王　妹， 杜興華， 張金路， 蔡新華， 靳　坤， 江桂英

(1山東省濟(jì)寧市任城區(qū)水產(chǎn)局，山東 濟(jì)寧 272000；2山東省淡水漁業(yè)研究院，山東 濟(jì)南 250013)

?

組合濕地系統(tǒng)對養(yǎng)殖尾水的凈化效果

王妹1， 杜興華2， 張金路2， 蔡新華1， 靳坤1， 江桂英1

(1山東省濟(jì)寧市任城區(qū)水產(chǎn)局，山東 濟(jì)寧 272000；2山東省淡水漁業(yè)研究院，山東 濟(jì)南 250013)

摘要：利用組合濕地系統(tǒng)對湖區(qū)池塘養(yǎng)殖尾水進(jìn)行凈化，以實現(xiàn)水體循環(huán)再利用，減少對周圍水環(huán)境的污染。組合濕地系統(tǒng)由3個蓮藕凈化塘、1個生態(tài)溝渠和1個人工濕地組成，面積分別為2.1 hm2、1.47 hm2和0.52 hm2，其中凈化塘蓮藕的覆蓋度分別為0%、30%、60%。沿程采樣測定水化學(xué)指標(biāo)。結(jié)果顯示，組合系統(tǒng)能夠有效降低養(yǎng)殖尾水中的總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH4+-N)和化學(xué)耗氧量(COD)等指標(biāo)。TN、TP由初始值1.3 mg/L、0.76 mg/L降到0.4 mg/L、0.09 mg/L，去除率分別為41.5%、77.5%；NH4+-N、COD由初始值0.27 mg/L、42 mg/L降到0.06 mg/L、27 mg/L，去除率分別為77.7%、35%。研究表明，該組合濕地系統(tǒng)能有效凈化養(yǎng)殖尾水，實現(xiàn)水體循環(huán)再利用，可有效緩解南四湖的入湖污染負(fù)荷。

關(guān)鍵詞：蓮藕凈化塘；生態(tài)溝渠；人工濕地；養(yǎng)殖尾水；凈化效果

目前國內(nèi)的精養(yǎng)池塘，在單位產(chǎn)量不斷提高的情況下，水體中的有機(jī)物積累日趨嚴(yán)重，池塘生態(tài)平衡遭到破壞，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，從而使藻類大量繁殖，水質(zhì)惡化，嚴(yán)重影響了魚類和其他生物的健康生長。凈化塘和人工濕地是近年來用于水質(zhì)凈化的常用方法，凈化水質(zhì)效果顯著，符合養(yǎng)殖尾水的凈化理念[1-2]。

蓮藕凈化塘能夠吸收養(yǎng)殖水體和底質(zhì)中的氮、磷，同時蓮藕還能增加額外經(jīng)濟(jì)效益[3]。人工濕地是人為設(shè)計、建造的，由基質(zhì)、植物、微生物和水體等組成的復(fù)合體，通過系統(tǒng)中的基質(zhì)-水生植物-微生物的相互協(xié)同作用來實現(xiàn)對水體凈化的目的[4-6]，可以充分利用水體空間，具有占地面積相對較小但供氧好、凈化能力高的特點(diǎn)[7]。通過蓮藕凈化塘和人工濕地組合對池塘養(yǎng)殖尾水進(jìn)行凈化，符合“內(nèi)循環(huán)、外封閉”的養(yǎng)殖理念，還可以解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展和濱湖濕地生態(tài)環(huán)境污染之間的矛盾，為中國湖泊治理與保護(hù)提供技術(shù)參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

本試驗的植物材料均從當(dāng)?shù)匾N種植，包括挺水植物蘆葦、菖蒲，浮葉植物菱角、睡蓮，沉水植物金魚藻、菹草，其中蘆葦、睡蓮提前1年栽植，其余植物提前10 d栽培。試驗用鰱魚、鳙魚購于濟(jì)寧市利民漁業(yè)專業(yè)合作社，鰱魚平均規(guī)格263 g，鳙魚平均規(guī)格320 g。

1.2試驗設(shè)計

1.2.1組合濕地系統(tǒng)組成

試驗地址位于濟(jì)寧市任城區(qū)路口漁業(yè)專業(yè)合作社養(yǎng)殖場內(nèi)。組合濕地系統(tǒng)包括3個蓮藕凈化塘、生態(tài)溝渠和人工濕地。其中凈化塘之間用涵管相連，凈化塘連接生態(tài)溝渠，采用直徑400 mm PVC插管式裝置，生態(tài)溝渠連接人工濕地，通過內(nèi)徑800 mm的水泥函道相連。池塘養(yǎng)殖尾水經(jīng)凈化塘、生態(tài)溝渠、人工濕地處理后循環(huán)流入養(yǎng)殖池塘(圖1)。

