水生植物-微生物組合工藝對(duì)鵝場(chǎng)污水的凈化效果

黃曉鳳 劉安芳 楊旭生

摘要：旨在研究水葫蘆與不同微生物組合處理鵝場(chǎng)污水的作用效果，將污水經(jīng)水葫蘆處理4、8 d，以不加水葫蘆作為對(duì)照組;再使用微生物處理3、6、9、12 d，分別以光合細(xì)菌、枯草芽孢桿菌及2種菌等量混合進(jìn)行處理，以不添加菌為對(duì)照，觀察其對(duì)鵝場(chǎng)污水中各污染物的去除效果。結(jié)果表明，水葫蘆組污水中各指標(biāo)的去除率較對(duì)照組均顯著升高（P<0.05），8 d的污水凈化效果優(yōu)于4 d;微生物處理組以12 d后效果最優(yōu)，各菌種的污水凈化效果優(yōu)劣順序?yàn)榛旌暇?光合細(xì)菌>枯草芽孢桿菌。水葫蘆處理8 d+混合菌處理12 d效果最佳，對(duì)鵝場(chǎng)污水中濁度、氨氮、總氮、總磷、化學(xué)需氧量（COD）的最終去除率分別達(dá)到了93.31%、99.65%、50.63%、74.22%、77.32%。由試驗(yàn)結(jié)果可知，采用水葫蘆-微生物組合工藝對(duì)鵝場(chǎng)污水具有較好的凈化效果，最終含量遠(yuǎn)低于國(guó)家要求的污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：水葫蘆;微生物;鵝場(chǎng)污水;污水凈化

中圖分類號(hào)： X713;X703 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2019）13-0195-05

我國(guó)是世界第一鵝業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，鵝養(yǎng)殖量占世界總量的90%以上，2014年我國(guó)鵝存欄量已達(dá)到2.85億羽，出欄量超過(guò)5.6億羽[1-2]。隨著養(yǎng)殖量的增加，鵝場(chǎng)糞污的排放量同比增長(zhǎng)，鵝場(chǎng)的污水中除了傳統(tǒng)的排泄物外，還因其戲水的習(xí)性而產(chǎn)生大量污水，主要含飼料、泥沙及鵝毛等污染物，因此加大了鵝場(chǎng)污水處理的難度[3]，污水直接排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，糞污的處理問(wèn)題已成為阻礙養(yǎng)鵝業(yè)快速健康發(fā)展主要問(wèn)題之一。然而，目前關(guān)于鵝場(chǎng)污水處理工藝的研究尚少。

對(duì)于鵝場(chǎng)高濃度的污水，傳統(tǒng)單一的污水處理技術(shù)的處理效率仍較低，難以滿足現(xiàn)代化、集約化養(yǎng)殖場(chǎng)的處理要求，而復(fù)合式污水處理工藝已成為污水處理的主要研究方向[4-5]。目前，微生物及水生植物處理法在畜禽污水中研究的較多且具有較好的處理效果，鄒文娟等將枯草芽孢桿菌與光合細(xì)菌混合后加入污水中，能夠顯著去除亞硝酸鹽氮、氨氮（NH3-N）、化學(xué)需氧量（COD）及活性磷酸鹽[6];Lu等研究表明，水葫蘆人工濕地對(duì)養(yǎng)鴨廢水具有良好的凈化能力[7];吳淑杭等通過(guò)研究認(rèn)為，水葫蘆可作為畜禽污水處理的首選水生植物[8]。然而，微生物與水葫蘆復(fù)合處理工藝對(duì)鵝場(chǎng)污水處理效果的研究甚少。本試驗(yàn)將微生物與自然生態(tài)處理法相結(jié)合，通過(guò)水葫蘆處理后，結(jié)合微生物進(jìn)行二次處理，探究其最佳組合方式及其組合工藝對(duì)污水中各污染物的去除效率。

1 材料與方法

本試驗(yàn)于2017年3—4月在重慶市畜牧科學(xué)院家禽科研基地進(jìn)行，試驗(yàn)污水取于基地污水沉淀池，污水中各水質(zhì)指標(biāo)：濁度（NTU）、氨氮、總氮（TN）、總磷（TP）、COD含量分別為217.93、163.13、21.51、2.50、345.13 mg/L，pH值為9.25。水葫蘆，采于科研基地附近的水渠;光合細(xì)菌（10×108 CFU/g）、枯草芽孢桿菌（10×108 CFU/g），購(gòu)自重慶諾沃生物科技有限公司。

