湿地处理水产养殖废水的实验研究

许 敏，梁 越，刘小真，*，肖远东，汪月华，李朋图，何 畏

(1.南昌航空大学 环境与化学工程学院，江西 南昌 330063;2.南昌大学 鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室，江西 南昌 330031;3.江西农业大学 国土资源与环境学院，江西 南昌 330045)

随着我国农业结构的调整，大批规模化水产养殖场相继建成，大量的畜禽粪便作为鱼贝类的饵料及浮游生物的肥料投到水域中，或有些畜禽养殖废水直排入水库、水塘养鱼，给水体带来严重污染，如:引起水体富营养化，对地下水水质造成破坏，部分水生生物死亡、甚至于危害人体健康[1]。国家在“十二五”期间除控制工业污染源和生活污染源外，还将养殖业废水污染物纳入总量减排指标[2]。针对畜禽养殖废水国内外已开发出多种处理技术，如人工湿地、三级串联人工快渗系统、厌氧消化技术、矿化垃圾湿地等都对畜禽养殖废水有很好的处理效果[3－8]。利用氧化塘法处理畜禽养殖废水，不但投资少、运行成本低，而且处理效果好、管理简单，会产生一定的经济、环境和社会效益[9]。氧化塘属于自然处理法，通过其中的水生生物来降低水体中的有机物含量，同时提高溶解氧的含量，并适当除去水中的氮磷等营养物质，减轻水体富营养化的程度[10]。但从水产养殖废水的角度，来探讨氧化塘或湿地对其废水处理效果及其相关机理少有报道。本实验以鹌鹑粪作为肥料，以水葫芦为主要的水生生物，开展氧化塘处理水产养殖废水的实验研究。

1 材料与方法

1.1 供试材料

有机肥来源:鹌鹑粪来自南昌市某养殖场。

水生植物:来自某池塘的水葫芦。实验选择水葫芦作为水生植物的原因:一是水葫芦喜温好湿植物，能耐5℃左右的低温，在25～35℃下生长最快，而且速度惊人;二是水葫芦根系发达，对氮、磷、钾等多种无机元素有较强的富集作用，对部分有机污染物有很强的吸收和促进降解能力，是治理水体污染较好的水生植物[11－12]。

1.2 实验设计

氧化塘的整体构造如图1所示，由自然湿地挖掘而成，A、B、C、D池中放置了水葫芦;E池一半为自然湿地，另一半为人工湿地，后半部放置水葫芦;F池为自然湿地，水生植物为杂草，主要为禾本科杂草、莎草科杂草、豆科杂草;A、B、C、D 4个池子大小相近，面积11 m2，深度0.8 ～1 m，E、F 2 个池子大小相近，面积22 m2，深度0.8 ～1 m。

因实验进水为养殖废水，水质较差，水葫芦宜采用自然栽植。在实验开始前期，选取部分长势良好且大小适中处于生长初期的水葫芦进行种植，覆盖度以1/3为最佳，且A、B、C、D池中所种植的水葫芦数量相同，E池中人工湿地放置了水葫芦。水葫芦种植后，暂不放入肥料，待水葫芦生长一段时间后开始投入肥料，使水葫芦逐渐适宜废水。

分别在A池中放入4 kg肥料，B池中放入3 kg肥料，C池中放入2 kg肥料，D池中放入1 kg肥料，且同时在E、F两池中分别加入4 kg肥料。

图1 氧化塘平面Fig.1 The plane graph of oxidation pond

1.3 分析方法

实验周期为1周，每2 d检测1次水质，水样分析按照《水和废水检测分析方法》[13]进行，其中水质指标COD、TN、TP分别采用重铬酸钾法、过硫酸钾氧化－紫外分光光度法、钼锑抗分光光度法进行测定。

2 结果与讨论

2.1 水质外观变化

初始放入肥料后，各个池子水体色泽浑浊，颜色偏黑，有恶臭味。经过氧化塘处理后，水体外观变化明显，水体色泽清澈，能看清水下生物，无明显恶臭味。

2.2 氧化塘对各种污染物的去除效果

根据本氧化塘的现场情况及肥料的投放位置，投入肥料后稳定2 h，每个池均选取5个具有代表性的采样点取样，测其水质指标COD、TN、TP，求平均值作为各个池中水污染物的初始浓度(表1)，每两天采1次样，检测1次水质指标，结果表明，水中COD、TP、TN的浓度基本趋于逐渐变小的趋势，肥料投放1周后，数据趋于稳定状态，此时检测结果的均值为处理效果评价结果(表2)。

