高毛林，陶 玲，李曉莉，毛夢哲，陸光全，李 谷

(1.農(nóng)業(yè)部熱帶亞熱帶水產(chǎn)資源利用與養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院珠江水產(chǎn)研究所，廣州 510380；2.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306；3.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院長江水產(chǎn)研究所，武漢 430223；4.淡水水產(chǎn)健康養(yǎng)殖湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，武漢 430223；5.湖北清碧水處理科技有限公司，湖北宜昌 443002)

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適于稻作的水處理系統(tǒng)構(gòu)建及運(yùn)行效果

高毛林2，陶 玲1,3,4，李曉莉1,3，毛夢哲2，陸光全5，李 谷1,3

(1.農(nóng)業(yè)部熱帶亞熱帶水產(chǎn)資源利用與養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院珠江水產(chǎn)研究所，廣州 510380；2.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306；3.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院長江水產(chǎn)研究所，武漢 430223；4.淡水水產(chǎn)健康養(yǎng)殖湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，武漢 430223；5.湖北清碧水處理科技有限公司，湖北宜昌 443002)

為了處理和資源化利用池塘養(yǎng)殖廢水，結(jié)合生物濾池和水上稻作技術(shù)，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一種適合于水稻種植的水處理系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果表明：在水力負(fù)荷為0.29～0.58 m/d，氣水比為2～4時(shí)都可以獲得比較好的水處理效果。將池塘養(yǎng)殖有機(jī)結(jié)合形成的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，在水力負(fù)荷為0.58 m/d，氣水比為2的條件下，系統(tǒng)對養(yǎng)殖廢水中TAN、TN、TP和CODMn的去除率分別為33.75%～34.31%、59.21%～64.53%、68.43%～73.75%和71.66%～74.37%。與此同時(shí)，水處理系統(tǒng)獲得7 127.01 kg/hm2的水稻產(chǎn)量。由此實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖廢水資源化利用，是一種可持續(xù)的水產(chǎn)養(yǎng)殖方式，可為我國漁農(nóng)混作區(qū)池塘養(yǎng)殖廢水的處理和循環(huán)利用提供一種新方法。

養(yǎng)殖廢水；生態(tài)濾池；稻作；水力負(fù)荷；氣水比

傳統(tǒng)池塘集約化養(yǎng)殖過程中，為了提高產(chǎn)量，往往采取高密度、高投餌率、高換水率的養(yǎng)殖方式[1]。由于魚類對氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)固有的同化率，未被利用的養(yǎng)分在水體中逐漸積累，致使養(yǎng)殖水質(zhì)惡化[2-4]。同時(shí)，養(yǎng)殖廢水大量排放，還加劇了江河湖庫的污染程度。因此，有效處理養(yǎng)殖廢水，并對其中氮、磷等物質(zhì)循環(huán)利用，是實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵途徑之一。

富含氮磷的池塘養(yǎng)殖廢水對水稻生長是營養(yǎng)來源。通過生物濾池或水稻浮床處理池塘養(yǎng)殖廢水的研究已有報(bào)道[5-6]，而將兩者結(jié)合的研究仍屬空缺。本研究以生態(tài)工程原理為指導(dǎo)，結(jié)合生物濾池和水上稻作技術(shù)，設(shè)計(jì)構(gòu)建了一種適合于稻作的水處理系統(tǒng)，以期使養(yǎng)殖廢水得到凈化的同時(shí)，通過水稻生長對養(yǎng)殖廢水中營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行再利用。通過對該水處理系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化和研究系統(tǒng)凈化效能，以期在兼顧經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的前提下，獲得一種新型水處理工藝。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于中國水產(chǎn)科學(xué)研究院長江水產(chǎn)研究所窯灣試驗(yàn)場(30°16′ N，112°18′E)，屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，水熱資源豐富，適宜進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖和水稻種植。利用養(yǎng)殖池塘一側(cè)面積約為400 m2的空地，構(gòu)建了用于試驗(yàn)研究的水處理系統(tǒng)。系統(tǒng)于2014年10月建成，2015年5月正式運(yùn)行。

