驗廢水的濃度以氨氮（NH3-N）、總磷（TP）和化學(xué)需氧量（CODcr）為主要參考指標(biāo)，本試驗擬從高濃度到低濃度設(shè)5組。

1.2 試驗設(shè)計

將候選植物（蘆葦、水葫蘆、蕹菜、蘆葦-水葫蘆組合、蘆葦-蕹菜組合）分別置于人工模擬的養(yǎng)殖廢水中培養(yǎng)。在培養(yǎng)0 d（2 h）、2、5、10、15 d后，分別測定水樣中氨氮（NH3-N）的濃度。以培養(yǎng)時間（d）為橫坐標(biāo)，水樣中氨氮（NH3-N）濃度（mg/L）為縱坐標(biāo)作曲線。

試驗按照模擬養(yǎng)殖廢水濃度分別設(shè)置對照組，對照組未種植水生植物，觀察其在試驗條件下氨氮（NH3-N）的自我凈化規(guī)律。

1.3 數(shù)據(jù)處理

分析植物對廢水中氨氮的凈化效率，將試驗所得數(shù)據(jù)進行計算。凈化效率=（培養(yǎng)15 d后試驗廢水中氨氮的濃度-試驗廢水設(shè)計的氨氮的濃度）/試驗廢水設(shè)計的氨氮的濃度×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘆葦對養(yǎng)殖廢水中氨氮的凈化效果

蘆葦對養(yǎng)殖廢水中氨氮的凈化效果見圖1。從圖1可知，試驗15 d，蘆葦對5組養(yǎng)殖廢水中的氨氮均有一定的凈化效果，第一組至第五組模擬養(yǎng)殖廢水的氨氮含量分別下降至129、81、66、51、28 mg/L，凈化效率分別為48.4%、59.5%、56.0%、49.0%、44.0%。參照《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18596-2001），有3組達到最高允許日均排放濃度不超過80 mg/L的要求。

對照組中氨氮含量雖然均有降低趨勢，但下降速率與試驗組相比明顯較差。試驗15 d，對照組的氨氮含量分別下降至148、110、92、64、31 mg/L，去除效率分別為40.8%、45.0%、38.7%、36.0%和38.0%，凈化效果明顯不及處理組。

蘆葦對養(yǎng)殖廢水的氨氮凈化能起到一定作用，但由于蘆葦根系以及生長趨勢不如蕹菜、水葫蘆發(fā)達，因此，其凈化效率一般。導(dǎo)致其產(chǎn)生先慢后快的原因可能是前期蘆葦對養(yǎng)殖廢水需要一個適應(yīng)過程。

2.2 蕹菜對養(yǎng)殖廢水中氨氮的凈化效果

蕹菜對養(yǎng)殖廢水中氨氮的凈化效果見圖2。從圖2可知，試驗15 d，蕹菜對5組養(yǎng)殖廢水中的氨氮均有一定的凈化效果，第一組至第五組模擬養(yǎng)殖廢水的氨氮含量分別下降至124、80、61、49、27 mg/L，凈化效率分別為50.4%、60.0%、59.3%、51.0%、46.0%。參照《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18596-2001），效果較蘆葦明顯，5組廢水中，有4組能達到最高允許日均排放濃度不超過80 mg/L的要求。凈化速率方面，蕹菜較蘆葦好，原因可能是蕹菜根系以及生長趨勢較蘆葦發(fā)達。

2.3 水葫蘆對養(yǎng)殖廢水中氨氮的凈化效果

水葫蘆對養(yǎng)殖廢水中氨氮的凈化效果見圖3。從圖3可知，試驗15 d，水葫蘆對5組養(yǎng)殖廢水中的氨氮均有一定的凈化效果，第一組至第五組模擬養(yǎng)殖廢水的氨氮含量分別下降至107、65、45、37、21 mg/L，凈化效率分別為57.2%、67.5%、70.0%、63.0%、58.0%。參照《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18596-2001），5組廢水中，有4組氨氮達到最高允許日均排放濃度不超過80 mg/L的要求。凈化速率方面，水葫蘆較蘆葦、蕹菜好，原因可能是水葫蘆根系以及生長趨勢較蘆葦、蕹菜發(fā)達。

