稻草-狐尾藻治理養殖廢水效應研究

唐紅琴， 董文斌， 李忠義， 蒙炎成， 韋彩會， 王 瑾， 俞月鳳， 胡鈞銘， 張 野， 李婷婷， 何鐵光

(廣西農業科學院農業資源與環境研究所，廣西南寧 530007)

隨著畜禽養殖業的快速發展，化學需氧量、氨氮、磷等主要污染物排放量日益增多。國內外利用水生植物凈化生活污水的研究已取得了一些成果，并證實利用水生植物既能治理水體污染，又能避免二次污染[1]。狐尾藻(MyriophyllumverticillatumL.)屬小二仙草科的多年生沉水植物，為C4光合作物，能較快高效地除去水體中的氮、磷等富營養化元素，因其具有適應能力強、生物量積累較快和耐污能力較強等特點而成為水生植被恢復工程中被優先考慮的先鋒物種之一[2]。利用水生植物治理或修復污染水體，具有運行成本低、凈化效果好、環境效益高等優點，適用于分散式養殖的廢水處理[3]。陳金發等在室內條件下模擬大薸對不同質量濃度畜禽廢水的凈化試驗，發現大薸對養殖廢水的CODcr、NH4+-N、TP的去除率分別高達82.33%、69.21%、45.88%[4]。此外，水葫蘆[5]、蘆葦[6]等對養殖廢水也具有良好的凈化作用。與其他水生植物相比，狐尾藻適應性廣、耐污能力強，既能快速凈化水體，又能避免二次污染[2，7]，厲金炳等將狐尾藻用于禽畜養殖污水的生態處理具有顯著效果[8]。2014年陳鴻等在廣西河池環江縣麗源養豬場以稻草、綠狐尾藻為核心構建人工濕地治理養殖廢水，發現經處理后水體中NH4+-N、TN、TP濃度分別下降69%、60%、73%[9]。羅開武等也采用“稻草-綠狐尾藻”的治污技術，對豬場廢水中氨氮、總氮、COD實現較徹底的去除[10]。

在利用狐尾藻等一些水生植被處理畜禽養殖污染物方面，目前國內仍處于起步和技術探索階段，整治工作基本處于水質改善和景觀建設階段，缺乏傳統水利、生態系統棲息地和景觀的有機結合，而國外已經形成了較為成熟的理念及相關技術、標準和規范。本研究針對廣西南寧市養殖業迅猛發展及養殖污染亟需減排治理的現實需求，以生豬規模化養殖為研究對象，在室內環境下開展稻草-狐尾藻凈化養殖水體的模擬試驗，以取自養殖場5級濾池的廢水作為原水，設置稻草覆蓋與無稻草覆蓋2組試驗，研究試驗期間狐尾藻對養殖廢水化學需氧量(COD)、固體懸浮物(SS)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)、總磷(TP)的去除效果，深入探討稻草-狐尾藻的凈化效果，為其在生產中的推廣和應用提供理論依據和數據參考。

1 材料與方法

以采自廣西柯新源原種豬有限責任公司的狐尾藻為去污材料，用清水洗凈其附著物，去除枯黃和衰敗的葉片，移栽至塑料杯中培養備用。分別采集該公司養豬場經過1、2、3、4、5級簡易濾池處理的廢水作為試驗原水，以自來水作為對照，5級原水污染物指標見表1。

表1 各級原水污染物指標

1.1 試驗設計

試驗于2016年9月14日在廣西農業科學院溫室大棚進行，棚內放置相同規格的聚氯乙烯(PVC)桶(桶深×直徑=50 cm×60 cm)，在桶壁作標記，設桶蓄水比為80%，即桶高40 cm處為標準水位線，將5級不同濃度的豬場廢水分別倒入編號為1～5號的桶中，其中1號桶裝1級原水(濃度最高)，2號桶裝2級原水，以此類推，6號桶裝自來水作為對照桶，將水裝至水面與標準水位線平齊為止。分為覆蓋稻草和無稻草覆蓋2組試驗，稻草覆蓋量為500 g/桶，每組中每級廢水各倒入3桶，做3次重復試驗。取預培養的狐尾藻頂枝部位往下量約20 cm，扦插入桶中，每桶20株。分別于試驗1、8、29、43、58、75 d采集各處理水樣，測定化學需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)、總磷(TP)及固體懸浮物(SS)的濃度。試驗過程中及時加水，補充因蒸發而消耗的水分，使水位始終保持不變。對照桶(不放入豬場廢水)與試驗組作相同處理。試驗時間在2016年9—12月。

1.2 測定項目與方法

采集各處理的水樣后，參照《水和廢水監測分析方法》[11]測定各處理水質指標：采用重鉻酸鉀法測定COD，采用過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定TN濃度，采用納氏比色法測定NH3-N濃度，采用鉬銻抗比色法測定TP濃度，濾料過濾后烘干測定SS濃度。

1.3 數據處理

采用Excel 2003軟件進行數據整理和圖表制作。

2 結果與分析

2.1 廢水COD變化分析

由圖1可知，在無稻草覆蓋組中，1～5號桶廢水中的COD均逐漸降低，在前43 d COD下降較快，說明狐尾藻在前43 d對COD處理較快，從第43天開始濃度變化趨于穩定，COD降至50.00 mg/L以下，之后至試驗結束COD基本無明顯變化，6號桶中的自來水COD基本無變化；在覆蓋稻草組中，1～5號桶廢水中的COD變化規律不明確，其中1號桶COD基本呈現下降趨勢，而2～5號桶中COD在第8天時有上升趨勢，之后呈下降趨勢，但是下降不明顯，而6號桶中的水也呈現同樣的趨勢，COD反而上升，試驗結束時，各級廢水中COD在186.00～241.00 mg/L。在狐尾藻處理廢水的過程中，無稻草組的廢水COD遠小于覆蓋稻草組，無稻草覆蓋組處理廢水后COD較低，處理效果較好。

