水生植物-微生物组合工艺对鹅场污水的净化效果

黄晓凤 刘安芳 杨旭生

摘要：旨在研究水葫芦与不同微生物组合处理鹅场污水的作用效果，将污水经水葫芦处理4、8 d，以不加水葫芦作为对照组;再使用微生物处理3、6、9、12 d，分别以光合细菌、枯草芽孢杆菌及2种菌等量混合进行处理，以不添加菌为对照，观察其对鹅场污水中各污染物的去除效果。结果表明，水葫芦组污水中各指标的去除率较对照组均显著升高（P<0.05），8 d的污水净化效果优于4 d;微生物处理组以12 d后效果最优，各菌种的污水净化效果优劣顺序为混合菌>光合细菌>枯草芽孢杆菌。水葫芦处理8 d+混合菌处理12 d效果最佳，对鹅场污水中浊度、氨氮、总氮、总磷、化学需氧量（COD）的最终去除率分别达到了93.31%、99.65%、50.63%、74.22%、77.32%。由试验结果可知，采用水葫芦-微生物组合工艺对鹅场污水具有较好的净化效果，最终含量远低于国家要求的污水排放标准。

关键词：水葫芦;微生物;鹅场污水;污水净化

中图分类号： X713;X703  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）13-0195-05

我国是世界第一鹅业生产大国，鹅养殖量占世界总量的90%以上，2014年我国鹅存栏量已达到2.85亿羽，出栏量超过5.6亿羽[1-2]。随着养殖量的增加，鹅场粪污的排放量同比增长，鹅场的污水中除了传统的排泄物外，还因其戏水的习性而产生大量污水，主要含饲料、泥沙及鹅毛等污染物，因此加大了鹅场污水处理的难度[3]，污水直接排放会对环境造成严重污染，粪污的处理问题已成为阻碍养鹅业快速健康发展主要问题之一。然而，目前关于鹅场污水处理工艺的研究尚少。

对于鹅场高浓度的污水，传统单一的污水处理技术的处理效率仍较低，难以满足现代化、集约化养殖场的处理要求，而复合式污水处理工艺已成为污水处理的主要研究方向[4-5]。目前，微生物及水生植物处理法在畜禽污水中研究的较多且具有较好的处理效果，邹文娟等将枯草芽孢杆菌与光合细菌混合后加入污水中，能够显著去除亚硝酸盐氮、氨氮（NH3-N）、化学需氧量（COD）及活性磷酸盐[6];Lu等研究表明，水葫芦人工湿地对养鸭废水具有良好的净化能力[7];吴淑杭等通过研究认为，水葫芦可作为畜禽污水处理的首选水生植物[8]。然而，微生物与水葫芦复合处理工艺对鹅场污水处理效果的研究甚少。本试验将微生物与自然生态处理法相结合，通过水葫芦处理后，结合微生物进行二次处理，探究其最佳组合方式及其组合工艺对污水中各污染物的去除效率。

1 材料与方法

本试验于2017年3—4月在重庆市畜牧科学院家禽科研基地进行，试验污水取于基地污水沉淀池，污水中各水质指标：浊度（NTU）、氨氮、总氮（TN）、总磷（TP）、COD含量分别为217.93、163.13、21.51、2.50、345.13 mg/L，pH值为9.25。水葫芦，采于科研基地附近的水渠;光合细菌（10×108 CFU/g）、枯草芽孢杆菌（10×108 CFU/g），购自重庆诺沃生物科技有限公司。

污水处理试验共设有2级处理：第1阶段为水葫芦处理，第2阶段为微生物处理（枯草芽孢杆菌、光合细菌及枯草芽孢杆菌与光合细菌等量混合处理）。各处理设3个重复，试验期为20 d（水葫芦处理8 d，微生物处理12 d）。

1.1 水葫芦处理

選用盛水量为150 L的塑料水箱6个，将150 L污水经60目滤筛后注入水箱，标记水位便于用蒸馏水补偿蒸发损失;每个水箱里放入恒温控制器，水温控制在26～32 ℃;处理组放入鲜质量为2.0 kg的水葫芦，对照组不放置水葫芦，每组3个重复;分别在放入水葫芦前和放入水葫芦后4 d和 8 d，用250 mL无菌采样袋于液面下5 cm处无空气接触条件下采取水样。

1.2 微生物处理

选用9个盛水量为120 L的蓝色塑料水桶，分别注入 50 L 水葫芦组处理8 d后的污水，标记水位并用蒸馏水补给蒸发损失;处理组分别为光合细菌、枯草芽孢杆菌、光合细菌与枯草芽孢杆菌等量混合组，每组3个重复，每个重复一次性投放10×109 CFU菌种，对照组不添加微生物。每个水桶里放入恒温控制器，控制水温在26 ℃左右，同时由增氧机供氧;分别在0、3、6、9、12 d用250 mL无菌采样袋于液面下5 cm处进行无空气接触采取水样。1.3 水质指标检测