表1 2 h后水中污染物的浓度Tab.1 Pollutant concentration of water after two hours

表2 1周后水污染物的浓度Tab.2 Pollutant concentration of water after one week

2.2.1 对COD的去除效果 E池中COD的去除率达到55%以上，F池中COD的去除率为38.46%(表3)。E池与F池面积相近，水污染物初始浓度相近，E池中的水生植物为杂草和水葫芦;F池为自然湿地，水生植物为杂草;每2 d对E池与F池检测1次COD，分别计算出各自的去除率，对其作相关分析，得知:r=0.999，P=0.034＜0.05，说明 E池水葫芦作用下的COD去除率大于F池自然湿地作用下的去除率，水葫芦能更好的吸收COD。A、B、C、D池中COD的去除率均达到55%以上，说明COD在200～1 000 mg/L时，水葫芦对不同浓度的COD的去除效果没有明显的不同。

表3 污染物去除效果Tab.3 Removal efficiency of pollutants

2.2.2 对TP的去除效果 陈德强等[14]报道，人工湿地－氧化塘工艺组合小试系统对TP具有一定的去除能力，去除率为37.4% ～42.5%(＜50%);张宪中等[15]报道，水体中自然存在的微生物、浮游生物等对总磷具有一定的降解能力，种养水葫芦能进一步增强总磷的降解。本实验中，种植水葫芦的A、B、C、D 池对TP的去除率分别为67.33%、64.91%、62.28%、65.23%(表3)，远高于50%，水葫芦能进一步增强总磷的降解，符合上述研究结果;E池对TP的去除率略微高于F池对TP的去除率，表明水葫芦和自然湿地对总磷的吸收能力相近。

2.2.3 对TN的去除效果 陈雄伟等[16]报道，当外加氮浓度超过70.0 mg/L时，就会对水葫芦的生长产生迫害，根系活力和根系的过氧化物酶活性都大大降低，影响植株的生长。本实验废水中氮的浓度均未超过70.0 mg/L，水葫芦生长正常。

实验开始时在A、B、C、D池中肥料的投放量呈递减趋势，即总氮上TN的初始浓度呈递减趋势(表1);A－D池对TN的去除率为54.13% ～67.17%，平均去除率为59.16%;除了肥料的投放量外，A、B、C、D池中其它条件基本相同，A池对TN的去除率最高，D池最低(表3)。氧化塘通过物理因素，如沉淀、吸附，化学因素，如氧化和还原，以及生物因素如水体中自然存在的微生物、浮游动物、植物等，对COD、总氮、总磷进行降解。A池肥料的投放量较大，微生物及浮游动物等的生长更多，可能加速了TN的去除;同时水葫芦根际微生物的增强提高了氧化塘净化水质的能力，使其净化效果更明显。

3 结论

通过现场实验比较了湿地和水葫芦对水产养殖废水中各污染物指标的处理效果。

(1)在本氧化塘系统中，COD的去除率为57.62% ～65.24%，平均去除率为61.35%;TP的去除率为62.28% ～67.33%，平均去除率为64.94%;TN的去除率为54.13% ～67.17%，平均去除率为59.16%。

(2)对COD的去除效果，水葫芦人工湿地大于自然湿地(杂草)，水葫芦能更好的吸收COD;但在总氮和总磷的吸收方面，2个池子处理水平相近，本氧化塘系统中，水葫芦和自然湿地对总氮总磷的吸收能力相近。

(3)中国农村人口占较大比例，大多靠近边远山区，本实验方法易于实施，尤其适合中小城镇及偏远农村的水产养殖废水处理，有利于解决经济快速发展与环境日益恶化之间的矛盾。国内对这项技术的研究和应用尚处于起步阶段，氧化塘法处理水产养殖废水将会有广泛的推广应用前景。

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