周小荻 李金能 王 潔 賈智明 何緒剛, 侯 杰,

(1. 華中農(nóng)業(yè)大學水產(chǎn)學院, 武漢 430070; 2. 教育部長江經(jīng)濟帶大宗水生生物產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展教育部工程研究中心, 武漢430070; 3. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)施工程重點實驗室, 武漢 430070)

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展, 集約化養(yǎng)殖帶來的養(yǎng)殖問題日益突出。養(yǎng)殖中產(chǎn)生的殘餌、糞便等養(yǎng)殖廢棄物不斷進入養(yǎng)殖環(huán)境[1,2], 導致水體中氮、磷不斷積累, 養(yǎng)殖水質(zhì)迅速惡化[3,4], 引發(fā)一系列養(yǎng)殖對象病害頻發(fā)、養(yǎng)殖效益低下的養(yǎng)殖問題[5,6]。針對此問題, 相關(guān)學者研發(fā)了一系列新型的清潔的養(yǎng)殖模式, 如跑道式循環(huán)水養(yǎng)殖、集裝箱循環(huán)水養(yǎng)殖和圈養(yǎng)養(yǎng)殖等[7]。其中, 圈養(yǎng)養(yǎng)殖模式的固形廢棄物排污效率可達90%以上, 且生態(tài)、經(jīng)濟和社會等綜合效益好, 從而備受養(yǎng)殖者關(guān)注[8]。在池塘圈養(yǎng)模式中, 經(jīng)集排污裝置高效收集的養(yǎng)殖尾水, 即池塘圈養(yǎng)尾水的及時排出和處理, 是保障圈養(yǎng)養(yǎng)殖效益的關(guān)鍵[9]。然而, 目前針對池塘圈養(yǎng)尾水的有效處理工藝的研究鮮有報道, 因此, 需開發(fā)一種高效、低成本的池塘圈養(yǎng)尾水處理工藝, 促進人工養(yǎng)殖模式的可持續(xù)發(fā)展。

人工濕地(Constructed wetlands, CWs)是一種生態(tài)型污水處理技術(shù), 因其成本低且處理效率穩(wěn)定[10],十分適合用于處理各類低污染廢水, 目前已廣泛用于水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理[11]。當前的人工濕地普遍采用曝氣的方式以解決有害物質(zhì)銨態(tài)氮, 但其出水含有大量硝態(tài)氮導致總氮去除率較差[12]。徐嘉波等[13]采用人工濕地技術(shù)處理養(yǎng)殖池塘尾水時, TN和TP去除率僅為34.67%和31.89%。因此, 為滿足日益嚴格的尾水排放標準的迫切需求, 開發(fā)新型人工濕地處理工藝, 提高人工濕地尾水處理能力成為促進水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的迫切需求。

為保障圈養(yǎng)模式養(yǎng)殖的有效穩(wěn)定性, 本研究擬通過調(diào)查池塘圈養(yǎng)尾水污染物含量特征, 分析研究固液分離塔和垂直潛流人工濕地分別對池塘圈養(yǎng)尾水處理效果, 并評估固液分離塔-人工濕地系統(tǒng)對圈養(yǎng)尾水的處理能力, 以期實現(xiàn)圈養(yǎng)尾水污染物的高效去除, 并為新型綠色養(yǎng)殖模式尾水處理單元提供技術(shù)參考, 從而促進水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)進一步發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 集、排污裝置中池塘圈養(yǎng)尾水的采集

采集地點為湖北省荊州市公安縣崇湖漁場圈養(yǎng)試驗基地, 以大口黑鱸為圈養(yǎng)養(yǎng)殖對象, 選擇在晴天傍晚定時抽污, 于養(yǎng)殖中后期(2021年8—10月)取經(jīng)圈養(yǎng)系統(tǒng)、集排污裝置與間歇曝氣人工濕地分別隨機均勻收集水樣各100 mL, 間歇曝氣人工濕地連接方式為下端進水, 上端出水(圖1)。出水口設(shè)在據(jù)罐頂5 cm處, 出水端通過三通連接器連接下一單元。每次于出水口的三通處采集A1反應(yīng)后的水樣進行檢測。并低溫保存至實驗室進行下一步分析。