1.2 樣本采集與分析方法

系統(tǒng)進(jìn)水水樣在設(shè)置的進(jìn)水口處采集，出水水樣分3個(gè)時(shí)間段等量采集后混勻?yàn)橐粋€(gè)水樣。分析指標(biāo)包括：1)溫度(T)、溶解氧(DO)、pH值、電導(dǎo)度(EC)(梅特勒-托利多SG9溶解氧測定儀、哈希HQ30dpH計(jì)、電導(dǎo)儀)；2)總氨氮(TAN，納氏比色法)；3)亞硝氮(NO2--N，N-1-萘基-乙二胺光度法)；4)總氮(TN，過硫酸鉀-紫外分光光度法)；5)總磷(TP，過硫酸鉀消解法)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn，高錳酸鉀法)，各項(xiàng)指標(biāo)均按照國家環(huán)保部頒發(fā)的《水和廢水檢測分析方法》[7]進(jìn)行。采樣時(shí)間為2015年6月至10月。

系統(tǒng)內(nèi)的水稻于2015年5月20日栽種，并于2015年10月16日收獲并進(jìn)行考種和測產(chǎn)，于2015年9月20日對養(yǎng)殖場內(nèi)同期種植相同品種的常規(guī)稻田產(chǎn)量進(jìn)行考種和測產(chǎn)。

1.3 系統(tǒng)管理

各養(yǎng)殖池塘日投餌量按草魚體重3%～5%投喂，試驗(yàn)期間僅通過地下水補(bǔ)充蒸發(fā)損失的水分，且不換水，每日8:00 和16:00 巡塘。每晚23:00 至次日05:00 打開微孔增氧機(jī)對池塘進(jìn)行曝氣增氧。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，分別于6月5日、6月10日和6月15日葉面噴施3‰磷酸二氫鉀和2%尿素混合溶液，于7月5日葉面噴施1% KCl溶液，其余養(yǎng)分由流入水處理系統(tǒng)的養(yǎng)殖廢水中獲得。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

所有數(shù)據(jù)采用SPSS17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。用One-way ANOVA檢驗(yàn)不同運(yùn)行參數(shù)下系統(tǒng)凈水效果之間差異性，多重比較選擇LSD(方差齊)或Games-Howell(方差不齊)[8]。采用成組t-test用于檢驗(yàn)水處理系統(tǒng)進(jìn)出水間理化特征差異，不同時(shí)間系統(tǒng)凈化效率差異及水稻產(chǎn)量差異。P<0.05為差異顯著，數(shù)據(jù)均用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(Mean±SD)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建

水處理系統(tǒng)是以生態(tài)工程原理為指導(dǎo)，結(jié)合生物濾池和水上稻作技術(shù)設(shè)計(jì)而成(見圖1和圖2)。系統(tǒng)主體為長×寬×深=25 m×17 m×1 m的不透水磚砌體，有效容水體積為209 m3。系統(tǒng)由進(jìn)水端、種植區(qū)和收水端等三部分組成，并配備一個(gè)修飾塘。

圖1 系統(tǒng)組成和工藝流程圖

W1為水處理系統(tǒng)；W2為修飾塘；P1、P2、P3和P4為養(yǎng)殖池塘

圖2 水處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.濾池進(jìn)水口；2.楔形配水槽；3、9卵石濾層；4.水稻；5.浮板；6.基質(zhì)；7.多孔收水管；8.微孔曝氣管；10.總收水管；11.溢流管；12.排水溝

進(jìn)水端：進(jìn)水端包括布水槽和卵石濾層組成。經(jīng)集水井初步沉淀過濾的廢水，通過1臺進(jìn)水提升泵(功率：3～4 kW，揚(yáng)程：30 m)泵入系統(tǒng)進(jìn)水管，進(jìn)水管前方設(shè)置有楔形配水槽，緊貼配水槽鋪設(shè)有深0.9 m、粒徑8～15 cm卵石濾層。廢水經(jīng)布水槽流入系統(tǒng)，卵石層起到再過濾作用。

