水生蕹菜對(duì)沼液凈化效果的研究

葉美鋒，吳曉梅，吳飛龍，林代炎

（福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究所，福州350003）

水生蕹菜對(duì)沼液凈化效果的研究

葉美鋒，吳曉梅，吳飛龍，林代炎

（福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究所，福州350003）

為研究水生經(jīng)濟(jì)植物對(duì)沼液凈化處理的效果，筆者開展水生蕹菜對(duì)不同濃度沼液的凈化試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)試水生蕹菜對(duì)沼液中COD、TN、TP的去除效率及其生化指標(biāo)，分析水生蕹菜的食品安全性與經(jīng)濟(jì)效益。試驗(yàn)結(jié)果表明：水生蕹菜可以在高濃度沼液中栽培成活，并對(duì)沼液具有較強(qiáng)的凈化效果；稀釋40倍沼液COD去除率最高，稀釋30倍的沼液水培水生蕹菜經(jīng)濟(jì)效益最好，重金屬指標(biāo)符合《綠色食品水生蔬菜》(NY/T 1405—2015)標(biāo)準(zhǔn)要求。通過(guò)沼液種植水生蕹菜既能充分利用沼液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，又能減少養(yǎng)豬場(chǎng)污染物排放，而且其食品安全性又有保障，具有良好的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益。

沼液；水生蕹菜；水培

0 引言

近些年，隨著規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)的快速發(fā)展，糞便污水排放污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重，給環(huán)境安全帶來(lái)了巨大壓力[1-2]。由于畜禽養(yǎng)殖業(yè)受市場(chǎng)波動(dòng)影響大，利潤(rùn)低行業(yè)，對(duì)于畜禽養(yǎng)殖業(yè)的糞污治理的主要原則是在達(dá)標(biāo)治理的基礎(chǔ)上選取投資少、運(yùn)行管理成本低并有一定經(jīng)濟(jì)效益的方式[3-5]。針對(duì)這一要求，開展水生植物凈化技術(shù)在沼液污水凈化上的應(yīng)用研究就具有積極意義。沼液水生植物凈化處理技術(shù)是利用水生植物的新陳代謝過(guò)程中吸收沼液中大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)植物富集或利用根系組織對(duì)污染物進(jìn)行分解轉(zhuǎn)化，同時(shí)通過(guò)植物光合作用生成氧氣，增加水中溶解氧含量，有利改善水體水質(zhì)，降低污染物含量，實(shí)現(xiàn)沼液達(dá)標(biāo)治理排放[6-9]。

筆者針對(duì)豬場(chǎng)厭氧發(fā)酵后的沼液的進(jìn)一步凈化處理問(wèn)題，通過(guò)對(duì)不同水生經(jīng)濟(jì)植物的沼液凈化效果分析與試驗(yàn)，了解水生經(jīng)濟(jì)植物對(duì)沼液COD、TN、TP、DO的去除效率，并分析水生植物沼液凈化的經(jīng)濟(jì)效益，以期為下一階段開展畜禽養(yǎng)殖沼液污水深度處理工藝提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

受試沼液原液為福清某豬場(chǎng)通過(guò)厭氧發(fā)酵排出，其主要污染物濃度見表1。受試植物選擇水生蕹菜作為試驗(yàn)植物。水生蕹菜，又名空心菜，屬中國(guó)南方農(nóng)村地區(qū)普遍栽培蔬菜品種[10]。喜高溫多濕環(huán)境，喜充足光照，對(duì)土壤條件要求不高且喜水，葉梢生長(zhǎng)迅速，需肥量大，耐肥力強(qiáng)，對(duì)氮肥的需要量特大[11]。試驗(yàn)種植水生蕹菜為本地主栽品種，種植前種苗平均重量為4.8 g。試驗(yàn)前將供試植株從土中移植出來(lái)，用清水漂洗馴化5天后開始移入試驗(yàn)培養(yǎng)箱。