圖1 實驗裝置示意圖Fig. 1 Schematic diagram of the experimental devices

1.2 實驗裝置和材料

固液分離塔如圖1a所示, 固液分離塔為上圓柱下圓錐設(shè)計, 材質(zhì)為LDPE的塑料桶, 直徑1.8 m,高3 m, 總有效容積為6 m3。池塘圈養(yǎng)尾水通過功率為4 kw的自吸泵吸排入固液分離塔, 池塘圈養(yǎng)尾水在固液分離塔中通過自然沉降而實現(xiàn)固液分離,固形廢物沉降到塔的錐底后集中排除, 進行資源化再利用, 上清液在圓錐接口處通過PVC出水管與人工濕地相連。每個固液分離塔連接4個圈養(yǎng)桶。

垂直流人工濕地如圖1b所示, 上清液處理裝置為垂直潛流人工濕地系統(tǒng), 曝氣方式為持續(xù)曝氣, 該系統(tǒng)主要由三部分組成, 即硝化反應(yīng)系統(tǒng)A1,反硝化反應(yīng)系統(tǒng)A2, 二次硝化系統(tǒng)A3。其中, A1為要人工濕地去除污染物的核心單元, 而A2用于確保硝態(tài)氮的去除, A3用于確保銨態(tài)氮去除。A1、A2和A3由直徑0.64 m、高1.22 m的圓柱形鐵皮材質(zhì)桶組成, 規(guī)格為1—2 cm火山石為基質(zhì)填料。A1為間歇曝氣處理, A3進行持續(xù)曝氣處理, A2不曝氣,以保證厭氧狀態(tài)。A1和A3底部布置增氧盤, 增氧盤由內(nèi)徑8 mm的納米增氧管圍成, 保證均勻曝氣,由旋渦式增氧機(型號: HG-370/220V)充分供氧。3個處理桶以下進水、上出水的連接方式由PVC管連接, 連接管道之間設(shè)置閥門, 處理桶內(nèi)預埋兩個穿孔的PVC管(內(nèi)徑3.0 cm), 用于監(jiān)測DO、pH和溫度等參數(shù)。

1.3 運行方式

固液分離塔每天早上7:00將圈養(yǎng)桶養(yǎng)殖尾水經(jīng)自吸泵進入固液分離塔中, 每個圈養(yǎng)桶各進行3min左右的排污, 總計約5 m3池塘圈養(yǎng)尾水。經(jīng)過連續(xù)監(jiān)測探究池塘圈養(yǎng)尾水沉降前后效果及最佳沉降時間。經(jīng)沉降處理后上清液進入人工濕地系統(tǒng)進行后續(xù)處理。沉降在錐底的固體廢棄物7d清理1次。

間歇曝氣人工濕地如圖1c所示, 經(jīng)過固液分離塔沉降處理的上清液進入間歇曝氣人工濕地A1, 自下而上地充分與系統(tǒng)中基質(zhì)填料接觸(該過程間歇曝氣, 即曝氣20min, 不曝氣100 min); 之后再進入A2, 經(jīng)過自下而上處理(該過程不曝氣); 之后排入A3(該過程曝氣, 溶氧控制在6 mg/L以上), 經(jīng)處理后重新回流養(yǎng)殖池塘。為保證每24h處理1次池塘圈養(yǎng)尾水, 同時結(jié)合處理效果, 水力停留時間設(shè)計為6.3h, 流量控制為3.96 L/min左右。

1.4 理化指標檢測

1.5 數(shù)據(jù)分析

實驗數(shù)據(jù)通過Microsoft Excel 2019和Origin 2020進行分析處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 池塘圈養(yǎng)尾水中污染物含量