種植區(qū)：種植區(qū)底部鋪設(shè)30 cm厚，粒徑1～2 cm，空隙率為0.4的輕質(zhì)陶粒，基質(zhì)底部均勻安裝有6根PVC多孔收水管(孔徑0.6 cm)，管內(nèi)內(nèi)置納米微孔曝氣管，長度與多孔PVC管相當(dāng)，由1臺鼓風(fēng)機(jī)(功率：0.75 kW；出氣量：110 m3/h)連接進(jìn)行底部曝氣。水面安放尺寸為0.5 m×0.5 m×0.08 m的輕質(zhì)陶粒浮板，該浮板具有適應(yīng)微生物生長和強(qiáng)化系統(tǒng)胞外酶雙重特性[6]。每塊浮板上留有4個(gè)孔徑為10 cm的栽培孔，通過栽種盤種植水稻，栽種密度為9.24株/m2，浮板覆蓋率為57.8%。

收水端：收水端由卵石濾層及鋪設(shè)在下方的收水管加排水溝組成。收水端鋪設(shè)有0.9 m厚、粒徑8～15 cm卵石濾層，底部安裝有總收水管，并與多孔收水管連接，總收水管與溢流管通，溢流管位于池壁外側(cè)排水溝中，經(jīng)處理后的水經(jīng)排水溝流入修飾塘。

修飾塘：主體為長×寬×深=17 m×10 m×1 m的磚塊混凝土結(jié)構(gòu)，四周斜壁由下到上分別鋪設(shè)4 mm厚植絨土工膜、200 mm厚砂墊層和60 mm厚植草砼塊。

2.2 系統(tǒng)運(yùn)行條件優(yōu)化

2.2.1 水力負(fù)荷對系統(tǒng)凈水效果的影響

進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)期間的系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)見表1。在設(shè)置系統(tǒng)氣水比為1的條件下[9]，研究了0.29，0.39，0.58和1.16 m/d等四種不同水力負(fù)荷下系統(tǒng)凈化效果，以探討水力負(fù)荷對系統(tǒng)凈化效果的影響。

表1 實(shí)驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)

如圖3(a)所示，水力負(fù)荷為0.58 m/d時(shí)，系統(tǒng)對TAN去除率最高，為27.32%，當(dāng)水力負(fù)荷增加和減小時(shí)，去除率均下降。如圖3(b)所示，水力負(fù)荷為0.29 m/d時(shí)，TN去除率最大，為44.21%。隨著水力負(fù)荷的增加，TN去除率逐漸下降。當(dāng)水力負(fù)荷為1.16 m/d時(shí)，系統(tǒng)對TN去除率最低，為34.36%。如圖3(c)所示，在水力負(fù)荷為0.29～1.16 m/d時(shí)，系統(tǒng)對TP的去除率為56.68%～59.43%，當(dāng)水力負(fù)荷為0.39 m/d，系統(tǒng)對TP的去除率最大，達(dá)到59.43%。如圖3(d)所示，水力負(fù)荷在0.29～0.58 m/d，系統(tǒng)對CODMn去除率為72.14%～77.97%，當(dāng)水力負(fù)荷為0.39 m/d時(shí)，CODMn去除率最高，達(dá)到77.97%，當(dāng)水力負(fù)荷上升至1.16 m/d后，去除率最低，為59.00%(P<0.05)。

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)水力負(fù)荷為0.29～0.58 m/d時(shí)，系統(tǒng)凈化效果較好。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最大水處理量，建議將水力負(fù)荷控制在0.58 m/d左右。在此條件下，系統(tǒng)對養(yǎng)殖廢水中TAN、TN、TP和CODMn的去除率分別可達(dá)到27.32%、43.38%、58.13%和72.14%。