1.2 試驗(yàn)方法

表1 供試沼液的特性

培養(yǎng)箱選用塑料培養(yǎng)箱，尺寸為31.5 cm× 21.5 cm×31.0 cm，將沼液原液按不同倍數(shù)（5、10、20、30、40倍）分別進(jìn)行稀釋，每個(gè)培養(yǎng)箱加受試液10 L，每個(gè)濃度進(jìn)行3組平行試驗(yàn)，并設(shè)一組不栽植株作為空白試驗(yàn)。液面上放置聚苯乙烯泡沫塑料板(28 cm× 18 cm)作為載體，板面均勻鉆取4個(gè)間距10 cm，直徑3.5 cm孔的。選取直徑3.5 cm定植籃，將種苗用蒸餾水沖洗干凈，用定植海綿加以固定，插入定植籃中，將定植籃插入泡沫板孔內(nèi)，要求根部完全浸入受試液中。試驗(yàn)過(guò)程不添加任何化學(xué)、生物肥料，每隔3天用蒸餾水補(bǔ)充由蒸騰損失的水分，每5天測(cè)定一次水樣，每次取樣時(shí)先攪動(dòng)多次使種植箱內(nèi)的水均勻，20天后收獲。

1.3 試驗(yàn)檢測(cè)

1.3.1 植株檢測(cè) 試驗(yàn)開始及結(jié)束時(shí)取一部分植株進(jìn)行檢測(cè)，采用直尺測(cè)量株高、根長(zhǎng)，用稱重法分析植株莖葉部分和根部的鮮重，測(cè)定鮮重后在105℃殺青，在80℃下烘干至衡重，測(cè)定干重，保存?？偵?As)采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(GB 5009.11—2014)，鉛(Pb)采用石墨爐原子吸收光譜法(GB 5009.12—2010)，鎘(Cd)、鉻(Cr)采用石墨爐原子吸收光譜測(cè)定法(GB 5009.15—2014)，總汞(Hg)采用原子熒光光譜分析法(GB 5009.17—2014)。

1.3.2 水質(zhì)監(jiān)測(cè) 受試液檢測(cè)水體相關(guān)參數(shù)（包括TN、TP、硝態(tài)氮、氨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、COD、DO、pH）。TN采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法(GB 11894—89)測(cè)定，TP采用鉬銻銨分光光度法(GB 11893—89)測(cè)定；硝態(tài)氮采用紫外分光光度法測(cè)定，氨態(tài)氮采用納氏試劑光度法測(cè)定，鉀含量采用火焰光度法測(cè)定，COD采用重鉻酸鉀滴定法(GB 11914—89)測(cè)定，DO、pH及水溫等現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。

2 過(guò)程與分析

水培試驗(yàn)過(guò)程中，水質(zhì)在pH 6.07～8.26波動(dòng)，試驗(yàn)前DO的質(zhì)量濃度在5.23～7.98 mg/L之間，水培試驗(yàn)結(jié)束后濃度在1.55～4.96 mg/L。在水生蕹菜栽培生長(zhǎng)過(guò)程中DO質(zhì)量濃度呈下降趨勢(shì)。

2.1 沼液凈化效果

2.1.1 不同濃度沼液中COD去除效果 通過(guò)20天的水培試驗(yàn)，不同濃度沼液中COD含量都有變化，結(jié)果見圖1，而COD去除率最大的是P5組稀釋40倍沼液，去除率達(dá)到95.9%，其次是P4組稀釋30倍沼液，去除率達(dá)到93.0%，最后依次是P3、P2、P1，分別為92.8%、69.0%、60.6%。COD去除率隨沼液濃度的降低而升高，說(shuō)明在沼液濃度較低狀態(tài)下種植水生蕹菜，對(duì)COD的處理效果較明顯。各組濃度水體最終處理效果都達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 8978—1996)[12]中COD排放要求。

圖1 不同濃度沼液處理COD去除率

2.1.2 不同濃度沼液中TP去除效果 從圖2可以看出水培試驗(yàn)過(guò)程中P1組稀釋5倍的沼液中TP去除效率最高，去除率達(dá)99.26%，其次是P2、P3、P5、P4，分別為99.24%、94.82%、64.50%、59.21%，其中P1組沼液中TP在幼苗階段其去除率最高，隨著水生蕹菜苗的生長(zhǎng)，水生蕹菜苗對(duì)沼液中TP的去除率逐漸降低，這與植物對(duì)P的吸收能力有關(guān)。