圖1　組合濕地系統(tǒng)工藝流程圖Fig.1　Process flow chart of combined wetland system

1.2.2組合濕地系統(tǒng)構(gòu)建

凈化塘共有3口，大小基本相同，東西走向，長175 m，寬120 m，面積2.1 hm2，泥層底，池壁為磚混結(jié)構(gòu)。3個塘內(nèi)蓮藕的覆蓋度分別為0%、30%、60%，分別為1號(對照塘)、2號、3號凈化塘。1號塘設(shè)置25 kW/h水泵一臺，將養(yǎng)殖尾水打入系統(tǒng)內(nèi)，按水量20%交換，每日進(jìn)水2～4次，保證水力停留時間大于10 h。生態(tài)溝渠長540 m，寬27 m，深3 m，面積1.47 hm2，溝渠內(nèi)放養(yǎng)鰱魚、鳙魚等濾食性魚類，鰱魚放養(yǎng)密度為180尾/hm2，鳙魚放養(yǎng)密度為150尾/hm2。

人工濕地(面積0.52 hm2)由基質(zhì)和水生植物組成，其中基質(zhì)深80 cm，由粒徑不同的碎石組成，自上而下粒徑逐漸增大。水生植物分別種植挺水植物蘆葦、菖蒲，種植密度4株/m2；浮葉植物移植菱角、睡蓮，種植間距1～2 m；沉水植物種植金魚藻、菹草，種植密度1叢/m2。經(jīng)過組合系統(tǒng)凈化后的水再用泵打入養(yǎng)殖池內(nèi)循環(huán)利用。

1.3水質(zhì)監(jiān)測

采用沿程采樣，分別為1、2、3號塘出水口(分別為采樣點(diǎn)1、2、3)、生態(tài)凈化溝渠出水口(采樣點(diǎn)4)和人工濕地終點(diǎn)(采樣點(diǎn)5)。水質(zhì)檢測項目有水溫、溶氧(DO)、pH、總氮(TN)、總磷(TP)、化學(xué)耗氧量(COD)、氨氮(NH4+-N)等。其中，水溫、溶氧、pH由智能水質(zhì)分析儀器(YSI)測量；總氮、總磷、COD、氨氮、亞硝酸鹽采用國標(biāo)法測量[10]。水質(zhì)指標(biāo)平均每隔2周檢測1次，試驗持續(xù)3個月。

1.4數(shù)理統(tǒng)計分析

應(yīng)用SPSS16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，計算各個指標(biāo)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，采用Excel 2007軟件繪圖。

污染物去除率R的計算公式：

R=(Ci-Ce)/Ci×100%式中：Ci、Ce—分別為進(jìn)水、出水的質(zhì)量濃度，mg/L。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理方法對水體中TN的影響

不同處理方法對水體中總氮的影響如圖2所示。處理初始濃度相差不大，隨著周期的延長，凈化塘和生態(tài)溝渠以及人工濕地的總氮呈下降趨勢，而1號對照塘則呈先升后降趨勢，與初始濃度相比相差不大。生態(tài)溝渠和人工濕地總氮的降低幅度明顯高于2號和3號凈化塘，說明兩者具有良好的凈化能力，總氮初始濃度均為1.3 mg/L，處理后濃度為0.85 mg/L和0.76 mg/L，去除率分別為34.6%和41.5%。與1號塘相比，均存在顯著性差異(P<0.05)。2、3號凈化塘的去除率分別為7%和9%。

圖2　不同處理方法對水體中總氮的影響Fig.2　The influence of different treatments on TN

蓮藕凈化塘對總氮的吸收主要是因為植物根區(qū)附近存在很多個好氧、缺氧及厭氧的小區(qū)間，因此，污水在這些小區(qū)間可以交替，實現(xiàn)硝化與反硝化作用，從而去除有機(jī)氮；而無機(jī)氮則是蓮藕生長必不可少的營養(yǎng)元素，通過藕的生長可以完成對無機(jī)氮的去除[9-10]。濕地系統(tǒng)中總氮的去除機(jī)制是多樣的，但主要是通過硝化和反硝化的植物攝取和基質(zhì)吸附[11]。

