碳源對蚯蚓人工濕地凈化養(yǎng)殖廢水的影響

郝益婷，高峰，馬歡歡，馬天，胡超，劉春成，崔二蘋

碳源對蚯蚓人工濕地凈化養(yǎng)殖廢水的影響

郝益婷1,2，高峰1,3*，馬歡歡4，馬天1,2，胡超1,3，劉春成1,3，崔二蘋1,3

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)田灌溉研究所，河南 新鄉(xiāng) 453002；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 研究生院，北京 100081；3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)水資源高效安全利用重點開放實驗室，河南 新鄉(xiāng) 453002；4.河南師范大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453007）

【目的】為資源化利用農(nóng)業(yè)秸稈優(yōu)化人工濕地凈化水質(zhì)提供理論依據(jù)?！痉椒ā吭O(shè)置8組人工濕地，其基質(zhì)分別為細(xì)沙（KW），細(xì)沙+玉米秸稈粉（JW），細(xì)沙+工業(yè)葡萄糖（PW），細(xì)沙+玉米秸稈生物炭（SW），細(xì)沙+蚯蚓（KQ），細(xì)沙+玉米秸稈粉+蚯蚓（JQ），細(xì)沙+工業(yè)葡萄糖+蚯蚓（PQ），細(xì)沙+玉米秸稈生物炭+蚯蚓（SQ）。【結(jié)果】在添加玉米秸稈生物炭、工業(yè)葡萄糖以及玉米秸稈粉為碳源后COD的去除率分別為81.80%、88.58%、85.77%，添加碳源后COD去除率均有所提升，每組分別提升了2.3%、9.1%、6.3%。添加工業(yè)葡萄糖和玉米秸稈粉可提高人工濕地凈化TN、TP的效果，分別提高了7.0%和2.8%；添加工業(yè)葡萄糖和玉米秸稈粉為碳源的人工濕地去除TN的效果最好，去除率可達98%和98.2%；在不同處理組中加入蚯蚓后，添加玉米秸稈粉處理組對銅（Cu）的去除率最高，處理水中檢測不出銅的量。【結(jié)論】在人工濕地中加入蚯蚓后，養(yǎng)殖廢水的COD、重金屬Cu和Zn的去除率分別提升1.8%、6.3%和2.6%；人工濕地添加玉米秸稈生物炭作為碳源對NH4+-N去除率有明顯提高；相比玉米秸稈粉和玉米秸稈生物炭，添加工業(yè)葡萄糖對人工濕地凈化養(yǎng)殖廢水的COD、TP、TN、重金屬Cu效果最佳；添加不同碳源與蚯蚓對人工濕地去除COD的效果均有適當(dāng)提高。加入玉米秸稈粉與蚯蚓聯(lián)合作用會顯著提高人工濕地COD、TP、TN、NH4+-N、以及重金屬Cu、Zn的去除率；人工濕地中添加玉米秸稈粉時，蚯蚓吸收重金屬Cu效果最佳。