2.2.2 氣水比對系統(tǒng)凈水效果的影響

氣水比也是影響系統(tǒng)凈水效果的重要因素，在設(shè)置系統(tǒng)水力負(fù)荷為0.58 m/d條件下，分別考察了0.5，1，2，3和4五種氣水比條件下系統(tǒng)凈化效果。

如圖4(a)所示，隨著氣水比的增加，TAN的去除率呈上升趨勢，當(dāng)氣水比為1～2時(shí)，去除率顯著上升，當(dāng)氣水比為4時(shí)，系統(tǒng)對TAN有最高去除率，為42.89%。如圖4(b)所示，當(dāng)氣水比在0.5～2時(shí)，系統(tǒng)對TN的去除率顯著上升，當(dāng)氣水比在2～4時(shí)， TN去除效果最好，去除率為61.83%～63.39%。如圖4(c)所示，當(dāng)氣水比為2時(shí)，系統(tǒng)對TP的去除效果最好，最高去除率為77.36%，當(dāng)氣水比增加和減小時(shí)，去除率下降。如圖4(d)所示，隨著氣水比的增加，系統(tǒng)對CODMn的去除效率呈先上升后降低趨勢，氣水比為2時(shí)，CODMn的去除效果最好，最高去除率為81.01%，當(dāng)氣水比增加和減小時(shí)，去除率顯著下降(P<0.05)。

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，在水力負(fù)荷為0.58 m/d，氣水比為2～4時(shí)，系統(tǒng)對養(yǎng)殖廢水具有較好的處理效果。從節(jié)能角度出發(fā)，建議將氣水比設(shè)置為2，此時(shí)系統(tǒng)對TP和CODMn有最大去除率，分別為77.36%和81.01%，對TAN和TN的去除率分別為39.60%和62.26%。

圖3 水力負(fù)荷對系統(tǒng)凈化效果的影響

2.3 系統(tǒng)凈水效果

通過將該水處理系統(tǒng)與養(yǎng)殖池塘相結(jié)合，處理池塘養(yǎng)殖廢水并回用到養(yǎng)殖池塘，使養(yǎng)殖廢水得到循環(huán)利用。將系統(tǒng)水力負(fù)荷設(shè)置為0.58 m/d，氣水比為2的條件下運(yùn)行，考察該水處理系統(tǒng)對養(yǎng)殖池塘廢水的循環(huán)利用效果。

由表2可知，系統(tǒng)出水的pH值、DO與進(jìn)水相比明顯降低，出水pH值在7.18～7.42，符合漁業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)[10]。但系統(tǒng)出水DO水平較低，為1.09～1.12 mg/L。但經(jīng)過在修飾塘和水道中跌水增氧和曝氣后，DO增加至4.49 mg/L，可滿足池塘養(yǎng)殖要求。

由表3可知，在整個(gè)運(yùn)行階段，系統(tǒng)對TAN和TN的去除率分別為33.75%～34.21%和59.21%～64.53%，隨著養(yǎng)殖進(jìn)行，系統(tǒng)對TAN和TN的面積去除率逐漸上升。另外，本試驗(yàn)對象是一個(gè)新建的系統(tǒng)，運(yùn)行初期系統(tǒng)內(nèi)部的微生物種群結(jié)構(gòu)功能以及植物生長都處于發(fā)展階段，所以對污染物的轉(zhuǎn)化率不會太高，隨著溫度升高，濕地植物快速生長，系統(tǒng)內(nèi)部微生物群落結(jié)構(gòu)逐漸完善，對污染物的去除效率逐漸提高[11]。系統(tǒng)運(yùn)行初期就對TP有很好去除效果，平均去除率為68.43%，