圖2 不同濃度沼液處理TP去除率

2.1.3 不同濃度沼液中NH4+-N去除效果 通過(guò)水培試驗(yàn)不同濃度沼液中NH4+-N去除都有顯著效果，從圖3可以看出P3組稀釋20倍沼液中NH4+-N去除率最高，為99.49%，其次是P4、P5、P2、P1，去除率分別為99.19%、98.81%、98.38%、98.32%，在幼苗生長(zhǎng)的前5～10天，處理效率最高，到后面10～20天，去除效率趨于穩(wěn)定，由此可見不同階段水生蕹菜對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素需求不同。

圖3 不同濃度沼液處理NH4+-N去除率

2.1.4 不同濃度沼液中TN去除效果 經(jīng)過(guò)20天水培試驗(yàn)后不同濃度沼液中TN去除效果見圖4，隨著時(shí)間的推移，TN去除率逐漸升高，其中P4組稀釋30倍沼液TN去除效果最好，達(dá)96.81%，其次是P3、P5、P2、P1組，分別為82.40%、74.41%、55.92%、52.51%，說(shuō)明植物根系對(duì)沼液的吸附能力大小與沼液濃度直接關(guān)系。

圖4 不同濃度沼液處理TN去除率

2.2 水生蕹菜生長(zhǎng)指標(biāo)

2.2.1 水生蕹菜的生物增長(zhǎng)量對(duì)比 20天的栽培試驗(yàn)后，各稀釋倍數(shù)沼液植物生長(zhǎng)形狀不同，但均能成活，成活率達(dá)100%，收獲時(shí)植株高度在23.1～35.6 cm，根長(zhǎng)在14.76～20.01 cm。不同濃度沼液栽培水生蕹菜各項(xiàng)指標(biāo)見表2。整體生長(zhǎng)過(guò)程中，前10天水生蕹菜生長(zhǎng)速度較快，對(duì)養(yǎng)分需求量也較大，后期進(jìn)入成熟階段生長(zhǎng)速度減緩，對(duì)養(yǎng)分需求量也減少。其中P1組稀釋5倍的沼液栽培芹菜的生物指標(biāo)平均數(shù)值最高，但P1組存在個(gè)別植株發(fā)育異常粗壯，部分水生蕹菜植株矮小、爛根等極端不穩(wěn)定情況，雖然各項(xiàng)生物指標(biāo)平均值最高，但是P1組整體植株長(zhǎng)勢(shì)不理想，這與不同植株對(duì)高濃度沼液的耐受性不同有關(guān)系。其次是P3組水生蕹菜總體長(zhǎng)勢(shì)最好，收獲時(shí)水生蕹菜鮮重比水培前增長(zhǎng)47.33 g，干重增加4.66 g，生物增長(zhǎng)量達(dá)0.95 kg/m2。P2組稀釋10倍沼液水培水生蕹菜生長(zhǎng)正常，但總體生長(zhǎng)指標(biāo)沒有P3組好，P4、P5組次之，且由于沼液中氮濃度偏低，水培過(guò)程中后期出現(xiàn)葉片發(fā)黃現(xiàn)象[13-14]。

表2 不同濃度沼液栽培水生蕹菜各項(xiàng)指標(biāo)

2.2.2 水生蕹菜的重金屬含量 對(duì)收獲的水生蕹菜進(jìn)行重金屬指標(biāo)檢測(cè)，結(jié)果見表3，參照《綠色食品水生蔬菜》(NY/T 1405—2015)標(biāo)準(zhǔn)要求[15]，所有重金屬指標(biāo)均達(dá)到相關(guān)要求[16-20]，利用沼液開展水培水生蕹菜的食品安全性是有保障的。