污水中pH值、化学需氧量、氨氮含量、总磷含量、浊度和总氮含量参照水样化学分析方法[9]测定。根据测定的结果，计算第1阶段4 d和8 d及第2阶段3、6、9、12 d各指标的去除率，计算公式如下：去除率=（初始指标浓度-测定指标浓度）/初始指标浓度×100%。

1.4 数据分析

使用Excel 2016进行数据整理，应用SPSS 19.0进行方差分析，统计结果以均值±标准差表示。多组间两两比较应用q检验;分组和时间的整体效应分析应用重复测量方差分析;利用多指标综合平衡分析法进行污水净化最优组合工艺的筛选[10]。

2 结果与分析

2.1 水葫芦处理污水试验结果分析

由图1～图6第1阶段和表1、表2可知，与对照组相比，水葫芦对污水的浊度、氨氮、总氮、总磷、COD去除率显著升高（P<0.05），去除效果与处理时间存在交互作用;4 d时，水葫芦对污水中浊度、氨氮、总氮、总磷、COD的去除率分别为41.11%、34.18%、18.69%、10.39%、40.92%，8 d时的去除率分别为80.58%、62.06%、41.68%、27.51%、48.12%，8 d时的去除效果明显优于4 d时的效果。污水中pH值随处理时间延长而降低（P<0.05），但水葫芦处理对pH值无显著的降低作用，4 d和8 d时的去除率分别为2.32%、3.98%。

2.2 微生物处理污水结果分析

2.2.1 微生物对污水浊度的去除效果 由表3、表4和图1可见，第2阶段微生物对污水中浊度的去除效果随处理和时间不同而差异显著（P<0.05），且两者之间存在交互作用，混合菌和光合菌组的浊度在12 d时达到最低值。在3 d时，光合细菌组的浊度去浊率显著优于对照组，而与混合菌、枯草芽孢杆菌组的浊度去除率无显著性差异。6 d时，光合细菌与枯草芽孢杆菌组去除效果显著高于混合菌组，处理组均显著高于对照组。9 d时，光合细菌组显著高于其余3组（P<0.05）。12 d时各处理组均显著高于对照组，以光合细菌组的去除效率最高，为76.02%，其余依次为混合菌组（67.20%）、枯草芽孢杆菌组（66.86%）。

2.2.2 微生物对污水氨氮的去除效果 由表5和图2的第2阶段可知，微生物对氨氮的去除效果随处理时间不同出现显著差异，0～6 d氨氮的含量呈明显下降趋势，6～12 d下降趋势平缓，在12 d时达到最低值。在3 d时，各组间的作用效果无显著差异。6 d时，混合菌组显著低于其他3组（P<0.05）。12 d时，各处理组均显著高于对照组（P<0.05），处理组间无显著差异，去除效果优劣顺序为混合菌組>光合细菌组>枯草芽孢杆菌组。

2.2.3 微生物对污水总氮的去除效果 由表6和图3的第2阶段可知，微生物絮凝剂对总氮的去除效果随处理时间不同差异显著（P<0.05），6 d时，污水中总氮含量达到最低值，但在6～12 d，含量开始增加。在3 d时，光合细菌菌组的总氮去除率显著低于混合菌组和对照组。6 d时，混合菌组的去除效果显著优于光合细菌组和枯草芽孢杆菌组，去除率为21.89%。9 d时，枯草芽孢杆菌组的去除率显著低于其他3组。12 d时，混合菌组的去除率显著高于枯草芽孢杆菌组，与对照组和光合细菌组相比，无显著优势，优劣顺序为混合菌组>光合细菌组>枯草芽孢杆菌组。

2.2.4 微生物对污水总磷的去除效果 由表7和图4的第2阶段可知，各处理在部分时间点的总磷去除效果差异显著，且两者之间存在交互作用，各处理的总磷含量在12 d时最低。3 d时，各组间的作用效果无显著差异。6 d时，枯草芽孢杆菌组的总磷去除效果显著高于其余各组，去除率为62.2%，混合菌组的去除效果最差。9 d时，混合菌组的总磷去除率显著低于其余组（P<0.05），各组对总磷去除效果的优劣顺序依次为枯草芽孢杆菌组>光合细菌组>对照组>混合菌组，去除率分为65.52%、64.09%、60.44%、52.90%。12 d 时，各组间总磷去除效果无显著差异，总磷去除率达到最高值，均值为67.26%。