人工濕地；蚯蚓；碳源；養(yǎng)殖廢水

0 引 言

【研究意義】推進鄉(xiāng)村畜牧糞污處理、農(nóng)作物秸稈綜合利用及農(nóng)業(yè)面源污染防治等是國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略中農(nóng)村環(huán)境綜合治理的重要內(nèi)容。據(jù)2020年6月發(fā)布的《全國第二次污染源普查公報》顯示，在農(nóng)業(yè)源中畜禽養(yǎng)殖業(yè)的化學(xué)需氧量（COD）和氨氮排放量分別為604.83萬t和7.5萬t，總氮37萬t，總磷8.04萬t。目前我國的農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖廢水和鄉(xiāng)村污水面廣量大，現(xiàn)有處理技術(shù)中的人工濕地技術(shù)具有效果好、成本低并有生態(tài)景觀作用的優(yōu)點，具有較大的應(yīng)用推廣前景。【研究進展】人工濕地最早是在德國被提出，Seidel[1]在1953年研究發(fā)現(xiàn)蘆葦能去除大量有機物和無機物，進一步的研究表明污水中的細(xì)菌在通過蘆葦床時消失，且蘆葦及其他大型植物能從水中吸收重金屬和有機物等。1990年人工濕地被引入我國開始研究[2]，經(jīng)過這幾十年的發(fā)展，人工濕地研究主要集中在如何提高脫氮除磷效率、對新興污染物的去除、人工濕地根區(qū)的微生物結(jié)構(gòu)與功能、人工濕地模型等方面[3]。而在人工濕地中加入蚯蚓的研究是在2002年Davison[4]研究蘆葦床時發(fā)現(xiàn)6種蚯蚓，進而研究發(fā)現(xiàn)蚯蚓將堵塞物從基質(zhì)表面移到床的表面，從而延長了蘆葦床的壽命。付大能等[5]在2009年研究赤子愛勝蚓強化潛流人工濕地效能也表明，蚯蚓增強了濕地土壤的透氣性，并且發(fā)現(xiàn)濕地系統(tǒng)的水位線對處理效果有明顯影響，研究發(fā)現(xiàn)濕地系統(tǒng)中水位位于土壤與礫石的分界處時添加蚯蚓可以明顯提高凈化效果。王國芳等[6]在研究蚯蚓改善垂直潛流人工濕地時發(fā)現(xiàn)，蚯蚓的添加提高了人工濕地COD、氨氮（NH4+-N）、總氮（TN）、總磷（TP）的去除率，并且蚯蚓的添加增加了人工濕地基質(zhì)每層的微生物量，一定程度上緩解了人工濕地堵塞問題，可以提高人工濕地對重金屬的去除率。陳中兵等[7]研究發(fā)現(xiàn)添加蚯蚓可降低鎘的毒性，因此在添加蚯蚓后，人工濕地去除重金屬的效果增強。徐德福等[8]在蚯蚓對人工濕地系統(tǒng)優(yōu)化分析中表明蚯蚓可作為人工濕地運行狀況監(jiān)控的有效生物指標(biāo)，并且將蚯蚓引入植物-微生物-基質(zhì)的循環(huán)中，蚯蚓可以改變原有的物質(zhì)循環(huán)進而提高人工濕地運行的穩(wěn)定性。由此可見，將蚯蚓添加到人工濕地中有很好的應(yīng)用價值。于建光等[9]及Ning等[10]研究表明在施加玉米秸稈的情況下在土壤中接種蚯蚓可以豐富微生物濃度，而微生物結(jié)構(gòu)變化是可以揭示土壤內(nèi)蚯蚓對重金屬的吸收效果。胡安等[11]利用木屑和豬糞的混合物作為碳源接種蚯蚓發(fā)現(xiàn)其對銅（Cu）、鋅（Zn）的富集量增加，Khan等[12]的研究也表明在蚯蚓堆肥過程中加入生物炭降低了重金屬（Cu、Zn、Cd、Cr、Mg等）量和TP、TN量。周磊等[13]在蚯蚓-人工濕地中添加生物炭（稻殼生物炭，椰殼生物炭，木質(zhì)生物炭）的研究發(fā)現(xiàn)，在人工濕地中添加生物炭和蚯蚓可以提高溶解氧濃度進而提高氮的去除率。表明碳源和蚯蚓在凈化N、P和重金屬方面有協(xié)同作用，可增強人工濕地凈化水質(zhì)的效果?！厩腥朦c】目前國內(nèi)外研究人工濕地凈化水質(zhì)效果提升多集中于添加木質(zhì)生物炭和植物碳源等，添加蚯蚓雖有研究，但對于不同碳源和蚯蚓聯(lián)合作用對人工濕地的凈化效果還需要進一步研究，以尋求凈化水質(zhì)效果最優(yōu)的人工濕地組合方式。【擬解決的關(guān)鍵問題】探究添加作物秸稈碳源和葡萄糖等碳源與蚯蚓對人工濕地凈化水質(zhì)提升效果，為農(nóng)作物秸稈合理利用以及養(yǎng)殖廢水農(nóng)業(yè)安全利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年10月7日—12月16日在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院河南新鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)水土環(huán)境野外科學(xué)觀測試驗站陽光溫室內(nèi)進行。該試驗站地處河南省北部，南臨黃河，地理位置為N35°15′38″—N35°15′45″、E113°55′5″—E113°55′7″，海拔73.2 m。