池塘圈養(yǎng)尾水是集約化養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的廢水, 含有高濃度N、P污染物的養(yǎng)殖廢水。2019—2020年, 傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)進水中TN和TP質(zhì)量濃度分別為(2.025±1.031)和(0.627±0.734) mg/L[13], 池塘圈養(yǎng)尾水與傳統(tǒng)的池塘養(yǎng)殖尾水中污染物的含量特征不同。如表1所示, 在養(yǎng)殖中期(8—10月), 通過收集和排污裝置收集的養(yǎng)殖池尾水樣品進行分析, 發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖池尾水TN濃度為12.65—15.12 mg/L, TP的濃度為4.74—6.89 mg/L。NN濃度為3.91—5.03 mg/L, N-N濃度為0.26—0.41 mg/L, 與圈養(yǎng)桶中的污染物含量接近[14], 說明圈養(yǎng)系統(tǒng)設(shè)置集、排污裝置能夠有效收集圈養(yǎng)過程中產(chǎn)生的氮、磷等污染物。特別是能夠收集有害氮(N-N和N-N)。研究表明, 隨著養(yǎng)殖時間的推移, 水體理化指標在圈養(yǎng)大口黑鱸過程中呈上升趨勢, 其中N-N、N-N和P-P濃度可達到5.54、0.60 和2.73 mg/L[14], 污染物濃度均顯著高于傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖尾水的濃度[15,16], 說明池塘圈養(yǎng)可以集中養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的氮、磷等污染物?？梢?與傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖相比, 池塘圈養(yǎng)產(chǎn)生的高濃度養(yǎng)殖污染物可以實現(xiàn)較大程度的集中收集, 這為池塘圈養(yǎng)尾水的最大限度處理及循環(huán)利用提供了穩(wěn)固的基礎(chǔ)。

表1 池塘圈養(yǎng)尾水中氮、磷含量Tab. 1 Nitrogen and phosphorus content in pond-cultivated tailwater

2.2 固液分離塔對池塘圈養(yǎng)尾水處理效果

為確定固液分離塔中池塘圈養(yǎng)尾水的最優(yōu)沉降時間, 連續(xù)監(jiān)測了沉降12h內(nèi), 固液分離塔上清液中N、P濃度變化。由圖2a和 2c可知, 在沉降12h后, 池塘圈養(yǎng)尾水中TN的濃度從初始8.41下降為5.53 mg/L, TN去除率為34.17%。尾水沉降1h后,TN濃度為5.63 mg/L, TN去除率達到33.03%, 由此說明了池塘圈養(yǎng)尾水在沉降1h后TN達到較好去除效果。與TN變化不同, N-N、N-N和N-N在沉降12h內(nèi)無明顯變化, 表明固液分離塔沉降作用無法有效的去除池塘圈養(yǎng)尾水中溶解性無機氮。通過差減法計算, 其他形式的氮(ON-N, Other Nitrogen)與TN呈現(xiàn)相同的變化趨勢, 在沉降1h后,其含量由初始的4.02降到1.37 mg/L。由于ON-N的成分主要是顆粒態(tài)氮和可溶解性有機氮, 容易聚集下沉[17], 所以該類物質(zhì)能夠較好地通過沉降作用去除。因此, TN主要是通過ON-N的絮凝沉降去除。

由圖2b和2c可知, 沉降12h后, 池塘圈養(yǎng)尾水中TP濃度由初始的6.23降到1.72 mg/L, TP去除率達到72.35%, 沉降1h后, 池塘圈養(yǎng)尾水中TP濃度為1.97 mg/L, TP去除率為68.28%。并且沉降1h 后, TP的濃度及去除率均無無明顯的變化。由此可見, 池塘圈養(yǎng)尾水在經(jīng)過1h沉降后, TP可達到較好的去除效果,隨著沉降時間的增加, TP濃度和去除率基本穩(wěn)定不變, 這與TN變化趨勢一致。不同于TP變化, 在0—12h沉降時間內(nèi), 池塘圈養(yǎng)尾水中P-P濃度無明顯變化, 說明沉降作用無法對P-P進行去除。通過差減法計算, 其他形式的磷(OP-P, Other phosphorus)在沉降1h后, 濃度從初始的5.35降低到1.24 mg/L。由于OP-P的組成相似于ON-N, 主要包括顆粒態(tài)磷和可溶性有機磷, 而這些大分子物質(zhì)容易通過官能團形成絡(luò)合物而發(fā)生沉降作用去除[17,18]。因此, TP的去除也是通過OP-P的絮凝沉降作用進行。