圖4 氣水比對系統(tǒng)凈化效果的影響

時(shí)間DO/(mg/L)pHT/℃TAN/(mg/L)TN/(mg/L)TP/(mg/L)CODMn/(mg/L)7～8月進(jìn)水3.30±1.13*8.13±0.33*29.90±0.56*0.93±0.08**7.00±2.27*1.09±0.02***21.12±3.37**出水1.12±0.277.42±0.1028.33±0.330.61±0.042.45±0.760.35±0.086.02±1.799～10月進(jìn)水2.70±0.95*7.54±0.3221.83±3.561.11±0.15**12.52±1.12**1.42±0.84*22.92±4.79**出水1.09±0.227.18±0.1121.15±4.050.73±0.115.08±0.460.33±0.135.85±1.58

注：系統(tǒng)每月進(jìn)出水間理化參數(shù)的顯著差異用星號標(biāo)出；*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。

表3 水處理系統(tǒng)對養(yǎng)殖廢水的處理效果

注：各組之間不同字母標(biāo)注表示存在顯著差異。

隨著養(yǎng)殖的進(jìn)行，養(yǎng)殖廢水中磷素負(fù)荷增加(見表2)，系統(tǒng)對TP的去除率上升，在9～10月平均去除率為73.75%。系統(tǒng)對來自養(yǎng)殖池塘廢水中的CODMn去除率為71.66%～74.37%，面積去除率為7.44～12.02 g/(m2·d)，表明系統(tǒng)對養(yǎng)殖廢水中CODMn有很強(qiáng)的去除能力。

2.4 水稻生長效果

由表4可知，凈化系統(tǒng)中浮板上栽種的水稻單產(chǎn)為7 127.01 kg/hm2，與同時(shí)期栽種于稻田中的水稻相比減產(chǎn)23.02%。水稻是需肥較多的作物，一般條件下，每生產(chǎn)100 kg稻谷需吸收氮1.8～2.5 kg，磷0.9～1.2 kg，鉀2.1～3.3 kg，氮、磷、鉀比例約為2∶1∶2.5[12]。在池塘養(yǎng)殖廢水中，氮、磷含量一般為0.85～7.78 mg/L和0.07～1.17 mg/L，而鉀離子含量普遍偏低，約為0.001 5～0.001 8 mg/L[13]，難以滿足水稻正常生長的營養(yǎng)需求。由表4可知，濕地中水稻有效穗個(gè)數(shù)與大田相當(dāng)，但穗長較短，且在生長過程中發(fā)現(xiàn)，水稻下部葉片葉邊變黃，葉脈出現(xiàn)紅褐色斑點(diǎn)，屬于典型的缺鉀癥狀[14]，這說明在只噴葉面肥的條件下池塘的養(yǎng)殖水營養(yǎng)不能滿足水稻的正常生長。因此，要想提升水稻產(chǎn)量，還需適當(dāng)增加鉀肥噴施頻率。在實(shí)驗(yàn)過程中還發(fā)現(xiàn)，相比于稻田，浮板上種植的水稻生育期延遲約45 d，延時(shí)30 d進(jìn)入黃熟期。這可能與系統(tǒng)用于池塘廢水凈化長期保持較高水位有關(guān)。因此，在本系統(tǒng)運(yùn)行過程中，在水稻進(jìn)入灌漿期后，應(yīng)采用干濕交替的運(yùn)行方法，適當(dāng)降低系統(tǒng)水位或排空，滿足水稻根系正常生長的要求，促進(jìn)高產(chǎn)。另外，水稻收獲時(shí)，首先對水稻莖上部分進(jìn)行收割，再將其根部連同栽培盤移出系統(tǒng)，并對栽培盤進(jìn)行回收。收割當(dāng)日將系統(tǒng)排空閑置，防止水稻根部吸附的顆粒物因水體擾動進(jìn)入系統(tǒng)。

表4 水稻考種指標(biāo)