污水處理試驗(yàn)共設(shè)有2級(jí)處理：第1階段為水葫蘆處理，第2階段為微生物處理（枯草芽孢桿菌、光合細(xì)菌及枯草芽孢桿菌與光合細(xì)菌等量混合處理）。各處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，試驗(yàn)期為20 d（水葫蘆處理8 d，微生物處理12 d）。

1.1 水葫蘆處理

選用盛水量為150 L的塑料水箱6個(gè)，將150 L污水經(jīng)60目濾篩后注入水箱，標(biāo)記水位便于用蒸餾水補(bǔ)償蒸發(fā)損失;每個(gè)水箱里放入恒溫控制器，水溫控制在26～32 ℃;處理組放入鮮質(zhì)量為2.0 kg的水葫蘆，對(duì)照組不放置水葫蘆，每組3個(gè)重復(fù);分別在放入水葫蘆前和放入水葫蘆后4 d和 8 d，用250 mL無(wú)菌采樣袋于液面下5 cm處無(wú)空氣接觸條件下采取水樣。

1.2 微生物處理

選用9個(gè)盛水量為120 L的藍(lán)色塑料水桶，分別注入 50 L 水葫蘆組處理8 d后的污水，標(biāo)記水位并用蒸餾水補(bǔ)給蒸發(fā)損失;處理組分別為光合細(xì)菌、枯草芽孢桿菌、光合細(xì)菌與枯草芽孢桿菌等量混合組，每組3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)一次性投放10×109 CFU菌種，對(duì)照組不添加微生物。每個(gè)水桶里放入恒溫控制器，控制水溫在26 ℃左右，同時(shí)由增氧機(jī)供氧;分別在0、3、6、9、12 d用250 mL無(wú)菌采樣袋于液面下5 cm處進(jìn)行無(wú)空氣接觸采取水樣。1.3 水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)

污水中pH值、化學(xué)需氧量、氨氮含量、總磷含量、濁度和總氮含量參照水樣化學(xué)分析方法[9]測(cè)定。根據(jù)測(cè)定的結(jié)果，計(jì)算第1階段4 d和8 d及第2階段3、6、9、12 d各指標(biāo)的去除率，計(jì)算公式如下：去除率=（初始指標(biāo)濃度-測(cè)定指標(biāo)濃度）/初始指標(biāo)濃度×100%。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，應(yīng)用SPSS 19.0進(jìn)行方差分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。多組間兩兩比較應(yīng)用q檢驗(yàn);分組和時(shí)間的整體效應(yīng)分析應(yīng)用重復(fù)測(cè)量方差分析;利用多指標(biāo)綜合平衡分析法進(jìn)行污水凈化最優(yōu)組合工藝的篩選[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 水葫蘆處理污水試驗(yàn)結(jié)果分析

由圖1～圖6第1階段和表1、表2可知，與對(duì)照組相比，水葫蘆對(duì)污水的濁度、氨氮、總氮、總磷、COD去除率顯著升高（P<0.05），去除效果與處理時(shí)間存在交互作用;4 d時(shí)，水葫蘆對(duì)污水中濁度、氨氮、總氮、總磷、COD的去除率分別為41.11%、34.18%、18.69%、10.39%、40.92%，8 d時(shí)的去除率分別為80.58%、62.06%、41.68%、27.51%、48.12%，8 d時(shí)的去除效果明顯優(yōu)于4 d時(shí)的效果。污水中pH值隨處理時(shí)間延長(zhǎng)而降低（P<0.05），但水葫蘆處理對(duì)pH值無(wú)顯著的降低作用，4 d和8 d時(shí)的去除率分別為2.32%、3.98%。

2.2 微生物處理污水結(jié)果分析

2.2.1 微生物對(duì)污水濁度的去除效果 由表3、表4和圖1可見(jiàn)，第2階段微生物對(duì)污水中濁度的去除效果隨處理和時(shí)間不同而差異顯著（P<0.05），且兩者之間存在交互作用，混合菌和光合菌組的濁度在12 d時(shí)達(dá)到最低值。在3 d時(shí)，光合細(xì)菌組的濁度去濁率顯著優(yōu)于對(duì)照組，而與混合菌、枯草芽孢桿菌組的濁度去除率無(wú)顯著性差異。6 d時(shí)，光合細(xì)菌與枯草芽孢桿菌組去除效果顯著高于混合菌組，處理組均顯著高于對(duì)照組。9 d時(shí)，光合細(xì)菌組顯著高于其余3組（P<0.05）。12 d時(shí)各處理組均顯著高于對(duì)照組，以光合細(xì)菌組的去除效率最高，為76.02%，其余依次為混合菌組（67.20%）、枯草芽孢桿菌組（66.86%）。

