幾種水生植物對(duì)養(yǎng)殖污水凈化效果的研究

鮑曉偉，沙 茜，趙智勇，楊仁燦，常雅潔，陳吉紅，韓 敏，胡清泉

（云南省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，云南 昆明 650224）

水生植物在生長(zhǎng)過(guò)程中，具有吸收氮、磷營(yíng)養(yǎng)元素的能力。研究表明進(jìn)行污水處理的水生植物體內(nèi)的氮、磷含量都達(dá)到甚至超過(guò)其生長(zhǎng)所需的最低值。氮、磷在水生植物體內(nèi)的存儲(chǔ)比在藻類(lèi)體內(nèi)更加穩(wěn)定，收割水生植物時(shí)，被其吸收的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也隨之離開(kāi)了水體，進(jìn)而達(dá)到凈化水體的目的[1]。水體中過(guò)量的氮、磷會(huì)對(duì)水體造成富營(yíng)養(yǎng)化，使湖泊、河流的透明度降低，水質(zhì)變差，因而也成為評(píng)價(jià)水質(zhì)好壞的重要指標(biāo)。

近年來(lái)，隨著集約化養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展和中小養(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)量的增加，養(yǎng)殖廢水的治理和凈化已成為當(dāng)前社會(huì)重視和關(guān)注的問(wèn)題。利用水生植物進(jìn)行污水的凈化近年來(lái)也被廣泛應(yīng)用，水生植物因其具有生長(zhǎng)繁殖快、凈化效果好以及可回收利用等諸多優(yōu)點(diǎn)常用于養(yǎng)殖污水的生態(tài)處理[2]，適宜的水生植物是影響凈化效果的關(guān)鍵因素。本試驗(yàn)主要是對(duì)比幾種水生植物，比較其對(duì)于污水的凈化能力。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

準(zhǔn)備16只相同規(guī)格的PVC桶（桶高60 cm、長(zhǎng)2 m，寬2 m），將相同濃度的養(yǎng)殖廢水分別倒入16只桶內(nèi)，一只桶作為對(duì)照組不種植植物，其余每3只桶作為一組，分別種植水葫蘆、水花生、空心菜、水白菜、狐尾藻；空心菜是購(gòu)買(mǎi)種子自己種植，其余水生植物均來(lái)自附近水塘，且要選取個(gè)體均勻完整、葉子較小的，以便有利于后期培養(yǎng)。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)時(shí)間2020年7月13日至8月17日，每隔1周采樣1次，每天上午9：00采集污水樣品，以測(cè)定水中化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH＋4-N）、總氮（TN）、總磷（TP）的濃度變化。為了更好地讓植物進(jìn)行光合作用，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程在戶(hù)外進(jìn)行。為了防止腐敗植物對(duì)水樣化學(xué)物質(zhì)濃度產(chǎn)生的影響，要定期清理水中的腐敗水葫蘆、水白菜和水花生，狐尾藻和空心菜要定期收割。

總磷的測(cè)定采用鉬酸銨分光光度法（GB 11893—1989），總氮的測(cè)定采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ 636—2012），氨氮的測(cè)定采用蒸餾-中和滴定法（HJ 537—2009），COD的測(cè)定采用重鉻酸鹽法（HJ 828—2017）。

去除率計(jì)算：去除率＝［（初始濃度－最終濃度）/初始濃度］×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 5種植物對(duì)污水中COD、氨氮、總氮、總磷的去除率

從表1中可以看到，5種水生植物對(duì)畜禽污水中的COD、氨氮、總氮、總磷均有不同的去除效果；對(duì)照組也有不同的變化，這與污水中的浮游生物、細(xì)菌等本身的代謝水平有關(guān)；所有的試驗(yàn)組中，污水的透明度和水質(zhì)均有了很大的改善。對(duì)于沉水植物狐尾藻而言，氮、磷的去除效果一般或者相對(duì)較差，而浮水植物水葫蘆和水白菜的去除效果相對(duì)較好，這與張揚(yáng)等[1]的研究結(jié)果一致。