2.2不同處理方法對水體中TP的影響

不同處理方法對水體中總磷的影響如圖3所示。凈化塘和人工濕地的共同作用，對水體中的總磷有很好的去除效果。經(jīng)過凈化塘處理后，總磷去除率達(dá)到55.3%；在凈化塘、生態(tài)溝渠和人工濕地的共同作用下，總磷去除率提高到77.5%。研究表明，人工濕地可應(yīng)用于去除水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中所含的營養(yǎng)鹽，總氮去除達(dá)95%～98%，總磷去除為32%～71%，使水質(zhì)能夠達(dá)到水產(chǎn)養(yǎng)殖標(biāo)準(zhǔn)[12]。這與本研究結(jié)果基本一致。

圖3　不同處理對水體中總磷的影響Fig.3　The influence of different treatments on TP

蓮藕對總磷的去除主要是通過根部吸收、聚磷菌的作用及土壤基質(zhì)的物化作用來實現(xiàn)[13-15]。磷作為蓮藕生長的必需元素在整個生命活動中扮演著重要角色，而濕地對磷的去除主要是由基質(zhì)的物理化學(xué)作用、植物攝取和微生物的同化作用來完成的，其中基質(zhì)的作用被認(rèn)為是磷去除的主要途徑[16]。

2.3不同處理方法對水體中NH4+-N的影響

不同處理方法對水體中NH4+-N的影響如圖4所示?？梢钥闯錾徟禾翆λw中的氨氮有很好的凈化效果。2號、3號凈化塘的去除率分別為70%、48%。在凈化塘和人工濕地的共同作用下，氨氮濃度由初始0.27 mg/L降到0.06 mg/L，去除率為77.7%。說明蓮藕池塘和人工濕地中的水生植物對水體中的氨氮有很強(qiáng)的吸收作用。通過系統(tǒng)的綜合處理，硝化和反硝化作用加強(qiáng)，使非離子氨降低，有效地保持了水質(zhì)[17]。

圖4　不同處理對水體中NH4+-N的影響Fig.4　The influence of different treatments onammonia nitrogen

2.4不同處理方法對水體中COD的影響

不同處理方法對水體中COD的影響如圖5所示。1號對照塘的COD濃度明顯高于其他試驗塘，并呈上升趨勢。1號與2號凈化塘相比，2號塘的凈化效果更好。通過凈化塘和人工濕地的水生植物吸收，COD得到了有效降解，8月13日，人工濕地的去除率達(dá)到35%。研究表明，蒲草對水體中的COD去除率達(dá)到44.4%[18]。雖然由于不同的試驗方法和目標(biāo)濕地植物等因素，對富營養(yǎng)化水體中的水質(zhì)指標(biāo)去除效果有所差異，但結(jié)果都顯示出人工濕地對養(yǎng)殖水體中總氮、總磷、氨氮和COD等有機(jī)物具有很好的去除效果[19]。

圖5　不同處理對水體中COD的影響Fig.5　The influence of different treatments on COD

3結(jié)論

利用組合濕地的協(xié)同處理，能有效降低養(yǎng)殖水體中的COD、總氮、總磷、氨氮等水化學(xué)指標(biāo)，去除效果較為理想?？偟?、總磷由初始值1.3 mg/L、0.76 mg/L分別降至0.4 mg/L、0.09 mg/L，去除率分別為41.5%、77.5%；氨氮、COD的去除率分別為77.7%、35%。蓮藕凈化塘和人工濕地具有特別的優(yōu)勢，不僅能夠凈化養(yǎng)殖尾水，而且還具有很好的經(jīng)濟(jì)價值和觀賞價值，能提高湖區(qū)生態(tài)池塘景觀環(huán)境的協(xié)調(diào)性和美觀性，實現(xiàn)了水體循環(huán)再利用，有效緩解了水污染負(fù)荷。

□

參考文獻(xiàn)

[1]梁威,吳振斌.人工濕地對污水中氮磷的去除機(jī)制研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)動態(tài),2000(3)：32-37.

[2]劉麗珠,張志勇,宋偉等,等.鳳眼蓮池塘與人工濕地組合工藝對對養(yǎng)殖尾水的凈化效能[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,43(10)：389-393.

[3]鄧梅.藕田濕地凈化環(huán)境污水效果研究[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2013(19)：183-185.

[4]吳振斌,李谷,付桂萍,等.基于人工濕地的循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)工藝設(shè)計及凈化效能[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2006,22(1)：129-133.

[5]SCHULZ C, GELBRECHT J,RENNEA B,etal. Treatment of rainbow trout effluents in constructed wetland with emergent plants and subsurface horizontal water flow[J].Aquaculture,2003,4(2)：36-40.

[6]姚志通.人工濕地及其在養(yǎng)殖廢水處理中的應(yīng)用[J].河北漁業(yè),2007,167(11)：51-53.

[7]吳振斌,成水平,賀峰,等.垂直流人工濕地的設(shè)計及凈化功能初探[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2002,13(6)：715-718.