2.2.2 微生物對(duì)污水氨氮的去除效果 由表5和圖2的第2階段可知，微生物對(duì)氨氮的去除效果隨處理時(shí)間不同出現(xiàn)顯著差異，0～6 d氨氮的含量呈明顯下降趨勢(shì)，6～12 d下降趨勢(shì)平緩，在12 d時(shí)達(dá)到最低值。在3 d時(shí)，各組間的作用效果無(wú)顯著差異。6 d時(shí)，混合菌組顯著低于其他3組（P<0.05）。12 d時(shí)，各處理組均顯著高于對(duì)照組（P<0.05），處理組間無(wú)顯著差異，去除效果優(yōu)劣順序?yàn)榛旌暇M>光合細(xì)菌組>枯草芽孢桿菌組。

2.2.3 微生物對(duì)污水總氮的去除效果 由表6和圖3的第2階段可知，微生物絮凝劑對(duì)總氮的去除效果隨處理時(shí)間不同差異顯著（P<0.05），6 d時(shí)，污水中總氮含量達(dá)到最低值，但在6～12 d，含量開(kāi)始增加。在3 d時(shí)，光合細(xì)菌菌組的總氮去除率顯著低于混合菌組和對(duì)照組。6 d時(shí)，混合菌組的去除效果顯著優(yōu)于光合細(xì)菌組和枯草芽孢桿菌組，去除率為21.89%。9 d時(shí)，枯草芽孢桿菌組的去除率顯著低于其他3組。12 d時(shí)，混合菌組的去除率顯著高于枯草芽孢桿菌組，與對(duì)照組和光合細(xì)菌組相比，無(wú)顯著優(yōu)勢(shì)，優(yōu)劣順序?yàn)榛旌暇M>光合細(xì)菌組>枯草芽孢桿菌組。

2.2.4 微生物對(duì)污水總磷的去除效果 由表7和圖4的第2階段可知，各處理在部分時(shí)間點(diǎn)的總磷去除效果差異顯著，且兩者之間存在交互作用，各處理的總磷含量在12 d時(shí)最低。3 d時(shí)，各組間的作用效果無(wú)顯著差異。6 d時(shí)，枯草芽孢桿菌組的總磷去除效果顯著高于其余各組，去除率為62.2%，混合菌組的去除效果最差。9 d時(shí)，混合菌組的總磷去除率顯著低于其余組（P<0.05），各組對(duì)總磷去除效果的優(yōu)劣順序依次為枯草芽孢桿菌組>光合細(xì)菌組>對(duì)照組>混合菌組，去除率分為65.52%、64.09%、60.44%、52.90%。12 d 時(shí)，各組間總磷去除效果無(wú)顯著差異，總磷去除率達(dá)到最高值，均值為67.26%。

2.2.4 微生物對(duì)污水總磷的去除效果 由表7和圖4的第2階段可知，各處理在部分時(shí)間點(diǎn)的總磷去除效果差異顯著，且兩者之間存在交互作用，各處理的總磷含量在12 d時(shí)最低。3 d時(shí)，各組間的作用效果無(wú)顯著差異。6 d時(shí)，枯草芽孢桿菌組的總磷去除效果顯著高于其余各組，去除率為62.2%，混合菌組的去除效果最差。9 d時(shí)，混合菌組的總磷去除率顯著低于其余組（P<0.05），各組對(duì)總磷去除效果的優(yōu)劣順序依次為枯草芽孢桿菌組>光合細(xì)菌組>對(duì)照組>混合菌組，去除率分為65.52%、64.09%、60.44%、52.90%。12 d 時(shí)，各組間總磷去除效果無(wú)顯著差異，總磷去除率達(dá)到最高值，均值為67.26%。

2.2.5 微生物對(duì)污水COD的去除效果 由表8和圖5的第2階段可知，微生物對(duì)COD的去除效果隨處理時(shí)間不同存在顯著差異（P<0.05），各處理組在12 d時(shí)COD含量最低。在3 d時(shí)，混合菌組的去除率明顯高于其他3組。6 d時(shí)，混合菌組的COD去除率顯著優(yōu)于對(duì)照組和光合細(xì)菌組，而與枯草芽孢桿菌組無(wú)顯著性的差異。9 d時(shí)，混合菌組的去除率顯著高于對(duì)照組，而3個(gè)處理組間無(wú)顯著差異。12 d時(shí)，各處理組的去除率均高于對(duì)照組，COD的去處效果優(yōu)劣順序?yàn)榛旌暇M>光合細(xì)菌組>枯草芽孢桿菌組。

