史佳峰 朱慧杰

摘要 [目的]研究3種濕地植物對(duì)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(shù)，研究水葫蘆、蘆葦、水花生對(duì)養(yǎng)豬廢水中氨氮（NH+4-N）、總磷（TP）、化學(xué)需氧量（CODCr）的去除效果。[結(jié)果]水力停留時(shí)間（HRT）為20 d時(shí)，人工濕地對(duì)CODCr、NH+4-N、TP的去除效果較好，平均去除率分別達(dá)到85.5%、90.6%和82.2%，達(dá)到了預(yù)期目的。[結(jié)論]該工藝能使工程化處理養(yǎng)豬廢水達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)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)?；s化發(fā)展，但仍有部分養(yǎng)豬場(chǎng)通過(guò)水沖洗糞便排放或?qū)⒓S便直接排入自然水體中，養(yǎng)豬廢水含有較高的化學(xué)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(huì)給周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境、飲用水源等帶來(lái)威脅和危害[1]。目前，生物技術(shù)（包括人工濕地[2-3]、微生物及其固定技術(shù)[4]和生物膜法[5]等）已逐步被應(yīng)用于養(yǎng)殖廢水處理中，處理效果理想。其中，人工濕地技術(shù)[6-7]不僅具有良好的脫氮除磷能力，還能夠根據(jù)周?chē)匦我虻刂埔耍\(yùn)行方便，適宜在養(yǎng)殖區(qū)域附近建立。然而，現(xiàn)有的關(guān)于垂直流人工濕地法處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中運(yùn)行參數(shù)的研究甚少。因此，筆者以真實(shí)的養(yǎng)豬廢水為研究對(duì)象，探討不同植物構(gòu)建的人工濕地系統(tǒng)對(duì)廢水中總磷（TP）、NH+4-N和有機(jī)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(gòu)建本土植物的人工濕地系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 采集與馴養(yǎng)。試驗(yàn)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(chǎng)排水溝。植物采集后先用豬場(chǎng)廢水進(jìn)行適應(yīng)性馴化培養(yǎng)，待植物生長(zhǎng)狀況穩(wěn)定后再進(jìn)行人工濕地系統(tǒng)試驗(yàn)。

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

1.1.3 水質(zhì)參數(shù)。養(yǎng)豬廢水污染物參數(shù)：

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(jié)構(gòu)。人工濕地結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

1.2 試驗(yàn)方法

在實(shí)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(jìn)行培養(yǎng)。分別測(cè)定不同水力停留時(shí)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(bǔ)充至原水位。

1.3 測(cè)定項(xiàng)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(guò)硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法（HJ 671—2013）測(cè)定；CODCr濃度采用重鉻酸鉀法（HJ 828—2017）測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種濕地植物對(duì)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(shí)，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(duì)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(biāo)準(zhǔn)》（GB 18596—2001）中規(guī)定的80 mg/L NH+4-N，可達(dá)標(biāo)排放。20 d時(shí)，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(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)照（92.5 mg/L）尚未達(dá)到。這是由于微生物的NH+4-N降解受限因素較多，從而使其N(xiāo)H+4-N降解比其有機(jī)物更難降解。

停留時(shí)間對(duì)對(duì)照組NH+4-N的去除影響很小，而對(duì)人工濕地系統(tǒng)影響較大。微生物對(duì)NH+4-N的作用要經(jīng)歷連好氧硝化及厭氧反硝化，同時(shí)殘留有機(jī)物濃度也影響反硝化過(guò)程[8]。對(duì)照微生物數(shù)量較少，環(huán)境的厭氧好氧轉(zhuǎn)化不明顯，這些因素會(huì)抑制微生物降解NH+4-N的效率。植物根系周?chē)纬傻沫h(huán)境，有利于微生物的活動(dòng)，促進(jìn)了對(duì)NH+4-N的降解[3]，且植物本身及微生物的繁殖生長(zhǎng)都會(huì)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(duì)照好，根系最發(fā)達(dá)的水葫蘆去除氨氮效果效果顯著[9]。

2.2 3種濕地植物對(duì)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(duì)TP的去除效率逐漸增大，經(jīng)過(guò)10 d，TP去除率增加了52.5%～75.0%，對(duì)照組的TP去除率較低，僅為9.8%。隨后去除效率持續(xù)增長(zhǎng)，至20 d水花生、蘆葦、水葫蘆和對(duì)照的TP去除率分別增加至66.25%、86.25%、90.63%和13.75%?？梢?jiàn)，HRT對(duì)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(duì)養(yǎng)豬廢水中CODCr的去除效果

從圖4可以看出，對(duì)照組對(duì)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(shí)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(jìn)水濃度相對(duì)較高，在最初的5 d，各系統(tǒng)均有一個(gè)CODCr降解適應(yīng)過(guò)程，CODCr去除率緩慢上升。15～20 d，CODCr去除率上升較快。當(dāng)HRT為15 d，水花生、蘆葦、水葫蘆和對(duì)照組的出水CODCr濃度分別降為878、731、460和1 691 mg/L，20 d時(shí)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(biāo)準(zhǔn)》（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(jī)物凈化效果，與水葫蘆生物量大、葉繁肉厚、根系發(fā)達(dá)，自身生長(zhǎng)所需有機(jī)物量較大有關(guān)[10]。

3 結(jié)論

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

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

②總體而言，3種植物對(duì)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(xiàn)

[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(xué)報(bào)，2014，28（2）：272-275.

[2] 吳丹，繆愛(ài)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(hù)，2015，31（6）：115-121.

[3] 陳金發(fā)，趙磊，宋大剛，等.人工濕地植物對(duì)畜禽廢水的凈化效果及生理特性變化[J].水處理技術(shù)，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(duì)不同C/N比生活污水的凈化效果與季節(jié)動(dòng)態(tài)[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，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(chǎng)廢水的效果研究[J].濕地科學(xué)，2017，15（2）：229-236.

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

[7] 劉冬，張慧澤，徐夢(mèng)佳.我國(guó)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(hù)，2017（4）：25-28.

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

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

[10] 殷曉樂(lè).季節(jié)性植物搭配強(qiáng)化人工濕地凈化污水效果及其作用機(jī)制研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2016.