1.2 供試材料

供試蚯蚓品種為赤子愛勝蚓（以下簡稱蚯蚓），供試植物為蘆葦（購自于江蘇欣唯珩園林有限公司），供試碳源有玉米秸稈粉（購自于聯(lián)豐農(nóng)產(chǎn)品深加工公司）、玉米秸稈生物炭（購自于立澤環(huán)保科技公司）、工業(yè)葡萄糖（購自于河南沃瑞環(huán)保科技公司），試驗用人工濕地小試模型為聚乙烯板制成的長65 cm，寬65 cm，高100 cm的容器。人工濕地小試模型由下往上分別為10 cm厚的礫石（粒徑20～30 mm）層，60 cm厚的沙子（粒徑0.25～0.35 mm）基質(zhì)層。礫石和沙子填入人工濕地模型之前用清水沖洗3次并自然風(fēng)干。礫石和沙子購買于河南省新鄉(xiāng)市有利建材有限公司。廢水選用河南省新鄉(xiāng)市某豬場廢水經(jīng)一級厭氧消化后的厭氧發(fā)酵液，經(jīng)過稀釋40～60倍后利用滴灌方式加入人工濕地。

1.3 試驗設(shè)計

人工濕地模型采用垂直下行流模式（表1），試驗基質(zhì)內(nèi)設(shè)置細(xì)沙（KW），細(xì)沙+玉米秸稈粉（JW），細(xì)沙+工業(yè)葡萄糖（PW），細(xì)沙+玉米秸稈生物炭（SW），細(xì)沙+蚯蚓（KQ），細(xì)沙+玉米秸稈粉+蚯蚓（JQ），細(xì)沙+工業(yè)葡萄糖+蚯蚓（PQ），細(xì)沙+玉米秸稈生物炭+蚯蚓（SQ），細(xì)沙與碳源混合比均為200∶1，蚯蚓均接種250 g（約200只），并種植16棵長勢相同的成熟期根系發(fā)達蘆葦，每組設(shè)3個重復(fù)，進水選用滴灌方式，滴灌管環(huán)繞水箱內(nèi)壁進行滴灌，控制水力停留時間為5 d進水5 t，在人工濕地水箱組合群出水口2（圖1）上方布置1條出水管控制水位以保證人工濕地基質(zhì)內(nèi)含水率不超過70%。

表1 人工濕地模型基質(zhì)構(gòu)成

圖1 人工濕地剖面圖

1.4 指標(biāo)測定及方法

將布置好的試驗箱先連續(xù)進清水15 d，使?jié)竦貎?nèi)的蘆葦、蚯蚓以及濕地中微生物適應(yīng)環(huán)境，然后取蘆葦根系土壤測定微生物群落結(jié)構(gòu)。而后開始灌入豬場厭氧發(fā)酵后的廢水，第1次灌水稀釋60倍，第2、第3次稀釋40倍，每次灌水測定水質(zhì)的COD、TP、TN、Cu、Zn以及NH4+-N等指標(biāo)，從每個濕地箱子抽取2只蚯蚓測定重金屬Cu、Zn量。水質(zhì)指標(biāo)（COD、總磷、總氮和重金屬銅、鋅等）測定參考《水和廢水監(jiān)測分析方法（第4版增補版）》進行檢測。

根據(jù)張聰?shù)萚14]對蚯蚓重金屬量的研究方法，蚯蚓重金屬量的測定是在灌水第5天、第10天和第15天后每組人工濕地中隨機取出2條蚯蚓，用蒸餾水洗干凈后分別放入燒杯中吐泥48 h（保鮮膜封口，扎孔），然后用蒸餾水洗干凈放入烘箱105 ℃烘干至衡質(zhì)量，冷卻后研磨測定重金屬量。

1.5 養(yǎng)殖廢水水質(zhì)指標(biāo)

人工濕地灌水水質(zhì)指標(biāo)如表2。

表2 養(yǎng)殖廢水水質(zhì)指標(biāo)

1.6 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)通過Excel 2016進行作圖，利用SPSS 25.0進行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同碳源添加對COD去除率的影響