2.2.6 微生物絮凝劑對(duì)污水pH值的影響 由圖6的第2階段可知，處理時(shí)間對(duì)污水pH值有明顯影響，處理間對(duì)pH值的影響無(wú)顯著差異，處理時(shí)間與不同絮凝劑間無(wú)交互作用。

2.2.7 組合工藝對(duì)污水的凈化效果 水葫蘆處理污水研究結(jié)果表明，水葫蘆對(duì)污水中污染物的去除效果明顯，且處理8 d的效果明顯優(yōu)于4 d的效果。微生物處理污水的結(jié)果表明，微生物對(duì)污水中各污染物的去除效果以12 d為最佳，各微生物處理組對(duì)污水各指標(biāo)凈化效果的優(yōu)劣順序?yàn)榛旌暇M>光合細(xì)菌組>枯草芽孢桿菌組。根據(jù)多指標(biāo)綜合平衡分析，本試驗(yàn)最優(yōu)的組合為水葫蘆處理8 d混合菌處理12 d，最終污水中各水質(zhì)指標(biāo)的含量及去除率見(jiàn)表9，遠(yuǎn)低于GB 18596—2001《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的污染物排放濃度。

3 討論

水葫蘆在處理污水中的應(yīng)用比較早，被用于生活污水、工藝污水、混合污水、養(yǎng)殖污水等各種污水的凈化處理，對(duì)污水中的污染物質(zhì)有很強(qiáng)的吸收凈化力[11]。本試驗(yàn)采用水葫蘆對(duì)鵝場(chǎng)污水進(jìn)行凈化處理，各污染物去除率較對(duì)照組顯著升高，以8 d的處理效果最為明顯，污水濁度、氨氮、總氮、總磷及COD的去除率分別達(dá)到了80.58%、62.06%、41.68%、27.51%、48.12%，這與在豬場(chǎng)及鴨場(chǎng)污水上的研究結(jié)果[7，12]相似，表明水葫蘆對(duì)鵝場(chǎng)污水中的污染物有較好的去除效果。本試驗(yàn)中水葫蘆對(duì)總氮及總磷的去除率相對(duì)較低，這可能與污水的pH值較高有關(guān)。黃明意等認(rèn)為，酸性條件下水葫蘆的去除效果優(yōu)于堿性條件，在堿性范圍內(nèi)，pH值越高對(duì)污水中總氮、總磷的去除率越低[13]，而本試驗(yàn)中的污水pH值均在8以上，這可能是導(dǎo)致去除效率較低的原因。

利用微生物處理畜禽污水，具有占地少、能耗低、投資小、使用簡(jiǎn)單、有機(jī)負(fù)荷高等優(yōu)點(diǎn)[14]。本試驗(yàn)中，微生物對(duì)污水中的濁度和COD去除效果顯著，12 d時(shí)的去除率分別達(dá)到了67.20%和59.83%。研究認(rèn)為枯草芽孢桿菌可以降解污水中的大分子有機(jī)物質(zhì)，而光合細(xì)菌可以將小分子有機(jī)物降解為簡(jiǎn)單物質(zhì)，從而達(dá)到降低濁度和COD的目的[15-17]。然而，本試驗(yàn)中單菌及混合菌對(duì)鵝場(chǎng)污水中總氮、總磷、氨氮去除及pH值的降低效果不顯著，這與前人研究[18-19]不相符。Zhou等認(rèn)為，pH值為7時(shí)，光合細(xì)菌的污水凈化能力最好[20]。陳尚智等研究發(fā)現(xiàn)，枯草芽孢桿菌受pH值的影響極為明顯，當(dāng)pH值為5～7時(shí)枯草芽孢桿菌凈化效果最佳[21]，而本試驗(yàn)污水pH值均在8以上，這可能導(dǎo)致光合細(xì)菌和枯草芽孢桿菌無(wú)法發(fā)揮顯著效果，說(shuō)明鵝場(chǎng)污水可能需要通過(guò)調(diào)節(jié)污水pH值來(lái)增加微生物的凈化效果。另外，本試驗(yàn)為一次性投放 10×109 CFU 菌種，何劍丹研究認(rèn)為，持續(xù)投放光合細(xì)菌的效果顯著高于一次性的投放效果[22]。因此，菌種的投放次數(shù)需進(jìn)一步優(yōu)化，而且適宜的使用劑量也有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