在圈養(yǎng)系統(tǒng)實際運行過程中, 需每天對圈養(yǎng)桶進行排污處理[8], 所以固液分離塔和人工濕地系統(tǒng)整體的運行時間不得超過24h。因此, 根據(jù)以上研究結(jié)果, 為保證后續(xù)人工濕地對可溶性無機N、P的去除所需的處理時間, 固液分離塔中池塘圈養(yǎng)尾水最優(yōu)沉降時間應(yīng)為1h。

2.3 池塘圈養(yǎng)尾水沉降效果

在沉降時間確定后, 需對圈養(yǎng)尾水沉降效果進行分析。在沉降時間為1h時, 連續(xù)檢測固液分離塔中池塘圈養(yǎng)尾水沉降前后氮、磷濃度(圖3)。由圈養(yǎng)系統(tǒng)進入固液分離塔的池塘圈養(yǎng)尾水TN濃度為10.73—19.95 mg/L, 經(jīng)1h沉降后, 上清液TN濃度為8.40—10.58 mg/L, TN平均去除率為35.05%, 表明沉降作用對池塘圈養(yǎng)尾水中TN有一定去除效果(圖3a和3c)。此外, N-N進水濃度為3.84—6.85 mg/L, N-N進水濃度為0.18—0.55 mg/L, N-N進水濃度為2.2—5.06 mg/L, 經(jīng)過1h沉降后, 其上清液N-N、N-N和N-N濃度分別為3.48—6.52、0.20—0.49和2.33—3.98 mg/L, 發(fā)現(xiàn)沉降前后濃度沒有較為明顯變化, 結(jié)果表明沉降作用對池塘圈養(yǎng)尾水中溶解性無機氮去除效果有限。通過差減法計算, 池塘圈養(yǎng)尾水ON-N進水含量為0.62—13.10 mg/L,ON-N進水含量差異較大, 原因在于每周圈養(yǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的廢棄物量受到養(yǎng)殖對象生長情況、投飼和排泄等因素影響, 氮素積累量存在差異[14,19]。經(jīng)過1h沉降后, 其上清液ON-N含量為0.1—3.98 mg/L,沉降效果較好, 說明沉降作用能夠有效去除池塘圈養(yǎng)尾水中的ON-N, 因此TN能夠達到一定的去除效率。

圖3 固液分離塔中池塘圈養(yǎng)尾水沉降前后氮、磷濃度變化Fig. 3 Changes of nitrogen and phosphorus concentrations before and after sedimentation of pond-cultivated tailwater in solid-liquid separation tower

由圖3b和3c所示, 池塘圈養(yǎng)尾水進入固液分離塔中TP濃度為3.64—6.39 mg/L, 經(jīng)過沉降后, TP濃度為1.08—2.40 mg/L, TP平均去除率可達62.85%,表明沉降作用能夠有效去除池塘圈養(yǎng)尾水中TP。進水-P濃度為0.71—0.95 mg/L。在沉降后,上清液的P-P濃度為0.59—0.75 mg/L, 沉降前后濃度無明顯變化, 因此說明沉降作用對養(yǎng)殖尾水中P-P去除效果較差。經(jīng)差減法計算, OP-P進水含量為2.69—5.60 mg/L, 經(jīng)過沉降后, 上清液中OP-P含量為0.44—1.73 mg/L, 可見沉降作用對OPP去除效果較好。

綜上所述, 在圈養(yǎng)系統(tǒng)實際運行過程中經(jīng)固液分離塔沉降1h處理后, 池塘圈養(yǎng)尾水中氮、磷能夠得到有效去除, 主要去除成分為ON-N和OP-P。