添加不同碳源后有無蚯蚓對廢水COD的去除率如圖2?？瞻捉M的COD去除率為79.5%，在添加玉米秸稈生物炭、工業(yè)葡萄糖以及玉米秸稈粉為碳源后COD的去除率分別為81.8%、88.5%、85.8%，可見，添加碳源后COD去除率均有所提升，分別提升了2.3%、9.1%、6.3%。而在不添加碳源的空白組中加入蚯蚓后，人工濕地對養(yǎng)殖廢水的COD去除率也有所提升，提升了1.8%。當(dāng)人工濕地內(nèi)添加蚯蚓后又同時加入玉米秸稈生物炭、工業(yè)葡萄糖、玉米秸稈粉為碳源時，人工濕地去除養(yǎng)殖廢水COD的去除率分別為84.5%、88.1%和82.3%，可見，在人工濕地內(nèi)添加蚯蚓與3種碳源均會提高COD的凈化效率，但通過SPSS顯著性分析發(fā)現(xiàn)提升效果不明顯。而在生物炭處理組引入蚯蚓后可增強對COD的去除率。通過與空白組COD去除率對比，在所有處理中，添加工業(yè)葡萄糖為碳源的人工濕地去除COD的效率最佳。

圖2 不同碳源添加下COD的去除率

2.2 不同碳源添加對總磷去除率的影響

添加不同碳源后有無蚯蚓添加對廢水TP的去除率如圖3。在不添加蚯蚓空白組中，添加工業(yè)葡萄糖和玉米秸稈粉可提高人工濕地凈化TP的效果，分別提高了7.0%和2.8%，但根據(jù)SPSS顯著性分析發(fā)現(xiàn)，提高效果不明顯，在添加玉米秸稈生物炭為碳源的人工濕地對去除TP效果不佳，而在添加蚯蚓的人工濕地空白組中，添加工業(yè)葡萄糖和玉米秸稈粉的人工濕地TP去除的效果提升了7.7%和4.3%，添加玉米秸稈生物炭則效果不佳，根據(jù)每組碳源相同但對比有無蚯蚓的添加對人工濕地凈化TP的影響可以看出，添加蚯蚓會提高人工濕地的凈化效果，并且根據(jù)八組人工濕地出水TP去除率發(fā)現(xiàn)在添加工業(yè)葡萄糖為碳源時加入蚯蚓與其聯(lián)合作用效果最好，去除率可達94.0%。

圖3 不同碳源的添加下總磷的去除率

2.3 不同碳源添加對總氮去除率的影響

圖4是在添加不同碳源后有無蚯蚓添加對廢水TN的去除率比較，在不添加蚯蚓的人工濕地空白組中，添加工業(yè)葡萄糖和玉米秸稈粉為碳源的人工濕地去除TN的效果最好，去除率可達98%和98.2%，添加玉米秸稈生物炭為碳源的人工濕地則效果不明顯，在添加蚯蚓的人工濕地空白組中，工業(yè)葡萄糖和玉米秸稈粉的添加會使人工濕地去除TN的效果更好，分別提高了6.3%和5.1%，在不同碳源的添加下對比有無蚯蚓的添加發(fā)現(xiàn)，在人工濕地中加入蚯蚓去除TN效果不佳，與空白組對比，在人工濕地中加入玉米秸稈粉為碳源時TN去除率達98.2%，效果最好。

2.4 不同碳源添加對氨氮去除率的影響

圖5是在添加不同碳源后有無蚯蚓添加對廢水NH4+-N去除率的比較，空白組NH4+-N去除率為90.9%，在添加玉米秸稈生物炭、工業(yè)葡萄糖、玉米秸稈粉后，人工濕地對NH4+-N的去除率均有所提高，且玉米秸稈生物炭的去除效果最好，可達99.5%，并且與空白組相比達到顯著水平。而在不添加碳源的空白組中加入蚯蚓后，發(fā)現(xiàn)NH4+-N去除率反而降低，但添加玉米秸稈生物炭、工業(yè)葡萄糖和玉米秸稈粉為碳源時再加入蚯蚓，NH4+-N去除率均有提升，去除率依次為99.3%、99.4%和95.1%，并且與不添加蚯蚓相比，工業(yè)葡萄組與玉米秸稈粉組的NH4+-N的去除率增加了1.1%和2.5%。