注：各組之間不同字母標(biāo)注表示存在顯著差異。

3 討論

水處理系統(tǒng)凈化效果受水力負(fù)荷影響較大，有研究表明，系統(tǒng)對氮和有機(jī)物的去除效果隨水力負(fù)荷的增加而減小[15-16]。本研究中，隨著水力負(fù)荷增加，系統(tǒng)對廢水中總氮和有機(jī)物的去除率總體呈下降趨勢。這是因?yàn)樗ω?fù)荷增加，水力停留時(shí)間較短，微生物對氮和有機(jī)物的接觸反應(yīng)不充分，降低了系統(tǒng)的凈水效果。有研究指出，養(yǎng)殖廢水中30%～84%的磷素與懸浮固體物質(zhì)結(jié)合[17]，多孔的陶?；|(zhì)能有效地對顆粒狀態(tài)磷進(jìn)行截留，且吸附作用相對較快[18]。本研究中，水力負(fù)荷增加后，系統(tǒng)對磷素去除效果影響很小，在試驗(yàn)所采用的水力負(fù)荷范圍內(nèi)，由于進(jìn)水磷負(fù)荷較低，在基質(zhì)吸附的范圍內(nèi)，適當(dāng)提高水力負(fù)荷能夠提高系統(tǒng)對磷素的去除效果。

在傳統(tǒng)的生物脫氮工藝中，好氧區(qū)和缺氧區(qū)相對獨(dú)立，硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)往往會在不同的反應(yīng)器中進(jìn)行[19]。有研究表明，生物濾池對污染物去除能力與曝氣強(qiáng)度有直接相關(guān)關(guān)系[20-22]，通過控制氣水比，在濾池內(nèi)部同時(shí)形成好氧、厭氧和缺氧區(qū)域，即可實(shí)現(xiàn)同步完成硝化和反硝化脫氮[23]。本研究中，當(dāng)氣水比由0.5～1上升至2～3，系統(tǒng)對氮素的去除率顯著上升，當(dāng)氣水比繼續(xù)上升時(shí)，去除率沒有顯著提升。這是因?yàn)橄趸磻?yīng)強(qiáng)度是氮素去除的主要限制因素[24]，氣水比偏低會限制系統(tǒng)內(nèi)部DO水平，抑制硝化細(xì)菌的生長和活性，不利于氮素的去除；而受碳源的限制，氣水比過高時(shí)，系統(tǒng)對氮素的去除效果沒有顯著上升。許多研究揭示出生物濾池主要通過基質(zhì)吸附和微生物攝取轉(zhuǎn)化以達(dá)到除磷的目的[25]。本研究中，較低的氣水比造成凈化系統(tǒng)的局部缺氧，限制了聚磷菌對磷的過量攝取作用，此時(shí)對磷素的去除主要通過基質(zhì)的吸附作用，去除率不高；當(dāng)氣水比逐漸上升時(shí)，濕地中DO升高，促進(jìn)了聚磷菌對磷的過量攝取作用[26]，去除率上升；當(dāng)繼續(xù)提高氣水比時(shí)，氣流會對基質(zhì)產(chǎn)生一定的沖刷，導(dǎo)致其表面磷酸根沉淀物的脫離，降低對磷的去除效果，并造成電能的浪費(fèi)。馬劍敏等[27]在對人工濕地處理混合污水的研究中發(fā)現(xiàn)，曝氣強(qiáng)度與有機(jī)物的去除效果顯著相關(guān)。曝氣生物濾池處理城市生活污水的研究結(jié)果表明，氣水比較小時(shí)，濾池中DO較低，污水中一部分還原性物質(zhì)未能被降解；而當(dāng)氣水比過高，較大的氣流會破壞基質(zhì)中的生物膜結(jié)構(gòu)，甚至引起脫落，使其對有機(jī)物的去除率下降[28]，這可能也是本研究中氣水比為2時(shí)達(dá)到最高去除效率的原因。