2.4 間歇曝氣對垂直流人工濕地脫氮效果的影響

影響間歇曝氣人工濕地脫氮效果的兩個環(huán)境因素分別是DO濃度和進水COD/N[20]。有研究指出, 在增加人工濕地內(nèi)部溶解氧的情況下, 采取間歇曝氣方式的方式可以達到較好的TN去除效果[21]。因此, 為了確定人工濕地最佳DO供給量, 連續(xù)地進行周期性檢測人工濕地進水TN濃度以及COD。如圖4所示, 人工濕地進水TN濃度為8.39—10.21 mg/L,進水COD為32—45 mg/L, 計算可得, 進水COD/N為3.60—5.24。

圖4 間歇曝氣人工濕地進水COD/N變化Fig. 4 Variation of COD/N in influent of constructed wetland with intermittent aeration

為探究間歇曝氣下A1中氮去除效果及DO調(diào)控情況, 對反應(yīng)系統(tǒng)A1出水氮濃度及DO變化情況進行了周期監(jiān)測(圖5)。A1中DO濃度在0—20min內(nèi)持續(xù)上升(1.39→3.01 mg/L), 在20—120min內(nèi)DO濃度開始持續(xù)下降(3.01→1.03 mg/L), 說明DO濃度變化符合曝氣20min、不曝氣100min的運行趨勢(圖5a)。同時從圖中可以看出DO濃度在反應(yīng)期間基本都控制在1.8—3.5 mg/L內(nèi), 表明在間歇曝氣人工濕地中能夠?qū)崿F(xiàn)DO的最佳供給量。由圖5b可知, 在0—20min曝氣階段, A1中池塘圈養(yǎng)尾水N-N濃度從初始的4.75降到4.08 mg/L, N-N濃度從0.36降到0.21 mg/L, N-N濃度從3.72增加到4.42 mg/L, 表明在曝氣階段A1內(nèi)發(fā)生了硝化反應(yīng)。在20—120min厭氧階段, 其N-N濃度持續(xù)下降到2.47 mg/L,-N濃度下降到0.14 mg/L, 而-N濃度在4.03—4.39 mg/L變化。在生物膜反應(yīng)器中, 為實現(xiàn)同時硝化反硝化反應(yīng)(Simultaneous Nitrificationand Denitrification, SND), DO通?？刂圃?—3 mg/L[22],在此階段N-N濃度下降而N-N濃度卻沒有顯著的下降趨勢, 表明A1在不曝氣階段發(fā)生了同時硝化反硝化反應(yīng)。同時在0—120min內(nèi)池塘圈養(yǎng)尾水TN濃度從初始的9.08持續(xù)下降到6.86 mg/L, ONN的含量在0.18—0.28 mg/L變化, 說明間歇曝氣對池塘圈養(yǎng)尾水中的ON-N去除無明顯作用。以上結(jié)果表明在A1內(nèi)曝氣方式為間歇曝氣能夠使A1發(fā)生同時硝化反硝化反應(yīng), 調(diào)整A1的DO后, 其同時硝化反硝化效率能夠得到增強。因此, 調(diào)整A1的曝氣強度能夠有效的降低池塘圈養(yǎng)尾水中無機氮濃度, 提升A1中池塘圈養(yǎng)尾水TN去除效果。

圖5 A1中DO及出水氮濃度周期變化情況Fig. 5 Periodic variation of DO and effluent nitrogen concentration in A1

在確定間歇曝氣方式能夠?qū)崿F(xiàn)同時硝化反硝化過程, 提升池塘圈養(yǎng)尾水中氮的去除效果后, 對A1內(nèi)池塘圈養(yǎng)尾水氮濃度進行長期監(jiān)測。如圖6所示, 人工濕地進水TN濃度為8.21—10.43 mg/L, 經(jīng)A1間歇曝氣處理后, 出水TN濃度為6.06—7.65 mg/L,其TN平均去除率為27.79%, 表明間歇曝氣對池塘圈養(yǎng)尾水總氮去除效果有一定的提升作用。進水ON-N的含量為0.10—1.24 mg/L, 經(jīng)A1間歇曝氣處理后, ON-N的含量為0.11—0.82 mg/L, 其含量無明顯變化, 表明間歇曝氣對養(yǎng)殖尾水中ON-N去除效果較低。進水N-N濃度為3.64—6.03 mg/L,-N濃度為0.23—0.42 mg/L, N-N濃度為2.78—4.23 mg/L, 經(jīng)A1間歇曝氣處理后, 其出水N-N濃度為1.41—2.89 mg/L, N-N濃度為0.11—0.23 mg/L, N-N濃度為2.92—4.26 mg/L,可以發(fā)現(xiàn)N-N和N-N的濃度有較明顯的下降趨勢, 而-N的濃度上升較少, 因此能夠說明在A1內(nèi)發(fā)生了同時硝化反硝化反應(yīng)。

