3種濕地植物對養豬廢水的凈化效果

史佳峰 朱慧杰

摘要 [目的]研究3種濕地植物對養豬廢水的脫氮除磷效果。[方法]采用人工濕地工藝處理技術，研究水葫蘆、蘆葦、水花生對養豬廢水中氨氮（NH+4-N）、總磷（TP）、化學需氧量（CODCr）的去除效果。[結果]水力停留時間（HRT）為20 d時，人工濕地對CODCr、NH+4-N、TP的去除效果較好，平均去除率分別達到85.5%、90.6%和82.2%，達到了預期目的。[結論]該工藝能使工程化處理養豬廢水達到國家標準。

關鍵詞 垂直流人工濕地；水生植物；養殖廢水；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

目前禽畜養殖業正在向規?；s化發展，但仍有部分養豬場通過水沖洗糞便排放或將糞便直接排入自然水體中，養豬廢水含有較高的化學需氧量（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，會給周圍的生態環境、飲用水源等帶來威脅和危害[1]。目前，生物技術（包括人工濕地[2-3]、微生物及其固定技術[4]和生物膜法[5]等）已逐步被應用于養殖廢水處理中，處理效果理想。其中，人工濕地技術[6-7]不僅具有良好的脫氮除磷能力，還能夠根據周圍地形因地制宜，運行方便，適宜在養殖區域附近建立。然而，現有的關于垂直流人工濕地法處理水產養殖廢水中運行參數的研究甚少。因此，筆者以真實的養豬廢水為研究對象，探討不同植物構建的人工濕地系統對廢水中總磷（TP）、NH+4-N和有機物（以CODCr表示）的去除效果，旨在為中原地區處理養豬廢水，構建本土植物的人工濕地系統提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 采集與馴養。試驗所用水葫蘆、蘆葦和水花生均采自河南省平頂山市某養豬場排水溝。植物采集后先用豬場廢水進行適應性馴化培養，待植物生長狀況穩定后再進行人工濕地系統試驗。

1.1.2 培養條件。用氫氧化鈉調節溶液pH至7左右，溫度23～28 ℃。通過15 d的馴化，3種供試植物均可在實際豬場廢水中正常生長繁殖。

1.1.3 水質參數。養豬廢水污染物參數：

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 人工濕地結構。人工濕地結構見圖1。

1.2 試驗方法

在實際養豬廢水中分別放置3種植物（水葫蘆、蘆葦和水花生各30株）進行培養。分別測定不同水力停留時間（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，用蒸餾水補充至原水位。

1.3 測定項目與方法

水樣中的NH+4-N、TP濃度分別采用納氏試劑比色法（HJ 535—2009）與過硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法（HJ 671—2013）測定；CODCr濃度采用重鉻酸鉀法（HJ 828—2017）測定。

2 結果與分析

2.1 3種濕地植物對養豬廢水中NH+4-N的去除效果

從圖2可以看出，前15 d各植物系統都能有效去除養豬廢水中的NH+4-N。第15天時，水葫蘆、蘆葦和水花生的人工濕地系統的NH+4-N去除率分別為74.5%、62.5%和40.0%，對照組僅為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的出水NH+4-N濃度均小于《畜禽養殖業污染物排放標準》（GB 18596—2001）中規定的80 mg/L NH+4-N，可達標排放。20 d時，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，均已達到排放標準，但對照（92.5 mg/L）尚未達到。這是由于微生物的NH+4-N降解受限因素較多，從而使其NH+4-N降解比其有機物更難降解。

停留時間對對照組NH+4-N的去除影響很小，而對人工濕地系統影響較大。微生物對NH+4-N的作用要經歷連好氧硝化及厭氧反硝化，同時殘留有機物濃度也影響反硝化過程[8]。對照微生物數量較少，環境的厭氧好氧轉化不明顯，這些因素會抑制微生物降解NH+4-N的效率。植物根系周圍形成的環境，有利于微生物的活動，促進了對NH+4-N的降解[3]，且植物本身及微生物的繁殖生長都會消耗部分NH+4-N。因此，植物人工濕地系統的NH+4-N去除率較對照好，根系最發達的水葫蘆去除氨氮效果效果顯著[9]。

2.2 3種濕地植物對養豬廢水中TP的去除效果

從圖3可以看出，0～10 d，3種植物對TP的去除效率逐漸增大，經過10 d，TP去除率增加了52.5%～75.0%，對照組的TP去除率較低，僅為9.8%。隨后去除效率持續增長，至20 d水花生、蘆葦、水葫蘆和對照的TP去除率分別增加至66.25%、86.25%、90.63%和13.75%?？梢?，HRT對人工濕地處理TP濃度有較大影響，水葫蘆和蘆葦植物人工濕地系統的TP去除率相差不大[10]。

2.3 3種濕地植物對養豬廢水中CODCr的去除效果

從圖4可以看出，對照組對CODCr的去除效果最差，比各植物人工濕地系統的平均效率低約69.0%；同時也受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。

由于進水濃度相對較高，在最初的5 d，各系統均有一個CODCr降解適應過程，CODCr去除率緩慢上升。15～20 d，CODCr去除率上升較快。當HRT為15 d，水花生、蘆葦、水葫蘆和對照組的出水CODCr濃度分別降為878、731、460和1 691 mg/L，20 d時出水CODCr濃度分別降為480、380、320和1 619 mg/L，水葫蘆和蘆葦系統均滿足了《畜禽養殖業污染物排放標準》（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良好的有機物凈化效果，與水葫蘆生物量大、葉繁肉厚、根系發達，自身生長所需有機物量較大有關[10]。

3 結論

該研究通過水葫蘆、蘆葦和水花生人工濕地系統對養豬廢水中NH+4-N、TP、CODCr的去除試驗，得出如下結論：

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

②總體而言，3種植物對養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

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