[8]中國標(biāo)準(zhǔn)出版社第二編輯室.中國環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)匯編水質(zhì)分析方法[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2001：1-680.

[9]蔣躍平,葛澄.人工濕地植物對觀賞水中氮磷去除的貢獻(xiàn)[J].生態(tài)學(xué)報,2004,24(8)：1720-1725.

[10]梁威,吳振斌.人工濕地系統(tǒng)對污水中氮磷的去除機(jī)制研究進(jìn)展 [J].環(huán)境科學(xué)動態(tài),2000(3)：32-37.

[11]ZHANG J, ZHOU Q, HE R. Mechanism of nitrogen and phosphorus removal in free water surface constructed wetland [J]. Ecology and Environment,2004,13(1)：98-101.

[12]LIN Y F, JING S R, LEE D Y,etal. Nutrient removal from aquaculture wastewater using a constructed wetlands system[J]. Aquaculture,2002,209：169-184.

[13]吳振斌,陳輝蓉.人工濕地系統(tǒng)對污水磷的凈化效果[J].水生生物學(xué)報,2001,25(1)：28-34.

[14]魯敏,曾慶福.七種植物的人工濕地處理生活污水的研究[J].武漢科技學(xué)院學(xué)報,2004,17(2)：32-35.

[15]成水平,夏宜睜.香蒲、燈心草人工濕地的研究-凈化污水的機(jī)理[J].湖泊科學(xué),1998,10(2),66-71.

[16]張志勇,鄭建初,劉海琴,等.鳳眼蓮對不同富營養(yǎng)化水體氮磷的去除貢獻(xiàn)研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,2010,18(1)：152-157.

[17]卞云斌,汪東冬.微生物制劑與水生植物對養(yǎng)殖水質(zhì)的協(xié)同凈化作用[J].漁業(yè)現(xiàn)代化,2007,34(4)：16-18.

[18]楊旻,吳小剛,周連鳳,等.菖蒲對不同程度富營養(yǎng)化水體的凈化作用研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2007,32(10)：77-80.

[19]寇祥明,張家宏,李榮福,等.人工濕地在治理養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化水中的應(yīng)用[J].2015, 42(8)：378-380.

The purification efficiency of one combined wetland system on aquaculture wastewater

WANG Mei1, DU Xinghua2, ZHANG Jinlu1, CAI Xinhua1, JIN Kun1, JIANG Guiying1

(1RenchengDistrictFisheryBureauofJiningCityofShandongProvince,Jining272000,China; 2FreshwaterFisheriesResearchInstituteofShandongProvince,Jinan250117,China)

Abstract：One combined wetland system was used in aquaculture wastewater purification of the lake pond, in order to achieve water recycling utilization and reduce the pollution of the surrounding water environment. The combined wetland system was composed of three lotus purification ponds with an area of 2.1 hm2each, one ecological ditch of 1.47 hm2and one constructed wetland of 0.52 hm2. The lotus coverage rates of the three purification ponds were respectively 0%, 30%, and 60%. Water chemical indicators were determined by sampling along the way. The results showed that the combination system could effectively reduce the total nitrogen, total phosphorus, ammonia nitrogen, COD and other chemical indexes in the aquaculture wastewater. Total nitrogen and total phosphorus were decreased from 0.76mg/L, 1.3 mg/L to 0.4 mg/L, 0.09 mg/L respectively, with the removal rates of 41.5% and 77.5%; ammonia nitrogen and COD were decreased from 0.27 mg/L, 42 mg/L to 0.06 mg/L, 27 mg/L respectively, with the removal rates being 77.7% and 35%. The research showed that this cycling mode was effective in purifying aquaculture wastewater, realized the goal of “internally circulating and externally sealing” and could effectively alleviate the pollution load of Nansi Lake.

Key words：lotus purification pond; ecological ditch; constructed wetland; aquaculture wastewater; purification efficiency

DOI：10.3969/j.issn.1007-9580.2016.03.008

收稿日期：2016-03-05修回日期：2016-05-25

基金項目：山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系魚類創(chuàng)新團(tuán)隊(SDAIT-12-07)；山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項目(20140903)；山東省農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化項目(20141020)；山東省西部經(jīng)濟(jì)隆起帶科技創(chuàng)新人才聯(lián)合基金項目(XB2014FW024)

作者簡介：王妹(1982—)，女，工程師，碩士，研究方向：淡水生態(tài)漁業(yè)。E-mail：13853793696@163.com 通信作者：杜興華(1972—)，男，研究員，研究方向：淡水生態(tài)漁業(yè)。E-mail：jnduxh@163.com

中圖分類號：S959

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1007-9580(2016)03-039-04