2.2.4 微生物对污水总磷的去除效果 由表7和图4的第2阶段可知，各处理在部分时间点的总磷去除效果差异显著，且两者之间存在交互作用，各处理的总磷含量在12 d时最低。3 d时，各组间的作用效果无显著差异。6 d时，枯草芽孢杆菌组的总磷去除效果显著高于其余各组，去除率为62.2%，混合菌组的去除效果最差。9 d时，混合菌组的总磷去除率显著低于其余组（P<0.05），各组对总磷去除效果的优劣顺序依次为枯草芽孢杆菌组>光合细菌组>对照组>混合菌组，去除率分为65.52%、64.09%、60.44%、52.90%。12 d 时，各组间总磷去除效果无显著差异，总磷去除率达到最高值，均值为67.26%。

2.2.5 微生物对污水COD的去除效果 由表8和图5的第2阶段可知，微生物对COD的去除效果随处理时间不同存在显著差异（P<0.05），各处理组在12 d时COD含量最低。在3 d时，混合菌组的去除率明显高于其他3组。6 d时，混合菌组的COD去除率显著优于对照组和光合细菌组，而与枯草芽孢杆菌组无显著性的差异。9 d时，混合菌组的去除率显著高于对照组，而3个处理组间无显著差异。12 d时，各处理组的去除率均高于对照组，COD的去处效果优劣顺序为混合菌组>光合细菌组>枯草芽孢杆菌组。

2.2.6 微生物絮凝剂对污水pH值的影响 由图6的第2阶段可知，处理时间对污水pH值有明显影响，处理间对pH值的影响无显著差异，处理时间与不同絮凝剂间无交互作用。

2.2.7 组合工艺对污水的净化效果 水葫芦处理污水研究结果表明，水葫芦对污水中污染物的去除效果明显，且处理8 d的效果明显优于4 d的效果。微生物处理污水的结果表明，微生物对污水中各污染物的去除效果以12 d为最佳，各微生物处理组对污水各指标净化效果的优劣顺序为混合菌组>光合细菌组>枯草芽孢杆菌组。根据多指标综合平衡分析，本试验最优的组合为水葫芦处理8 d混合菌处理12 d，最终污水中各水质指标的含量及去除率见表9，远低于GB 18596—2001《畜禽养殖业污染物排放标准》中规定的污染物排放浓度。

3 讨论

水葫芦在处理污水中的应用比较早，被用于生活污水、工艺污水、混合污水、养殖污水等各种污水的净化处理，对污水中的污染物质有很强的吸收净化力[11]。本试验采用水葫芦对鹅场污水进行净化处理，各污染物去除率较对照组显著升高，以8 d的处理效果最为明显，污水浊度、氨氮、总氮、总磷及COD的去除率分别达到了80.58%、62.06%、41.68%、27.51%、48.12%，这与在猪场及鸭场污水上的研究结果[7，12]相似，表明水葫芦对鹅场污水中的污染物有较好的去除效果。本试验中水葫芦对总氮及总磷的去除率相对较低，这可能与污水的pH值较高有关。黄明意等认为，酸性条件下水葫芦的去除效果优于碱性条件，在碱性范围内，pH值越高对污水中总氮、总磷的去除率越低[13]，而本试验中的污水pH值均在8以上，这可能是导致去除效率较低的原因。

利用微生物处理畜禽污水，具有占地少、能耗低、投资小、使用简单、有机负荷高等优点[14]。本试验中，微生物对污水中的浊度和COD去除效果显著，12 d时的去除率分别达到了67.20%和59.83%。研究认为枯草芽孢杆菌可以降解污水中的大分子有机物质，而光合细菌可以将小分子有机物降解为简单物质，从而达到降低浊度和COD的目的[15-17]。然而，本试验中单菌及混合菌对鹅场污水中总氮、总磷、氨氮去除及pH值的降低效果不显著，这与前人研究[18-19]不相符。Zhou等认为，pH值为7时，光合细菌的污水净化能力最好[20]。陈尚智等研究发现，枯草芽孢杆菌受pH值的影响极为明显，当pH值为5～7时枯草芽孢杆菌净化效果最佳[21]，而本试验污水pH值均在8以上，这可能导致光合细菌和枯草芽孢杆菌无法发挥显著效果，说明鹅场污水可能需要通过调节污水pH值来增加微生物的净化效果。另外，本试验为一次性投放 10×109 CFU 菌种，何剑丹研究认为，持续投放光合细菌的效果显著高于一次性的投放效果[22]。因此，菌种的投放次数需进一步优化，而且适宜的使用剂量也有待进一步研究。

4 结论

水葫芦对鹅场污水中的各有机污染物（浊度、氨氮、总氮、总磷、COD）均有较好的去除效果;枯草芽孢杆菌、光合细菌及其混合菌对鹅场污水中的浊度和COD去除效果显著，但对总氮、氨氮、总磷的去除及pH值的降低效果不显著;水生植物与微生物组合工艺对鹅场污水中浊度、氨氮、总氮、总磷、COD的去除率分别达到了93.31%、99.65%、50.63%、74.22%、77.32%，最终含量远低于国家规定的污染物排放浓度。

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