水生植物-微生物組合工藝對鵝場污水的凈化效果

黃曉鳳 劉安芳 楊旭生

摘要：旨在研究水葫蘆與不同微生物組合處理鵝場污水的作用效果，將污水經水葫蘆處理4、8 d，以不加水葫蘆作為對照組;再使用微生物處理3、6、9、12 d，分別以光合細菌、枯草芽孢桿菌及2種菌等量混合進行處理，以不添加菌為對照，觀察其對鵝場污水中各污染物的去除效果。結果表明，水葫蘆組污水中各指標的去除率較對照組均顯著升高（P<0.05），8 d的污水凈化效果優于4 d;微生物處理組以12 d后效果最優，各菌種的污水凈化效果優劣順序為混合菌>光合細菌>枯草芽孢桿菌。水葫蘆處理8 d+混合菌處理12 d效果最佳，對鵝場污水中濁度、氨氮、總氮、總磷、化學需氧量（COD）的最終去除率分別達到了93.31%、99.65%、50.63%、74.22%、77.32%。由試驗結果可知，采用水葫蘆-微生物組合工藝對鵝場污水具有較好的凈化效果，最終含量遠低于國家要求的污水排放標準。

關鍵詞：水葫蘆;微生物;鵝場污水;污水凈化

中圖分類號： X713;X703 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）13-0195-05

我國是世界第一鵝業生產大國，鵝養殖量占世界總量的90%以上，2014年我國鵝存欄量已達到2.85億羽，出欄量超過5.6億羽[1-2]。隨著養殖量的增加，鵝場糞污的排放量同比增長，鵝場的污水中除了傳統的排泄物外，還因其戲水的習性而產生大量污水，主要含飼料、泥沙及鵝毛等污染物，因此加大了鵝場污水處理的難度[3]，污水直接排放會對環境造成嚴重污染，糞污的處理問題已成為阻礙養鵝業快速健康發展主要問題之一。然而，目前關于鵝場污水處理工藝的研究尚少。

對于鵝場高濃度的污水，傳統單一的污水處理技術的處理效率仍較低，難以滿足現代化、集約化養殖場的處理要求，而復合式污水處理工藝已成為污水處理的主要研究方向[4-5]。目前，微生物及水生植物處理法在畜禽污水中研究的較多且具有較好的處理效果，鄒文娟等將枯草芽孢桿菌與光合細菌混合后加入污水中，能夠顯著去除亞硝酸鹽氮、氨氮（NH3-N）、化學需氧量（COD）及活性磷酸鹽[6];Lu等研究表明，水葫蘆人工濕地對養鴨廢水具有良好的凈化能力[7];吳淑杭等通過研究認為，水葫蘆可作為畜禽污水處理的首選水生植物[8]。然而，微生物與水葫蘆復合處理工藝對鵝場污水處理效果的研究甚少。本試驗將微生物與自然生態處理法相結合，通過水葫蘆處理后，結合微生物進行二次處理，探究其最佳組合方式及其組合工藝對污水中各污染物的去除效率。

1 材料與方法

本試驗于2017年3—4月在重慶市畜牧科學院家禽科研基地進行，試驗污水取于基地污水沉淀池，污水中各水質指標：濁度（NTU）、氨氮、總氮（TN）、總磷（TP）、COD含量分別為217.93、163.13、21.51、2.50、345.13 mg/L，pH值為9.25。水葫蘆，采于科研基地附近的水渠;光合細菌（10×108 CFU/g）、枯草芽孢桿菌（10×108 CFU/g），購自重慶諾沃生物科技有限公司。

污水處理試驗共設有2級處理：第1階段為水葫蘆處理，第2階段為微生物處理（枯草芽孢桿菌、光合細菌及枯草芽孢桿菌與光合細菌等量混合處理）。各處理設3個重復，試驗期為20 d（水葫蘆處理8 d，微生物處理12 d）。

1.1 水葫蘆處理

選用盛水量為150 L的塑料水箱6個，將150 L污水經60目濾篩后注入水箱，標記水位便于用蒸餾水補償蒸發損失;每個水箱里放入恒溫控制器，水溫控制在26～32 ℃;處理組放入鮮質量為2.0 kg的水葫蘆，對照組不放置水葫蘆，每組3個重復;分別在放入水葫蘆前和放入水葫蘆后4 d和 8 d，用250 mL無菌采樣袋于液面下5 cm處無空氣接觸條件下采取水樣。

1.2 微生物處理

選用9個盛水量為120 L的藍色塑料水桶，分別注入 50 L 水葫蘆組處理8 d后的污水，標記水位并用蒸餾水補給蒸發損失;處理組分別為光合細菌、枯草芽孢桿菌、光合細菌與枯草芽孢桿菌等量混合組，每組3個重復，每個重復一次性投放10×109 CFU菌種，對照組不添加微生物。每個水桶里放入恒溫控制器，控制水溫在26 ℃左右，同時由增氧機供氧;分別在0、3、6、9、12 d用250 mL無菌采樣袋于液面下5 cm處進行無空氣接觸采取水樣。1.3 水質指標檢測