2.2 廢水SS濃度變化分析

由圖2可知，在無稻草覆蓋組中，1～5號桶廢水中的固體懸浮物濃度逐漸下降，在前43 d，SS的濃度下降得較快，之后至試驗結束，SS的濃度基本保持穩定，在2.20～7.80 mg/L，6號桶SS濃度基本保持不變；覆蓋稻草組中，1～5號桶廢水中SS的濃度整體呈現逐漸上升趨勢，其中58 d后濃度上升較快，6號桶自來水中SS的濃度也呈現類似規律，最終濃度達到50 mg/L，試驗結束時，各級廢水中SS的濃度在50.00～118.00 mg/L。在狐尾藻處理廢水的過程中，無稻草覆蓋組的廢水SS濃度小于覆蓋稻草組，無稻草覆蓋組處理廢水中固體懸浮物較少，處理效果較好。

2.3 廢水NH3-N濃度變化分析

由圖3可知，無稻草覆蓋組中，1～5號桶廢水中的氨氮濃度逐漸下降，在前29 d，NH3-N的濃度下降較快，之后至試驗結束，NH3-N的濃度基本保持穩定，在0.37～1.61 mg/L，6號桶濃度基本保持不變；在覆蓋稻草組中，1～5號桶廢水中NH3-N濃度也呈現與無稻草覆蓋組中一樣的變化規律，6號桶自來水中NH3-N濃度也基本保持不變，試驗結束時，各級廢水中SS濃度在0.50～1.96 mg/L。在狐尾藻處理廢水過程中，覆蓋稻草組與無稻草覆蓋組處理廢水的NH3-N濃度變化規律基本一致，最終2組的廢水NH3-N濃度相近，處理效果相當。

2.4 廢水TN濃度變化分析

由圖4可知，在無稻草覆蓋組中，1～5號桶廢水中的總氮濃度逐漸下降，在前29 d，TN濃度下降較快，之后至試驗結束，TN濃度基本保持穩定，在1.10～4.71 mg/L，6號桶濃度基本保持不變；在覆蓋稻草組中，1～5號桶廢水中TN的濃度也呈現與無稻草處理中一樣的變化規律，6號桶自來水中TN的濃度也基本保持不變，試驗結束時，各級廢水中TN濃度在1.50～5.78 mg/L。在狐尾藻處理廢水的過程中，覆蓋稻草組與無稻草覆蓋組中廢水的TN濃度變化規律基本一致，也與NH3-N濃度變化規律基本一致，最終2組廢水的TN濃度相近，處理效果相當。

2.5 廢水TP濃度變化分析

由圖5可知，在無稻草覆蓋組處理中，1～5號桶廢水中的總磷濃度逐漸下降，在前43 d，TP濃度下降較快，之后至試驗結束，TP濃度基本保持穩定，在0.06～0.37 mg/L，6號桶濃度基本保持不變；在覆蓋稻草組中，1～5號桶廢水中TP濃度在第8天時稍有上升，上升10%以內，幅度不大，然后逐漸下降，在43 d以后濃度基本保持穩定，6號桶自來水中TP濃度也基本保持不變，試驗結束時，各級廢水中TP濃度在0.26～1.58 mg/L。在狐尾藻處理廢水過程中，覆蓋稻草組與無稻草覆蓋組中TP濃度變化規律稍有不同，但均在43 d后趨于穩定，其中無覆蓋稻草組比稻草覆蓋組的最終TP濃度要低，可見無覆蓋稻草組效果比較好。

2.6 廢水處理的效果

根據以上模擬試驗結果可以看出，狐尾藻治理廢水效果明顯，按照GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中規定的COD、SS、NH3-N、TN、TP日均最高允許排放濃度標準(表2)[12]， 本試驗處理后的水質在這5個項目中均達到了一級標準A標準；而稻草-狐尾藻處理的廢水除了COD和SS未達到最高允許排放濃度標準，其余NH3-N、TN、TP均已達到一級標準A標準。

表2 基本控制項目最高允許排放濃度(日均值) mg/L

3 討論與結論

3.1 狐尾藻治理廢水的效率

從本模擬試驗結果可以看出，無稻草覆蓋組的狐尾藻處理廢水中COD、SS、NH3-N、TN和TP效果最好，且效率最高，在29～43 d，廢水中各項指標均已降至最低濃度，且水質指標均已達到GB/8918—2002 《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級標準A標準；而在覆蓋稻草組的狐尾藻處理廢水中，除COD和SS濃度升高外，其余指標也均在29～43 d時降至最低濃度，且都達到GB/8918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級標準A標準。相比較而言，無稻草覆蓋的狐尾藻處理廢水效率更高，效果更好。

3.2 狐尾藻治理廢水的效果

在羅開武等的研究中，NH3-N濃度、TP濃度、COD在沼液池、生物質池(稻草降解池)通過4級綠狐尾藻濕地凈化后均降低90%以上[10]。本試驗中覆蓋稻草組中COD與SS濃度有升高的趨勢，6號桶中自來水的COD和SS濃度也呈現升高趨勢，在試驗中覆蓋稻草的處理桶內水逐漸變為黑色，而無稻草覆蓋組的水是透明的，是否因為稻草在廢水中降解從而導致COD和SS濃度升高，有待進一步驗證。此外，本試驗為室內模擬試驗，處理時間為75 d，而羅開武等的處理時間為半年[10]，因此，若本模擬試驗延長時間，COD和SS濃度在后期是否會下降也有待進一步驗證。