圖6 A1系統(tǒng)中池塘圈養(yǎng)尾水氮濃度變化Fig. 6 Variation of nitrogen concentration in pond-cultivated tailwater in A1system

綜上所述, 在間歇曝氣人工濕地中, 根據(jù)進水COD/N調(diào)整DO供給, 能夠使人工濕地硝化系統(tǒng)A1發(fā)生同時硝化反硝化反應(yīng), 增強A1中SND效率,進而有效地降低池塘圈養(yǎng)尾水中的無機氮濃度, 提高人工濕地TN去除效率。

2.5 固液分離塔-間歇曝氣人工濕地對池塘圈養(yǎng)尾水處理效果

由上述結(jié)果可知, 間歇曝氣能夠提升人工濕地對氮的去除效果。因此, 為高效處理池塘圈養(yǎng)尾水,將優(yōu)化后的間歇曝氣策略實際應(yīng)用于池塘圈養(yǎng)尾水處理工藝中, 設(shè)計構(gòu)建固液分離塔-間歇曝氣人工濕地處理工藝, 其池塘圈養(yǎng)尾水處理效果如圖7所示。

圖7 固液分離塔-間歇曝氣人工濕地工藝中池塘圈養(yǎng)尾水氮、磷濃度變化Fig. 7 Changes of nitrogen and phosphorus concentrations in pond-cultivated tailwater in solid-liquid separation towerintermittent aeration constructed wetland process

由圖7a和7c可知, 系統(tǒng)進水TN濃度為12.65—18.75 mg/L, 經(jīng)固液分離塔-間歇曝氣人工濕地處理后, TN濃度降為4.11—5.13 mg/L, TN平均去除率可以達到68.04%, 其中固液分離塔TN平均去除率為36.82%, 間歇曝氣人工濕地TN平均去除率為49.47%, 而一般淡水池塘養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)對TN去除率為34.67%[13], 故本研究中間歇曝氣人工濕地對養(yǎng)殖尾水可以有效去除TN且存在較好的去除效果。此外, 進水N-N濃度為3.89—6.25 mg/L,N-N濃度為0.23—0.45 mg/L, N-N濃度為3.22—4.88 mg/L, ON-N含量為4.44—8.31 mg/L, 經(jīng)固液分離塔-間歇曝氣人工濕地處理后, 其出水N-N濃度為0.21—0.75 mg/L,-N濃度為0.01—0.02 mg/L,-N濃度為3.53—4.39 mg/L, ON-N含量為0.10—0.58 mg/L, 表明經(jīng)該工藝處理后, 池塘圈養(yǎng)尾水中ON-N、N-N和N-N能夠基本得到去除, 同時-N生成量較少, 可以在氮素去除方面實現(xiàn)較好的處理效果。同時由圖7c可知, 在該處理工藝中, 池塘圈養(yǎng)尾水中的ON-N主要由固液分離塔沉降去除, 而溶解性無機氮由間歇曝氣人工濕地降解處理。

