3種濕地植物對養(yǎng)豬廢水的凈化效果

史佳峰 朱慧杰

摘要 [目的]研究3種濕地植物對養(yǎng)豬廢水的脫氮除磷效果。[方法]采用人工濕地工藝處理技術，研究水葫蘆、蘆葦、水花生對養(yǎng)豬廢水中氨氮（NH+4-N）、總磷（TP）、化學需氧量（CODCr）的去除效果。[結果]水力停留時間（HRT）為20 d時，人工濕地對CODCr、NH+4-N、TP的去除效果較好，平均去除率分別達到85.5%、90.6%和82.2%，達到了預期目的。[結論]該工藝能使工程化處理養(yǎng)豬廢水達到國家標準。

關鍵詞 垂直流人工濕地；水生植物；養(yǎng)殖廢水；凈化效果

Purification Effects of 3 Wetland Plants on Pig Wastewater

SHI Jia-feng1，ZHU Hui-jie1，2* （1.Pingdingshan Fengxiang Environmental Protection Technology Co.Ltd.，Pingdingshan，Henan 467000； 2.School of Municipal and Environmental Engineering，Henan University of Urban Construction，Pingdingshan，Henan 467036）

Abstract [Objective]To study the effects of 3 wetland plants on nitrogen and phosphorus removal in pig wastewater.[Method]Using artificial wetland treatment technology，removal efficiency of Eichhornia crassipes，Phragmites australias and Alternanthera philoxeroides on NH+4-N，TP，CODCr were studied.[Result]When the hydraulic retention time （HRT） was 20 d，the removal rate of CODCr，NH+4-N and TP was better by constructed wetland，the average removal rate reached 85.5%，90.6% and 82.2%，respectively，and achieved the desired goal.[Conclusion]This process can meet the national standards for engineering treatment of pig wastewater.

Key words Vertical flow constructed wetland；Aquatic plant；Aquaculture wastewater；Purification effect

目前禽畜養(yǎng)殖業(yè)正在向規(guī)模化集約化發(fā)展，但仍有部分養(yǎng)豬場通過水沖洗糞便排放或將糞便直接排入自然水體中，養(yǎng)豬廢水含有較高的化學需氧量（CODCr）、5日生化需氧量（BOD5）及懸浮物（SS）和氨氮（NH+4-N），如果處理不善，會給周圍的生態(tài)環(huán)境、飲用水源等帶來威脅和危害[1]。目前，生物技術（包括人工濕地[2-3]、微生物及其固定技術[4]和生物膜法[5]等）已逐步被應用于養(yǎng)殖廢水處理中，處理效果理想。其中，人工濕地技術[6-7]不僅具有良好的脫氮除磷能力，還能夠根據周圍地形因地制宜，運行方便，適宜在養(yǎng)殖區(qū)域附近建立。然而，現(xiàn)有的關于垂直流人工濕地法處理水產養(yǎng)殖廢水中運行參數的研究甚少。因此，筆者以真實的養(yǎng)豬廢水為研究對象，探討不同植物構建的人工濕地系統(tǒng)對廢水中總磷（TP）、NH+4-N和有機物（以CODCr表示）的去除效果，旨在為中原地區(qū)處理養(yǎng)豬廢水，構建本土植物的人工濕地系統(tǒng)提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 采集與馴養(yǎng)。試驗所用水葫蘆、蘆葦和水花生均采自河南省平頂山市某養(yǎng)豬場排水溝。植物采集后先用豬場廢水進行適應性馴化培養(yǎng)，待植物生長狀況穩(wěn)定后再進行人工濕地系統(tǒng)試驗。

1.1.2 培養(yǎng)條件。用氫氧化鈉調節(jié)溶液pH至7左右，溫度23～28 ℃。通過15 d的馴化，3種供試植物均可在實際豬場廢水中正常生長繁殖。

1.1.3 水質參數。養(yǎng)豬廢水污染物參數：

CODCr濃度500～1 800 mg/L，NH+4-N含量80～200 mg/L，TN含量100～250 mg/L，TP含量25～80 mg/L，pH為6.5～7.5。

1.1.4 人工濕地結構。人工濕地結構見圖1。

1.2 試驗方法

在實際養(yǎng)豬廢水中分別放置3種植物（水葫蘆、蘆葦和水花生各30株）進行培養(yǎng)。分別測定不同水力停留時間（HRT）0、5、10、15、20 d下各處理水樣中的NH+4-N）、TP和CODCr的濃度。采集水樣后，為維持水池中水位，用蒸餾水補充至原水位。

1.3 測定項目與方法

水樣中的NH+4-N、TP濃度分別采用納氏試劑比色法（HJ 535—2009）與過硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法（HJ 671—2013）測定；CODCr濃度采用重鉻酸鉀法（HJ 828—2017）測定。

2 結果與分析

2.1 3種濕地植物對養(yǎng)豬廢水中NH+4-N的去除效果

從圖2可以看出，前15 d各植物系統(tǒng)都能有效去除養(yǎng)豬廢水中的NH+4-N。第15天時，水葫蘆、蘆葦和水花生的人工濕地系統(tǒng)的NH+4-N去除率分別為74.5%、62.5%和40.0%，對照組僅為7.5%，剩余NH+4-N的濃度為120、75、51和185 mg/L。蘆葦和水花生人工濕地系統(tǒng)的出水NH+4-N濃度均小于《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》（GB 18596—2001）中規(guī)定的80 mg/L NH+4-N，可達標排放。20 d時，水花生、蘆葦、水葫蘆的人工濕地的剩余NH+4-N濃度分別為60.0、37.5、25.5 mg/L，均已達到排放標準，但對照（92.5 mg/L）尚未達到。這是由于微生物的NH+4-N降解受限因素較多，從而使其NH+4-N降解比其有機物更難降解。