2.4 蘆葦-蕹菜組合對養(yǎng)殖廢水中氨氮的凈化效果

蘆葦-蕹菜組合對養(yǎng)殖廢水中氨氮的凈化效果見圖4。從圖4可知，試驗15 d，蘆葦-蕹菜組合對5組養(yǎng)殖廢水中的氨氮均有一定的凈化效果，第一組至第五組模擬養(yǎng)殖廢水的氨氮含量分別下降至98、55、45、33、16 mg/L，去除效率分別為60.8%、72.5%、70.0%、67.0%和68.0%。參照《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18596-2001），5組廢水中只有1組氨氮未達到最高允許日均排放濃度不超過80 mg/L的要求。凈化速率方面，也較單一植物好，原因可能是植物組合彌補了蘆葦對養(yǎng)殖廢水適應(yīng)性方面的不足，同時蕹菜具有較多的匍匐根，既能長在土壤中，又能浮于水上，解決了污水垂直方向的凈化問題。

2.5 蘆葦-水葫蘆組合對養(yǎng)殖廢水中氨氮的凈化效果

蘆葦-水葫蘆組合對養(yǎng)殖廢水中氨氮的凈化效果見圖5。從圖5可知，試驗15 d，蘆葦-水葫蘆組合對5組養(yǎng)殖廢水中的氨氮均有一定的凈化效果，第一組至第五組模擬養(yǎng)殖廢水的氨氮含量分別下降至85、47、40、28、15 mg/L，凈化效率分別為66.0%、76.5%、73.3%、72.0%、70.0%。參照《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18596-2001），效果較單一蘆葦或水葫蘆明顯，5組廢水中僅有1組不達標(biāo)，氨氮含量明顯較單一植物下降很多。凈化速率方面，也較單一植物或蘆葦-蕹菜組合好。原因可能是植物組合彌補了蘆葦對養(yǎng)殖廢水適應(yīng)性方面的不足，同時水葫蘆浮于水面上，解決了污水垂直方向的凈化問題。同時水葫蘆的生長較蕹菜要快，故其凈化效果比蘆葦-蕹菜組合要好。

3 小結(jié)與討論

通過3種水生植物（蘆葦、蕹菜和水葫蘆）對養(yǎng)殖廢水中氨氮的凈化作用研究，得出如下結(jié)論。

1）通過15 d的水培試驗，3種水生植物及其組合對養(yǎng)殖廢水中氨氮的凈化效率為44.0%～76.5%，而對照組為36%～45%。

2）從單一植物的凈化效率分析，水葫蘆>蕹菜>蘆葦；植物組合方面，蘆葦-水葫蘆組合>蘆葦-蕹菜組合，且植物組合的凈化效率明顯優(yōu)于單一植物。由于廢水中污染物質(zhì)主要是通過根系等吸收，而水葫蘆的生長繁育較其他兩種植物旺盛，故其凈化效率較為理想。植物組合的凈化效率較單一植物理想的原因可能是彌補了植物根系在廢水分層不夠均勻的不足，從而使根系吸收更加充分。

3）構(gòu)建人工濕地養(yǎng)殖廢水處理系統(tǒng)時，應(yīng)組建有一定層次的植物體系，以利于加快對污染物質(zhì)的凈化。

4）植物只是人工濕地的一部分，人工濕地之所以具有良好的去污效果，還與其填料、微生物等有關(guān)。下一步應(yīng)探討適宜的填料，研究人工濕地系統(tǒng)微生物，構(gòu)建完整的適宜養(yǎng)殖廢水處理的人工濕地。

5）人工濕地類型較多，其水流方式對處理效果的影響也較大，下一步應(yīng)加強適合養(yǎng)殖廢水處理的人工濕地水流方式研究，同時結(jié)合植物、填料研究成果，揭示水力學(xué)特點（污染負(fù)荷、水力停留時間等）對養(yǎng)殖廢水中污染物降解的影響規(guī)律。

6）研究不同季節(jié)提高處理效果的保護措施。

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