由圖7b和7c可知, 系統(tǒng)進水TP濃度為3.62—6.89 mg/L, 經(jīng)固液分離塔-間歇曝氣人工濕地處理后, TP濃度降為0.64—1.39 mg/L, TP平均去除率為81.49%, 其中固液分離塔TP平均去除率為59.23%,間歇曝氣人工濕地TP平均去除率為54.35%, 而一般的淡水池塘養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)對TP的去除率為31.89%[13], 固液分離塔和人工濕地對TP均有較好的去除效果。其中系統(tǒng)進水P-P濃度為0.72—0.93 mg/L, OP-P含量為2.82—5.98 mg/L, 經(jīng)該工藝處理后,其出水P-P濃度為0.39—0.57 mg/L, OP-P含量為0.18—1.00 mg/L, 說明該處理工藝能夠有效去除池塘圈養(yǎng)尾水中OP-P和-P。同時由圖7可知,OP-P主要在沉降階段去除, 而P-P主要在間歇曝氣人工濕地內(nèi)去除, 這與人工濕地內(nèi)基質(zhì)為對磷有較強吸附作用的火山石有關(guān)。

綜上所述, 池塘圈養(yǎng)尾水經(jīng)過固液分離塔-間歇曝氣人工濕地處理后, 氮、磷等污染物能夠得到有效去除, TN和TP平均去除率分別可達68.04%和81.49%, 其中間歇曝氣人工濕地TN去除率為49.47%。此外, 池塘圈養(yǎng)尾水經(jīng)該工藝處理后, TN和TP出水平均濃度為4.69和0.95 mg/L, 其濃度低于淡水池塘養(yǎng)殖尾水排放標準(SC/T 9101—2007), 其中NN、-N和P-P出水平均濃度分別為0.45、0.02和0.48 mg/L, 出水幾乎不含對養(yǎng)殖對象有毒害作用-N和N-N, 同時N-N生成量較少, 基本可以實現(xiàn)池塘圈養(yǎng)尾水循環(huán)利用或達標排放的目的。

3 結(jié)論

本研究針對池塘圈養(yǎng)模式下的尾水處理, 通過分析池塘圈養(yǎng)尾水中污染物特征, 設(shè)計搭建固液分離塔-間歇曝氣人工濕地尾水處理工藝, 主要研究結(jié)果如下: (1)池塘圈養(yǎng)尾水中TN和TP濃度分別為12.65—15.12和4.74—6.89 mg/L, N-N和N-N濃度分別為3.91—5.03和0.26—0.41 mg/L, 表明圈養(yǎng)系統(tǒng)集、排污裝置能夠有效收集圈養(yǎng)過程中產(chǎn)生的氮、磷等污染物, 尤其能夠較大程度地收集其中的有害氮素。(2)通過12h連續(xù)追蹤監(jiān)測, 發(fā)現(xiàn)1h沉降可實現(xiàn)較好的池塘圈養(yǎng)尾水中氮、磷去除,綜合考慮沉降效率及人工濕地處理時間, 確定固液分離塔中池塘圈養(yǎng)尾水最佳沉降時間為1h, TN和TP平均去除率分別為35.05%和62.85%。(3)在間歇曝氣人工濕地中, 由進水COD/N確定人工濕地A1中最佳DO供應(yīng)量為1.8—3.5 mg/L, 在此DO供應(yīng)下對A1進行20min曝氣和100min不曝氣處理, 發(fā)現(xiàn)出水-N和N-N的下降量明顯高于NN的上升量, 由此表明在A1內(nèi)通過間歇曝氣處理發(fā)生了同時硝化反硝化反應(yīng), 調(diào)整了A1的DO濃度后, A1的SND效率得到增強, 其TN去除率較持續(xù)曝氣處理明顯得到提高。上清液經(jīng)人工濕地三級處理后, TN和TP平均去除率分別達到49.47%和54.35%。(4)池塘圈養(yǎng)尾水經(jīng)過固液分離塔-間歇曝氣人工濕地處理后, TN和TP去除率可達68.04%和81.49%。經(jīng)過處理后的尾水TN和TP平均濃度為4.69和0.95 mg/L,和-P平均濃度分別為0.45、0.02和0.48 mg/L, 其濃度低于淡水池塘養(yǎng)殖尾水排放標準。綜上所述, 固液分離塔-間歇曝氣人工濕地組合工藝對池塘圈養(yǎng)尾水氮、磷等污染物有較好的去除效果, 可實現(xiàn)池塘圈養(yǎng)尾水的循環(huán)利用或達標排放。