不同污染程度養(yǎng)殖水體靜置過程的水質(zhì)變化

王金慶，呂衛(wèi)光，劉長娥，張翰林，李雙喜，鄭憲清，張娟琴，周文宗

（上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究所，上海 201403）

不同污染程度養(yǎng)殖水體靜置過程的水質(zhì)變化

王金慶，呂衛(wèi)光，劉長娥，張翰林，李雙喜，鄭憲清，張娟琴，周文宗

（上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究所，上海 201403）

我國當(dāng)前水體污染形勢十分嚴(yán)峻，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)也排放出大量的養(yǎng)殖污水，增加了環(huán)境壓力。化肥農(nóng)藥濫用加重面源污染形勢，2012年我國化肥用量達(dá)5 839萬噸，農(nóng)藥年產(chǎn)約170萬噸，嚴(yán)重污染土壤、水體，還威脅到食品安全。污染和富營養(yǎng)化水體的修復(fù)治理已經(jīng)迫在眉睫。

污染或富營養(yǎng)化程度不同的水體脫離原有大水體后，由于其自身存在較多的藻類、細(xì)菌或者微生物群體，靜置過程可發(fā)生顯著的自凈過程。這是水域生態(tài)系統(tǒng)對污染物的反饋，稱為水體的“自凈”作用。污染水體靜置后，水質(zhì)逐漸改良而有毒和揮發(fā)物質(zhì)逐漸減少，經(jīng)過較長時(shí)間的靜置后，可用于灌溉和養(yǎng)殖生產(chǎn)，這一發(fā)現(xiàn)有助于水體修復(fù)研究和實(shí)踐。污染水體具有明顯的自凈能力，靜置最大的優(yōu)點(diǎn)是成本低，但需要占據(jù)空間和時(shí)間。

目前研究污水靜置過程變化規(guī)律的文獻(xiàn)很少，該研究從不同污染程度的河道中采集水樣，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)靜置20 d并定期監(jiān)測水質(zhì)指標(biāo)，分析營養(yǎng)鹽和理化指標(biāo)隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)與規(guī)律，探討水體自凈變化的機(jī)制和實(shí)踐意義。

1 材料與方法

污染水樣采集于太湖流域無錫市直湖港龍延河。依據(jù)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，分別在重污染、中度污染和輕度污染水域采集水樣。2011年6月無錫直湖港各級河道里取不同污染程度的水體，直湖港、朱家浜中部、人工濕地、龍延河西部。直湖港作為通航河道，船只來往頻繁，且沿岸有水泥廠，水體污染最為嚴(yán)重，且營養(yǎng)鹽含量高，水色渾濁；其次是龍延河、朱家浜；人工濕地水樣為采用水環(huán)境治理措施改良過的水體，水質(zhì)、水色十分優(yōu)良，營養(yǎng)鹽含量低；最后選取室內(nèi)曝氣3天的自來水作為對照。重復(fù)5次。

將試驗(yàn)水體帶回至上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，靜置于敞口的水桶內(nèi)，定期監(jiān)測水體理化性質(zhì)并分析其變化，監(jiān)測指標(biāo)包括TP、TN、NH4-N、CODMn、pH、DO、EC。6月23日至7月15日期間共測定10次，分析水體營養(yǎng)鹽和理化指標(biāo)的變化趨勢。

統(tǒng)計(jì)方法采用雙因素方差分析，統(tǒng)計(jì)軟件為Statistica 7.0。

采用Statistica 7.0軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用One-Way ANOVA分析不同污染水體之間的差異和時(shí)間變化。用Levene法進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)，不滿足方差齊性時(shí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行對數(shù)或者平方根處理，之后用Tukey's法進(jìn)行后續(xù)檢驗(yàn)，取P＜0.05為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的差異。

2 結(jié)果

見圖1。

水體TN分析結(jié)果表明，最初人工濕地TN最低，其次是自來水、龍延河和朱家浜，最高是直湖港的水樣。在整個(gè)20 d的靜置過程中，各處理水樣TN濃度均出現(xiàn)不同程度的升高，朱家浜升高幅度最大，為3.03 mg/L，其次是人工濕地的水樣，2.27 mg/L、直湖港1.74 mg/L，龍延河升高1.5 mg/L，自來水升高1.23 mg/L。在實(shí)驗(yàn)第20天，直湖港與朱家浜水體TN濃度達(dá)到一致，自來水與人工濕地達(dá)到一致。直湖港和朱家浜的TN最高，龍延河居中，人工濕地、自來水最低。