停留時間對對照組NH+4-N的去除影響很小，而對人工濕地系統(tǒng)影響較大。微生物對NH+4-N的作用要經歷連好氧硝化及厭氧反硝化，同時殘留有機物濃度也影響反硝化過程[8]。對照微生物數量較少，環(huán)境的厭氧好氧轉化不明顯，這些因素會抑制微生物降解NH+4-N的效率。植物根系周圍形成的環(huán)境，有利于微生物的活動，促進了對NH+4-N的降解[3]，且植物本身及微生物的繁殖生長都會消耗部分NH+4-N。因此，植物人工濕地系統(tǒng)的NH+4-N去除率較對照好，根系最發(fā)達的水葫蘆去除氨氮效果效果顯著[9]。

2.2 3種濕地植物對養(yǎng)豬廢水中TP的去除效果

從圖3可以看出，0～10 d，3種植物對TP的去除效率逐漸增大，經過10 d，TP去除率增加了52.5%～75.0%，對照組的TP去除率較低，僅為9.8%。隨后去除效率持續(xù)增長，至20 d水花生、蘆葦、水葫蘆和對照的TP去除率分別增加至66.25%、86.25%、90.63%和13.75%。可見，HRT對人工濕地處理TP濃度有較大影響，水葫蘆和蘆葦植物人工濕地系統(tǒng)的TP去除率相差不大[10]。

2.3 3種濕地植物對養(yǎng)豬廢水中CODCr的去除效果

從圖4可以看出，對照組對CODCr的去除效果最差，比各植物人工濕地系統(tǒng)的平均效率低約69.0%；同時也受HRT的影響較大，HRT的增加均有利于CODCr的去除，各植物人工濕地均有較好的CODCr去除效果，其中水葫蘆效果最好，蘆葦和水花生次之。

由于進水濃度相對較高，在最初的5 d，各系統(tǒng)均有一個CODCr降解適應過程，CODCr去除率緩慢上升。15～20 d，CODCr去除率上升較快。當HRT為15 d，水花生、蘆葦、水葫蘆和對照組的出水CODCr濃度分別降為878、731、460和1 691 mg/L，20 d時出水CODCr濃度分別降為480、380、320和1 619 mg/L，水葫蘆和蘆葦系統(tǒng)均滿足了《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》（GB 18596—2001）中CODCr的排放要求，CODCr均在400 mg/L以下。

水葫蘆人工濕地系統(tǒng)良好的有機物凈化效果，與水葫蘆生物量大、葉繁肉厚、根系發(fā)達，自身生長所需有機物量較大有關[10]。

3 結論

該研究通過水葫蘆、蘆葦和水花生人工濕地系統(tǒng)對養(yǎng)豬廢水中NH+4-N、TP、CODCr的去除試驗，得出如下結論：

①3種水生植物對養(yǎng)豬廢水中NH+4-N的平均去除率在55.5%～85.5%，對TP的平均去除率在66.3%～90.6%，對CODCr的平均去除率在73.3%～82.2%，而對照組分別為11.0%、13.8%和10.1%。

②總體而言，3種植物對養(yǎng)豬廢水的處理效果從大到小依次為水葫蘆、蘆葦、水花生。

參考文獻

[1] 范立維，張曉華，張水麗，等.不同植物人工濕地處理畜禽廢水的效能研究[J].水土保持學報，2014，28（2）：272-275.

[2] 吳丹，繆愛軍，李麗，等.表面流人工濕地不同植物及其組合凈化污水處理廠尾水研究[J].水資源保護，2015，31（6）：115-121.

[3] 陳金發(fā)，趙磊，宋大剛，等.人工濕地植物對畜禽廢水的凈化效果及生理特性變化[J].水處理技術，2015，41（2）：20-26.

[4] 趙永軍，田云飛，黃德英，等.四種不同植物濕地對不同C/N比生活污水的凈化效果與季節(jié)動態(tài)[J].環(huán)境科學學報，2016，36（1）：193-200.

[5] 梁銀秀，周卿偉，閻百興，等.在冷季利用人工濕地處理泉州永春縣養(yǎng)豬場廢水的效果研究[J].濕地科學，2017，15（2）：229-236.

[6] 高旺，康威，江強，等.礫石人工濕地處理小區(qū)雨水徑流的試驗研究[J].中國給水排水，2017（7）：153-156.

[7] 劉冬，張慧澤，徐夢佳.我國人工濕地污水處理系統(tǒng)的現(xiàn)狀探析及展望[J].環(huán)境保護，2017（4）：25-28.

[8] 魏成，劉平，秦晶.不同基質和不同植物對人工濕地凈化效率的影響[J].生態(tài)學報，2008，28（8）：3691-3697.

[9] 劉文杰，許興原，何歡，等.4種濕地植物對人工濕地凈化生活污水的影響比較[J].環(huán)境工程學報，2016，10（11）：6313-6319.

[10] 殷曉樂.季節(jié)性植物搭配強化人工濕地凈化污水效果及其作用機制研究[D].濟南：山東大學，2016.