Boyd[29]最早證明了水生維管束植物對污水中礦物質(zhì)營養(yǎng)物的凈化能力。目前人工濕地選用的植物通常為鳶尾、菖蒲、再力花等，這些植物一般為生物量大、根系發(fā)達(dá)的常綠植物，但經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高，一定程度上影響人工濕地推廣應(yīng)用。本試驗(yàn)構(gòu)建的凈化系統(tǒng)中種植的植物改為水稻，使凈化系統(tǒng)在滿足水質(zhì)凈化要求的同時(shí)，收獲水稻并創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益，不存在修復(fù)植物收獲后難以二次利用的問題，適宜在漁農(nóng)混作區(qū)推廣應(yīng)用。有研究表明，水芹菜、多花黑麥草以及大蒜植物濾床在冬季低溫條件下對水體氮磷的去除率均達(dá)到30%以上[30]，水雍菜具有較強(qiáng)的氮磷吸收能力且可進(jìn)行多次收割。因此，在水稻收割后，可以繼續(xù)栽種水芹菜等耐低溫作物，還可根據(jù)南北氣候差異、季節(jié)變化以及銷售前景栽種適宜的植物，充分利用該系統(tǒng)的特性，帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。

近6個(gè)月的系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果表明，本系統(tǒng)對池塘養(yǎng)殖廢水的凈化效果明顯，系統(tǒng)出水中TAN、TN、TP和CODMn濃度顯著降低。同時(shí)，本系統(tǒng)除需要水泵和鼓風(fēng)機(jī)外，不再需要其它機(jī)械設(shè)備，系統(tǒng)運(yùn)行能耗較低，維護(hù)管理方便。在實(shí)際推廣應(yīng)用中，可以利用池塘邊空地構(gòu)建水處理系統(tǒng)，節(jié)約土地資源，還可以通過竹筏、泡沫板等浮水材料代替陶粒浮板的使用，降低建設(shè)成本。因此，在我國加快漁業(yè)轉(zhuǎn)方式的背景下，這種適合稻作的水處理系統(tǒng)兼具經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

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(責(zé)任編輯：張紅林)

Design and performance of a water treatment system suitable for rice planting

GAO Mao-lin2,TAO Ling1,3,4,LI Xiao-li1,3,MAO Meng-zhe2,LU Guang-quan5,LI Gu1,3

(1.KeyLaboratoryofTropical&SubtropicalFisheryResourceApplicationandCultivation,MinistryofAgriculture/PearlRiverFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,Guangzhou510380,China; 2.CollegeofMarineSciences,ShanghaiOceanUniversity,Shanghai201306,China； 3.YangtzeRiverFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,Wuhan430223,China; 4.FreshwaterAquacultureCollaborativeInnovationCenterofHubeiProvince,Wuhan430070,China;5.HubeiClearGreenWaterTreatmentTechnologyCo.,LTD,Yichang443002,Hubei,China)

A novel water treatment system suitable for rice planting was designed and constructed to treat and recycle wastewater from aquaculture pond.According to the performance results of the system,the treatment efficiency was optimal when the hydraulic load was 0.29～0.58 m/d and the gas water ratio was 2～4.The removal rates of the system on the TAN,TN,TP and CODMnfrom wastewater were 33.75%～34.31%,59.21%～64.53%,68.43%～73.75% and 71.66%～74.37% respectively when the hydraulic loading was 0.58 m/d and the gas water ratio was 2.Meanwhile,rice yield achieved 7127.01 kg/hm2.Therefore,this water treatment system could efficiently purify and reuse the nutrition from the wastewater by the uptake of rice,which could thereby develop a new technology for pond aquaculture wastewater treatment and reuse in agriculture-aquaculture ecotone in China.

aquaculture wastewater;eco-filter;rice planting;hydraulic load;gas water ratio

2015-04-21；

2016-04-19

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃(2012BAD25B05，2015BAD13B03)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金(CARS-46)；農(nóng)業(yè)部熱帶亞熱帶水產(chǎn)資源利用與養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題

高毛林(1991- )，男，碩士研究生，專業(yè)方向?yàn)樯鷳B(tài)養(yǎng)殖。E-mail:gml0716@126.com

李 谷。E-mail:ligu667@yahoo.com

S959

A

1000-6907-(2016)06-0072-07