圖1 不同來源水體室內(nèi)靜置20 d的水質(zhì)變化

NH3-N的變化較為特殊，龍延河、直湖港初期濃度較高，自來水居中，人工濕地、朱家浜偏低。從實(shí)驗(yàn)開始至第6天，龍延河和直湖港水樣的NH3-N濃度迅速降低，朱家浜的NH3-N含量一直維持在低水平（0.2～0.4 mg/L），緩慢降低，第6天降至最低點(diǎn)；人工濕地一直變化很小，從第8天開始來自河道的四個(gè)處理的濃度基本達(dá)到一致；而自來水的NH3-N則在1—4日略微降低后不斷增加。最后，自來水NH3-N達(dá)到最高，河道四種處理的水樣NH3-N濃度趨于一致且為最低。

龍延河和直湖港的NH3-N從第1天至第6天迅速降至最低，從開始的最高者成為最低者，之后平緩，與朱家浜水體變化一致；朱家浜的NH3-N含量是5個(gè)水體中最低的，一直維持在低水平（0.2～0.4 mg/L），且變化平緩，在第6天降至最低點(diǎn)；人工濕地一直變化很小，在1—8天時(shí)比朱家浜略高。自來水的NH3-N則在1至4日略微降低后不斷增加，成為5個(gè)水體中的最高者。實(shí)驗(yàn)?zāi)┢谧詠硭霈F(xiàn)高的NH3-N值，而4個(gè)其余來源水樣較為相近且較低。

各類別水體的TP均持續(xù)下降，自來水的TP基本未發(fā)生變化。這說明水體TP受到大氣影響較小。各實(shí)驗(yàn)組TP平穩(wěn)下降，只有自來水TP變化不明顯，在15 d時(shí)人工濕地TP降至與自來水一致的水平。TP值以龍延河最高，其次是直湖港、朱家浜，人工濕地和自來水相近，濃度最低。

CODMn，人工濕地、朱家浜不斷降低，直湖港略微上升，自來水則較快上升，而龍延河水體則是先快速上升，在第4天達(dá)到最高點(diǎn)，之后開始下降，在6—8日5個(gè)水體都達(dá)到相同濃度。但之后又出現(xiàn)不規(guī)則的波動(dòng)，但這期間的波動(dòng)5個(gè)水體是一致的，表明影響因素來自外部。末期，CODMn自來水最高，其余4個(gè)很接近，依次是人工濕地、朱家浜、龍延河、直湖港。

3 討論

水體靜置過程實(shí)質(zhì)是與沉淀法相類似的簡化物理方法。工業(yè)上養(yǎng)殖廢水的循環(huán)使用，首先用篩網(wǎng)將糞便、殘餌、懸浮物等有機(jī)物清除，第二步是沉淀靜置過程。借助水中懸浮固體本身重力，使其與水分離，按沉淀物質(zhì)的性質(zhì)和濃度主要分為自由沉淀和絮凝沉淀兩種，后者顆粒互相黏合成為較大的絮凝體。該試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，靜置過程的直湖港與龍延河水樣TN、TP一直處于較高水平；氨氮起始時(shí)很高而靜置一段時(shí)間后揮發(fā)降低，CODMn一直處于較低濃度，說明這兩種水體盡管營養(yǎng)鹽含量很高，但有害物質(zhì)較少，可用于魚類的孵化。自來水開始時(shí)除了氨氮居中外，其余成分含量都很低，水質(zhì)優(yōu)良；但后期氨氮和CODMn出現(xiàn)了顯著增加，水質(zhì)變差。人工濕地和朱家浜CODMn較高，但后期不斷降低，水質(zhì)由于靜置出現(xiàn)了改善。①直湖港、龍延河水體營養(yǎng)狀況相近，盡管N、P營養(yǎng)鹽含量過高，但CODMn含量并不高（對魚卵孵化的不利影響較小）。與其他來源水體相比，直湖港TN含量最高，TP和NH3-N第2高，龍延河TP和NH3-N最高，TN第3位，而CODMn含量與龍延河接近，居第3位。②人工濕地以CODMn最高（可能含有魚卵孵化的有害物質(zhì)），而TN、TP、NH3-N都很低，營養(yǎng)鹽含量很低，說明人工濕地的水質(zhì)凈化效果很好，但還原性有害物質(zhì)較多，不利于魚卵孵化；其中TN最低，NH3-N和TP均居第4位。③朱家浜的TN和CODMn都較高，在5種水體中居第2位，水體營養(yǎng)鹽含量較高，對魚類有害的還原性物質(zhì)可能也較高，不利于魚卵孵化；TP居中，NH3-N最低。④自來水的水質(zhì)狀況最好，營養(yǎng)鹽含量很低，CODMn含量也很低；即TP和CODMn最低，TN第4位，NH3-N第3位。

10.3969/j.issn.1004-2091.2016.12.007

2016-03-12）

國家科技部星火計(jì)劃（2015GA680005）；上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技興農(nóng)項(xiàng)目（TG04）；上海市科委國際合作項(xiàng)目（14390711800）；上海市自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目資助（13ZR1427300）；上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院發(fā)展基金（YF12）