水葫蘆對(duì)鵝場(chǎng)污水中的各有機(jī)污染物（濁度、氨氮、總氮、總磷、COD）均有較好的去除效果;枯草芽孢桿菌、光合細(xì)菌及其混合菌對(duì)鵝場(chǎng)污水中的濁度和COD去除效果顯著，但對(duì)總氮、氨氮、總磷的去除及pH值的降低效果不顯著;水生植物與微生物組合工藝對(duì)鵝場(chǎng)污水中濁度、氨氮、總氮、總磷、COD的去除率分別達(dá)到了93.31%、99.65%、50.63%、74.22%、77.32%，最終含量遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī)定的污染物排放濃度。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓文寶. 我國(guó)鵝養(yǎng)殖業(yè)的現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展方向[J]. 家禽科學(xué)，2017（8）：42-44.

[2]朱士仁. 我國(guó)養(yǎng)鵝業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、存在問(wèn)題分析及對(duì)策[J]. 鄭州牧業(yè)工程高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2013，33（3）：17-19.

[3]王秀茹. 養(yǎng)鵝場(chǎng)廢棄物對(duì)環(huán)境的污染及處理與利用[J]. 家禽科學(xué)，2017（9）：38-40.

[4]冷 庚，但德忠. 畜禽廢水處理技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)展[J]. 四川環(huán)境，2009，28（1）：68-72.

[5]洪和琪. 淺析畜禽養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（32）：109-110.

[6]鄒文娟，許曉慧，王國(guó)武，等. 光合細(xì)菌和枯草芽孢桿菌在污水處理中的應(yīng)用[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，37（9）：199-201.

[7]Lu J B，F(xiàn)u Z H，Yin Z Z. Performance of a water hyacinth （Eichhornia crassipes） system in the treatment of wastewater from a duck farm and the effects of using water hyacinth as duck feed[J]. Journal of Environmental Sciences，2008，20（5）：513-519.

[8]吳淑杭，姜震方. 水葫蘆深度凈化豬糞便污水研究[J]. 上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2003，19（4）：76-80.

[9]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局. 水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M]. 4版. 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

[10]韋小慶. 玉米秸稈與畜禽糞便堆料發(fā)酵技術(shù)研究[D]. 重慶：西南大學(xué)，2012.

[11]陳 彬，曹偉華. 水葫蘆對(duì)中高濃度畜禽廢水的凈化效果研究[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2007，19（2）：95-97.

[12]程 燕，龍 崢，姜無(wú)邊，等. 水葫蘆對(duì)豬場(chǎng)廢水的凈化作用[J]. 養(yǎng)豬，2014（4）：86-87.

[13]黃明意，林夢(mèng)婕，江 波，等. pH對(duì)水葫蘆凈化水質(zhì)的影響[J]. 化學(xué)工程與裝備，2015（8）：7-8.

[14]王 蘭，鄧良偉，王 霜，等. 畜禽養(yǎng)殖廢水厭氧消化液好氧處理研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 中國(guó)沼氣，2015，33（5）：3-10.

[15]楊 珊. 微生物復(fù)合及固定化處理景觀水體污染的研究[D].? 重慶：西南大學(xué)，2015.

[16]Talaiekhozani A，Rezania S. Application of photosynthetic bacteria for removal of heavy metals，macro-pollutants and dye from wastewater：a review[J]. Journal of Water Process Engineering，2017，19：312-321.

[17]Li L X，Yang X M，Li A，et al. Research progress of photosynthetic bacteria in wastewater treatment[J]. Applied Mechanics & Materials，2011，71/72/73/74/75/76/77/78：2831-2835.

[18]涂玉佩，陳玉鳳，韓賢菁，等. 篩選高效光合細(xì)菌菌株處理豬場(chǎng)污水試驗(yàn)[J]. 環(huán)境工程，2016，34（增刊1）：358-361.

[19]宋協(xié)法，潘玉蘭，馬 真，等. 單菌種和混合菌處理養(yǎng)殖污水的效果[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2015，9（7）：3281-3287.

[20]Zhou Q，Zhang G M，Lu Y F，et al. Feasibility study and process optimization of citric acid wastewater treatment and biomass production by photosynthetic bacteria[J]. Desalination & Water Treatment，2015，57（14）：1-7.

[21]陳尚智，胡勇有. 枯草芽孢桿菌對(duì)微污染水體的凈化作用[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，31（8）：1594-1601.

[22]何劍丹. 光合細(xì)菌處理生活污水和垃圾滲濾液的研究[D]. 成都：四川師范大學(xué)，2005.