圖4 不同碳源的添加下總氮的去除率

圖5 不同碳源的添加下氨氮的去除率

2.5 不同碳源添加對銅去除率的影響

表3是在添加不同碳源后有無蚯蚓添加對廢水中重金屬Cu去除率的比較，對于不添加蚯蚓的處理組，人工濕地中加入工業(yè)葡萄糖和玉米秸稈粉后，對重金屬Cu的去除率均有所增加，對Cu的去除率分別為96.3%和90.8%，相比不加碳源的人工濕地對Cu的去除提高了22.3%和16.9%。在不同處理組中加入蚯蚓后，添加玉米秸稈粉處理組對Cu的去除率最高，可全部去除重金屬Cu。

表3 不同碳源的添加下銅的去除率

2.6 不同碳源添加對鋅去除率的影響

表4是在添加不同碳源后有無蚯蚓添加對廢水中重金屬Zn去除率的比較，通過表4可知添加工業(yè)葡萄糖和玉米秸稈粉會明顯提高廢水Zn的去除率，在不加蚯蚓的情況下，添加工業(yè)葡萄糖和玉米秸稈粉為碳源時，鋅的去除率分別提高了17.5%和21.9%，添加秸稈粉對Zn的去除率相比空白處理達到顯著水平。在人工濕地中加入蚯蚓后，添加工業(yè)葡萄糖和玉米秸稈粉的人工濕地對Zn的去除率明顯提高，添加秸稈粉的處理組達到顯著水平。對比空白組重金屬Zn的去除，在人工濕地中引入蚯蚓的同時添加玉米秸稈粉為碳源時去除重金屬Zn的效果最好，去除率可達98.1%。

表4 不同碳源的添加下鋅的去除率

2.7 蚯蚓人工濕地中添加不同碳源后蚯蚓重金屬量變化

如圖6是人工濕地運行第5天、第10天和第15天時蚯蚓體內(nèi)重金屬Cu、Zn量的變化。蚯蚓在人工濕地運行一段時間后，主要分布于蘆葦根系以及基質(zhì)層距離地面5～20 cm處，蚯蚓在人工濕地運行15 d后質(zhì)量提升0.1 g，蚯蚓存活率為100%。

圖6 蚯蚓體內(nèi)重金屬Cu量和Zn量

由圖6（a）可知，在進水濃度、水力條件和蘆葦密度及生長狀況相同的情況下，人工濕地運行前期，添加玉米秸稈生物炭為碳源的人工濕地中的蚯蚓吸收重金屬Cu最多，蚯蚓重金屬Cu量15.88 mg/kg，但在人工濕地運行10 d時玉米秸稈生物炭為碳源的人工濕地中的蚯蚓重金屬Cu量下降，而空白組和玉米秸稈粉組以及工業(yè)葡萄糖組的蚯蚓重金屬Cu量呈上升狀態(tài)，最終在運行第15天時玉米秸稈粉和玉米秸稈生物炭組的蚯蚓重金屬Cu量再次升高，而空白組和葡萄糖組下降，最終空白組蚯蚓重金屬Cu量最低，為9.89 mg/kg，玉米秸稈粉組蚯蚓重金屬Cu量最高，為14.03 mg/kg。

由圖6（b）可知，玉米秸稈生物炭組的蚯蚓重金屬Zn量在運行初期最高，為133.50 mg/kg，在第10天和第15天重金屬Zn量明顯下降后又稍有回升，但最終空白組的蚯蚓重金屬Zn量最高，為99.57 mg/kg。

3 討 論

3.1 添加蚯蚓對人工濕地凈化水質(zhì)的影響

付大能[5]研究發(fā)現(xiàn)，在人工濕地內(nèi)引入蚯蚓后，水位線達到中水位線時人工濕地的COD、NH4+-N、TP、TN等的去除率分別提高12.98%、26.73%、16.94%、27.21%。吳穎[15]研究表明將蚯蚓生態(tài)濾池結(jié)合植物生態(tài)床處理污泥可顯著提升污泥有機物降解率以及TP去除率，并促進體系硝化作用的進行。在本研究中將蚯蚓引入人工濕地后，人工濕地的TP、COD和重金屬Cu、Zn的去除率均有所提高，這與付大能等[5]和吳穎[15]的研究結(jié)果一致。與付大能等[5]研究相比，本研究中加入蚯蚓并沒有提高TN和NH4+-N的去除率，田鎖霞[16]認(rèn)為，蚯蚓對不同濃度氨氮的耐受性不同，本研究中將蚯蚓引入人工濕地未能提高氨氮的去除率，原因可能是稀釋后的養(yǎng)殖廢水中氨氮濃度使蚯蚓活性降低。其次在添加蚯蚓后人工濕地的TP、COD和重金屬Cu、Zn的去除率雖有提高但與空白組相比未達到顯著性水平，根據(jù)蘇北等[17]研究發(fā)現(xiàn)，蚯蚓人工濕地去除總氮和氨氮在7、8月是效果最好的，而本試驗在10月進行原因可能除蚯蚓對氨氮濃度有耐受性外，還有人工濕地基質(zhì)內(nèi)微生物環(huán)境對其有一定影響。