污水中pH值、化學需氧量、氨氮含量、總磷含量、濁度和總氮含量參照水樣化學分析方法[9]測定。根據測定的結果，計算第1階段4 d和8 d及第2階段3、6、9、12 d各指標的去除率，計算公式如下：去除率=（初始指標濃度-測定指標濃度）/初始指標濃度×100%。

1.4 數據分析

使用Excel 2016進行數據整理，應用SPSS 19.0進行方差分析，統計結果以均值±標準差表示。多組間兩兩比較應用q檢驗;分組和時間的整體效應分析應用重復測量方差分析;利用多指標綜合平衡分析法進行污水凈化最優組合工藝的篩選[10]。

2 結果與分析

2.1 水葫蘆處理污水試驗結果分析

由圖1～圖6第1階段和表1、表2可知，與對照組相比，水葫蘆對污水的濁度、氨氮、總氮、總磷、COD去除率顯著升高（P<0.05），去除效果與處理時間存在交互作用;4 d時，水葫蘆對污水中濁度、氨氮、總氮、總磷、COD的去除率分別為41.11%、34.18%、18.69%、10.39%、40.92%，8 d時的去除率分別為80.58%、62.06%、41.68%、27.51%、48.12%，8 d時的去除效果明顯優于4 d時的效果。污水中pH值隨處理時間延長而降低（P<0.05），但水葫蘆處理對pH值無顯著的降低作用，4 d和8 d時的去除率分別為2.32%、3.98%。

2.2 微生物處理污水結果分析

2.2.1 微生物對污水濁度的去除效果 由表3、表4和圖1可見，第2階段微生物對污水中濁度的去除效果隨處理和時間不同而差異顯著（P<0.05），且兩者之間存在交互作用，混合菌和光合菌組的濁度在12 d時達到最低值。在3 d時，光合細菌組的濁度去濁率顯著優于對照組，而與混合菌、枯草芽孢桿菌組的濁度去除率無顯著性差異。6 d時，光合細菌與枯草芽孢桿菌組去除效果顯著高于混合菌組，處理組均顯著高于對照組。9 d時，光合細菌組顯著高于其余3組（P<0.05）。12 d時各處理組均顯著高于對照組，以光合細菌組的去除效率最高，為76.02%，其余依次為混合菌組（67.20%）、枯草芽孢桿菌組（66.86%）。

2.2.2 微生物對污水氨氮的去除效果 由表5和圖2的第2階段可知，微生物對氨氮的去除效果隨處理時間不同出現顯著差異，0～6 d氨氮的含量呈明顯下降趨勢，6～12 d下降趨勢平緩，在12 d時達到最低值。在3 d時，各組間的作用效果無顯著差異。6 d時，混合菌組顯著低于其他3組（P<0.05）。12 d時，各處理組均顯著高于對照組（P<0.05），處理組間無顯著差異，去除效果優劣順序為混合菌組>光合細菌組>枯草芽孢桿菌組。

2.2.3 微生物對污水總氮的去除效果 由表6和圖3的第2階段可知，微生物絮凝劑對總氮的去除效果隨處理時間不同差異顯著（P<0.05），6 d時，污水中總氮含量達到最低值，但在6～12 d，含量開始增加。在3 d時，光合細菌菌組的總氮去除率顯著低于混合菌組和對照組。6 d時，混合菌組的去除效果顯著優于光合細菌組和枯草芽孢桿菌組，去除率為21.89%。9 d時，枯草芽孢桿菌組的去除率顯著低于其他3組。12 d時，混合菌組的去除率顯著高于枯草芽孢桿菌組，與對照組和光合細菌組相比，無顯著優勢，優劣順序為混合菌組>光合細菌組>枯草芽孢桿菌組。

2.2.4 微生物對污水總磷的去除效果 由表7和圖4的第2階段可知，各處理在部分時間點的總磷去除效果差異顯著，且兩者之間存在交互作用，各處理的總磷含量在12 d時最低。3 d時，各組間的作用效果無顯著差異。6 d時，枯草芽孢桿菌組的總磷去除效果顯著高于其余各組，去除率為62.2%，混合菌組的去除效果最差。9 d時，混合菌組的總磷去除率顯著低于其余組（P<0.05），各組對總磷去除效果的優劣順序依次為枯草芽孢桿菌組>光合細菌組>對照組>混合菌組，去除率分為65.52%、64.09%、60.44%、52.90%。12 d 時，各組間總磷去除效果無顯著差異，總磷去除率達到最高值，均值為67.26%。