表3 水培蕹菜重金屬指標(biāo) mg/kg

3 討論與結(jié)論

本研究通過(guò)不同濃度沼液水培水生蕹菜試驗(yàn)，得出水生蕹菜可以在高濃度沼液中栽培成活，并對(duì)沼液具有較強(qiáng)的凈化效果，沼液稀釋5～40倍水培水生蕹菜凈化利用后出水都可以達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 8978—1996)排放要求，其中稀釋40倍沼液COD去除率最高，稀釋30倍的沼液水培水生蕹菜經(jīng)濟(jì)效益最好，生物增長(zhǎng)量達(dá)0.95 kg/m2。因此利用水生蕹菜凈化處理沼液的方案是可行的。沼液稀釋10～30倍之后水培水生蕹菜的TN、TP去除率都較高；同時(shí)由于沼液水培過(guò)程中N素需求量大，后期水生蕹菜因缺N導(dǎo)致葉片偏黃，因此，在開展沼液水培種植前需要對(duì)沼液進(jìn)行配肥處理后再利用。

從沼液水培水生蕹菜的產(chǎn)品質(zhì)量品質(zhì)方面來(lái)說(shuō)，沼液水培種植水生蕹菜這種栽培方式是可行的，利用沼液栽培的水生蕹菜生長(zhǎng)發(fā)育良好，同時(shí)滿足《綠色食品水生蔬菜》(NY/T 1405—2015)標(biāo)準(zhǔn)要求，合理利用沼液中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行栽培利用，既減少養(yǎng)豬場(chǎng)污染物排放，又充分回收了廢水中的營(yíng)養(yǎng)元素，具有良好的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益。

受養(yǎng)殖場(chǎng)糞污處理模式、季節(jié)溫差變化等多方面影響，沼液的厭氧發(fā)酵效果存在差異，養(yǎng)分含量具有多樣性，因此沼液施用的定量調(diào)控使用具有一定難度，這是在開展沼液水培經(jīng)濟(jì)作物過(guò)程中存在的一個(gè)問(wèn)題。

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Purifying Effect of Aquatic Water Spinach on Biogas Slurry

Ye Meifeng,Wu Xiaomei,Wu Feilong,Lin Daiyan
(Agriculture-engineering Institute,Fujian Academy of Agricultural Sciences,Fuzhou 350003,Fujian,China)

To study the purifying effect of aquatic economic plants on biogas slurry,in this research,purifying experiments of aquatic water spinach were conducted on different concentrations of biogas slurry,the removal efficiency of COD,TN and TP in biogas slurry and the biochemical index were tested,food safety and economic benefits of aquatic water spinach were analyzed.The results showed that aquatic water spinach could be cultivated in high concentration of biogas slurry and had strong purifying effect on biogas slurry;the removal rate of COD reached the highest when aquatic water spinach was cultivated in biogas slurry diluted 40 times, and aquatic water spinach had the best economic benefits when cultivated in biogas slurry diluted 30 times, heavy metal indicators met the green food standards for aquatic vegetables(NY/T 1405—2015).Aquatic water spinach cultivated in biogas slurry could not only make full use of the nutrients in biogas slurry,but also reduce pollutant emissions of pig farm,thus to guarantee food safety and good environmental and economic benefits.

Biogas Slurry;Aquatic Water Spinach;Water Culture

X703

：A論文編號(hào)：cjas16100027

“十二五”國(guó)家科技支撐項(xiàng)目“東南地區(qū)農(nóng)牧廢棄物多級(jí)循環(huán)利用技術(shù)集成與示范”(2012BAD14B15)；福建省科技公益專項(xiàng)“水生經(jīng)濟(jì)植物對(duì)豬場(chǎng)沼液凈化效果研究”(2016R1014-3)；福建省科技公益專項(xiàng)“睡蓮屬植物種質(zhì)資源收集及景觀評(píng)價(jià)研究”(2016R1014-10)。

葉美鋒，女，1981年出生，福建福州人，助理研究員，本科，主要從事有機(jī)廢棄物農(nóng)業(yè)資源化利用研究。通信地址：350003福建省福州市五四路247號(hào)福建省農(nóng)科院工程所，Tel：0591-87869479，E-mail：yemeifeng1021@126.com。

林代炎，男，1963年出生，福建福清人，研究員，本科，主要從事有機(jī)廢棄物農(nóng)業(yè)資源化利用及有機(jī)肥應(yīng)用研究。通信地址：350003福建省福州市五四路247號(hào)福建省農(nóng)科院工程所，Tel：0591-87869479，E-mail：lindaiyan@126.com。

2016-10-25，

：2016-12-27。