3.2 添加不同碳源對人工濕地凈化水質(zhì)的影響

張馳等[18]研究表明玉米秸稈作為人工濕地外加碳源可提升總磷和總氮的去除率，陸松柳等[19]在人工濕地中添加葡萄糖后發(fā)現(xiàn)可以提高硝氮的去除率。而在本試驗中加入不同碳源（工業(yè)葡萄糖、玉米秸稈粉、玉米秸稈生物炭）后也提高了人工濕地去除COD、總磷、總氮、氨氮以及重金屬銅、鋅等的去除率，根據(jù)對比發(fā)現(xiàn)在人工濕地中加入玉米秸稈粉和工業(yè)葡萄糖的效果最好，這與張弛等[18]的研究結(jié)果一致。但本研究認(rèn)為在人工濕地中加入玉米秸稈生物炭為碳源時，去除養(yǎng)殖廢水中的氨氮可達效果最好，馬鋒鋒等[20]對玉米秸稈生物炭對水中氨氮吸附特征的研究表明，玉米秸稈生物炭對氨氮吸附的最佳pH范圍為5～8，而本研究中養(yǎng)殖廢水的pH范圍在5.4～5.5之間，因此玉米秸稈生物炭作為碳源在人工濕地中可能會吸附一定量氨氮使其相比添加玉米秸稈粉和工業(yè)葡萄糖為碳源時效果更佳。對比添加3種不同碳源后，人工濕地COD、TP、TN、NH4+-N、重金屬Cu、Zn等去除率，本研究發(fā)現(xiàn)，在人工濕地中加入工業(yè)葡萄糖為碳源時，人工濕地凈化水質(zhì)的效果最好。

3.3 添加蚯蚓與不同碳源聯(lián)合作用對人工濕地凈化水質(zhì)的影響

在李宗宇等[21]的研究提到在赤子愛勝蚓生態(tài)濾池中，生物炭和水稻秸稈混合作為填料有利于去除氨氮和總氮。而在本試驗中進一步研究發(fā)現(xiàn)，在人工濕地中分別加入生物炭和玉米秸稈粉后總氮的去除率均有所提高，加入玉米秸稈生物炭為碳源時強化了人工濕地的氨氮去除率。這說明將秸稈制作為秸稈粉或秸稈生物炭能夠提升凈化水質(zhì)效果。吳海露[22]研究認(rèn)為在反硝化微生物利用碳源的過程中帶有給電子基團的物質(zhì)和易降解的物質(zhì)（如葡萄糖）更易被反硝化過程利用，本試驗進一步研究說明添加工業(yè)葡萄糖為碳源的人工濕地在去除COD、TP、TN、NH4+-N和重金屬Cu、Zn等方面都有很好的效果，并印證了添加工業(yè)葡萄糖后能顯著影響人工濕地的基質(zhì)內(nèi)微生物數(shù)量和結(jié)構(gòu)，增強硝化作用和反硝化作用。

李晶[23]發(fā)現(xiàn)赤子愛勝蚓對重金屬Cu、Zn的消解作用與堆置物的酶活性相關(guān)性很大，而本試驗發(fā)現(xiàn)，蚯蚓在不同碳源添加的人工濕地中重金屬銅鋅的吸收量隨時間不同而變化，原因主要是由于人工濕地內(nèi)基質(zhì)酶活性的不同，同時也與蚯蚓在不同碳源添加的人工濕地中的適應(yīng)性以及蚯蚓酶活性的不同有關(guān)。在人工濕地中加入玉米秸稈生物炭為碳源時，人工濕地的總磷和重金屬Cu、Zn的去除率效果不佳，這可能是玉米秸稈生物炭在加入人工濕地基質(zhì)后與基質(zhì)本身和蘆葦根系微生物有抑制作用，具體還需根據(jù)基質(zhì)微生物群落結(jié)構(gòu)分析探討。