2.2 5種植物處理后的污水總氮的濃度變化

從表1、圖1可看出來(lái)，水葫蘆去除TN效果最理想，約為54%，水花生、狐尾藻和空心菜的差距不大。在第20天時(shí)，除了水花生，其余水生植物處理過(guò)的污水TN都有所升高，處理總氮效果的水平依次是水葫蘆＞水白菜＞（狐尾藻、水花生）＞空心菜，以上數(shù)據(jù)也同時(shí)說(shuō)明水花生與水白菜對(duì)水體中TN的去除效果差異不明顯，這與張艷萍等[3]、杜興華等[4]的研究結(jié)果一致；空白對(duì)照組的去除率也有3%。

圖1 TN濃度的變化

2.3 5種植物處理后的污水總磷的濃度變化

從表1、圖2可看出來(lái)，水葫蘆去除TP的效果最理想，約為54.3%，水白菜次之為47.8%，水花生的處理效果最弱僅為9.8%，空心菜的處理效果一般。處理總氮效果的水平依次是水葫蘆＞水白菜＞狐尾藻＞空心菜＞水花生，而空白對(duì)照組的變化差異為3%。

圖2 TP濃度的變化

2.4 5種植物處理后的污水氨氮的濃度變化

從表1、圖3可看出來(lái)，水白菜和水花生去除NH＋4-N的效果差距不大，分別為61.9%和63.5%，水葫蘆次之，為51.6%，狐尾藻和空心菜的處理效果一般，分別為37%和40.3%。處理氨氮效果的水平依次是（水花生、水白菜）＞水葫蘆＞空心菜＞狐尾藻，而空白對(duì)照組的變化為2.3%。

圖3 NH＋4-N濃度的變化

表1 5種植物對(duì)污水中COD、氨氮（NH＋4-N）、總氮（TN）、總磷（TP）的去除率

2.5 5種植物處理后的COD的濃度變化

從表1、圖4可看出來(lái)，水葫蘆處理COD的效果最好，為53.3%，空心菜次之，為31.9%，狐尾藻和水花生處理效果差異不大，分別為13.5%和16.4%。處理COD效果水平依次是水葫蘆＞空心菜＞水白菜＞（狐尾藻、水花生）。空白對(duì)照組的COD有上升的趨勢(shì)，可能與水質(zhì)中含有大量懸浮物有關(guān)，歐志偉[5]也對(duì)此給出過(guò)結(jié)論，當(dāng)水質(zhì)中的懸浮物與增添的氧化劑產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，使COD的測(cè)定值在原基礎(chǔ)上明確提升，而水質(zhì)中還存在自身具備還原性的懸浮物，也會(huì)致使COD測(cè)定值出現(xiàn)提高的情況。

圖4 COD濃度的變化

3 結(jié)論

5種水生植物對(duì)養(yǎng)殖水體中NH＋4-N、TN、TP、COD均有不同程度的去除效果，不同植物處理組水體中多數(shù)物質(zhì)在16 d左右最低且于20 d左右顯著升高（圖1、圖2、圖3），處理水體中TN、TP、NH＋4-N等物質(zhì)含量的上升，可能與水溫的變化有關(guān)[6]，也可能是因?yàn)橹参锟葜€葉因腐爛或微生物自身的新陳代謝有關(guān)。水葫蘆、狐尾藻、水白菜等水生植物生長(zhǎng)快，且含有較高的粗蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)素，是潛在的家畜飼料來(lái)源，而空心菜同時(shí)還具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值而得到較多應(yīng)用[7]。但是水葫蘆因是外來(lái)物種且具有爆炸式的繁殖速度，對(duì)本地物種和魚(yú)類(lèi)的活動(dòng)均有一定影響，許多生態(tài)學(xué)者在應(yīng)用過(guò)程中存在頗多顧慮；水白菜易腐爛，狐尾藻的收割費(fèi)時(shí)費(fèi)力，均給實(shí)際利用帶來(lái)不便。對(duì)比幾種水生植物，可以考慮將多種植物混合種植，構(gòu)成雙層次群落結(jié)構(gòu)加快凈化速度，以彌補(bǔ)水生植物修復(fù)污染水體在周年循環(huán)中的缺陷。有研究表明，水生植物復(fù)合種植比單一種植處理污水表現(xiàn)出更高的凈化水平及穩(wěn)定性[8]。