2.2.4 微生物對污水總磷的去除效果 由表7和圖4的第2階段可知，各處理在部分時間點的總磷去除效果差異顯著，且兩者之間存在交互作用，各處理的總磷含量在12 d時最低。3 d時，各組間的作用效果無顯著差異。6 d時，枯草芽孢桿菌組的總磷去除效果顯著高于其余各組，去除率為62.2%，混合菌組的去除效果最差。9 d時，混合菌組的總磷去除率顯著低于其余組（P<0.05），各組對總磷去除效果的優劣順序依次為枯草芽孢桿菌組>光合細菌組>對照組>混合菌組，去除率分為65.52%、64.09%、60.44%、52.90%。12 d 時，各組間總磷去除效果無顯著差異，總磷去除率達到最高值，均值為67.26%。

2.2.5 微生物對污水COD的去除效果 由表8和圖5的第2階段可知，微生物對COD的去除效果隨處理時間不同存在顯著差異（P<0.05），各處理組在12 d時COD含量最低。在3 d時，混合菌組的去除率明顯高于其他3組。6 d時，混合菌組的COD去除率顯著優于對照組和光合細菌組，而與枯草芽孢桿菌組無顯著性的差異。9 d時，混合菌組的去除率顯著高于對照組，而3個處理組間無顯著差異。12 d時，各處理組的去除率均高于對照組，COD的去處效果優劣順序為混合菌組>光合細菌組>枯草芽孢桿菌組。

2.2.6 微生物絮凝劑對污水pH值的影響 由圖6的第2階段可知，處理時間對污水pH值有明顯影響，處理間對pH值的影響無顯著差異，處理時間與不同絮凝劑間無交互作用。

2.2.7 組合工藝對污水的凈化效果 水葫蘆處理污水研究結果表明，水葫蘆對污水中污染物的去除效果明顯，且處理8 d的效果明顯優于4 d的效果。微生物處理污水的結果表明，微生物對污水中各污染物的去除效果以12 d為最佳，各微生物處理組對污水各指標凈化效果的優劣順序為混合菌組>光合細菌組>枯草芽孢桿菌組。根據多指標綜合平衡分析，本試驗最優的組合為水葫蘆處理8 d混合菌處理12 d，最終污水中各水質指標的含量及去除率見表9，遠低于GB 18596—2001《畜禽養殖業污染物排放標準》中規定的污染物排放濃度。

3 討論

水葫蘆在處理污水中的應用比較早，被用于生活污水、工藝污水、混合污水、養殖污水等各種污水的凈化處理，對污水中的污染物質有很強的吸收凈化力[11]。本試驗采用水葫蘆對鵝場污水進行凈化處理，各污染物去除率較對照組顯著升高，以8 d的處理效果最為明顯，污水濁度、氨氮、總氮、總磷及COD的去除率分別達到了80.58%、62.06%、41.68%、27.51%、48.12%，這與在豬場及鴨場污水上的研究結果[7，12]相似，表明水葫蘆對鵝場污水中的污染物有較好的去除效果。本試驗中水葫蘆對總氮及總磷的去除率相對較低，這可能與污水的pH值較高有關。黃明意等認為，酸性條件下水葫蘆的去除效果優于堿性條件，在堿性范圍內，pH值越高對污水中總氮、總磷的去除率越低[13]，而本試驗中的污水pH值均在8以上，這可能是導致去除效率較低的原因。

利用微生物處理畜禽污水，具有占地少、能耗低、投資小、使用簡單、有機負荷高等優點[14]。本試驗中，微生物對污水中的濁度和COD去除效果顯著，12 d時的去除率分別達到了67.20%和59.83%。研究認為枯草芽孢桿菌可以降解污水中的大分子有機物質，而光合細菌可以將小分子有機物降解為簡單物質，從而達到降低濁度和COD的目的[15-17]。然而，本試驗中單菌及混合菌對鵝場污水中總氮、總磷、氨氮去除及pH值的降低效果不顯著，這與前人研究[18-19]不相符。Zhou等認為，pH值為7時，光合細菌的污水凈化能力最好[20]。陳尚智等研究發現，枯草芽孢桿菌受pH值的影響極為明顯，當pH值為5～7時枯草芽孢桿菌凈化效果最佳[21]，而本試驗污水pH值均在8以上，這可能導致光合細菌和枯草芽孢桿菌無法發揮顯著效果，說明鵝場污水可能需要通過調節污水pH值來增加微生物的凈化效果。另外，本試驗為一次性投放 10×109 CFU 菌種，何劍丹研究認為，持續投放光合細菌的效果顯著高于一次性的投放效果[22]。因此，菌種的投放次數需進一步優化，而且適宜的使用劑量也有待進一步研究。

4 結論

水葫蘆對鵝場污水中的各有機污染物（濁度、氨氮、總氮、總磷、COD）均有較好的去除效果;枯草芽孢桿菌、光合細菌及其混合菌對鵝場污水中的濁度和COD去除效果顯著，但對總氮、氨氮、總磷的去除及pH值的降低效果不顯著;水生植物與微生物組合工藝對鵝場污水中濁度、氨氮、總氮、總磷、COD的去除率分別達到了93.31%、99.65%、50.63%、74.22%、77.32%，最終含量遠低于國家規定的污染物排放濃度。

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