4 結(jié) 論

1）在人工濕地中加入250 g約200只蚯蚓后，養(yǎng)殖廢水的COD、重金屬Cu和Zn的去除率分別提升1.8%、6.3%和2.6%。

2）人工濕地添加玉米秸稈生物炭作為碳源對氨氮去除率有明顯提高；相比玉米秸稈粉和玉米秸稈生物炭，添加工業(yè)葡萄糖對人工濕地凈化養(yǎng)殖廢水的COD、TP、TN、重金屬Cu效果最佳。

3）添加不同碳源與蚯蚓對人工濕地去除COD的效果均有適當(dāng)提高；加入玉米秸稈粉與蚯蚓聯(lián)合作用會顯著提高人工濕地COD、TP、TN、NH4+-N以及重金屬Cu、Zn的去除率；

4）人工濕地中在添加玉米秸稈粉與基質(zhì)細(xì)化混合比為細(xì)沙∶玉米秸稈粉=200∶1時，蚯蚓吸收重金屬Cu效果最佳。

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Improving Wastewater-treatment Wetlands by Exogenous Carbon Earthworms

HAO Yiting1,2, GAO Feng1,3*, MA Huanhuan4, MA Tian1,2, HU Chao1,3, LIU Chuncheng1,3, CUI Erping1,3

(1. Institute of Irrigation, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Xinxiang 453002, China;2.Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China;3.Key Laboratory of Efficient and Safe Utilization of Agricultural Water Resources, Chinese Academy of Agricultural Sciences,Xinxiang 453002, China; 4. College of Environment, Henan Normal University, Xinxiang 453007, China)

【Objective】Constructed wetland is a biotechnological technique to treat wastewater; its function depends on a multitude of biotic and abiotic factors. This paper compares the performance of eight wetlands constructed by different materials.【Method】The eight wetlands we studied were constructed by fine sand only (CK), fine sand +corn straw powder (JW), fine sand + industry glucose (PW), sand + corn-straw biochar (SW), fine sand + eisenia fetida (KQ), fine sand + corn straw powder + eisenia fetida (JQ), fine sand + industrial glucose + eisenia fetida (PQ),fine sand + corn stover biochar + eisenia fetida (SQ), respectively.【Result】Adding corn-straw biochar, industrial glucose and corn-straw power increased the COD removal rate by 81.80%, 88.58% and 85.77%, respectively,compared to CK. Adding industrial glucose combined with corn straw powder improved purification efficiency of total N (TN) and total P (TP) by 7.0% and 2.8%, respectively. Wetland with industrial glucose and corn straw powder had the best TNremoval rate, reaching 98% and 98.2%, respectively. Adding corn-straw power along with eisenia fetida was most effective to remove cooper, compared with other treatments. On average, introducing eisenia fetida to the wetlands increased the removal rates of COD, Cu and Zn by 1.8%, 6.3% and 2.6%, respectively, while adding corn-stover biochar significantly increased the removal rate of NH4+-N. Compared with corn straw powder and corn straw biochar, industrial glucose was more efficient for removing COD, total N and N, and Cu.【Conclusion】Adding eisenia fetida and organic carbon to the wetland can improve its efficacy to remove COD,nitrogen and heavy metals, especially corn-stover powder combined with eisenia fetida. For removing Cu, corn straw powder combined with eisenia fetida works the best.

constructed wetland; Children love worms; carbon source; aquaculture wastewater

1672 - 3317（2023）02 - 0117 - 07

S271

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022299

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HAO Yiting, GAO Feng, MA Huanhuan, et al. Improving Wastewater-treatment Wetlands by Exogenous Carbon Earthworms[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(2): 117-122, 144.

2022-05-28

國家重點研發(fā)計劃項目（2017YFC0403503）

郝益婷（1997-），女。碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)水資源與水環(huán)境研究。E-mail: haoytdyx@163.com

高峰（1963-），男。研究員，主要從事農(nóng)業(yè)水資源與水環(huán)境研究。E-mail: gfyx@sina.com

責(zé)任編輯：趙宇龍