几种水生植物对养殖污水净化效果的研究

鲍晓伟，沙 茜，赵智勇，杨仁灿，常雅洁，陈吉红，韩 敏，胡清泉

（云南省畜牧兽医科学院，云南 昆明 650224）

水生植物在生长过程中，具有吸收氮、磷营养元素的能力。研究表明进行污水处理的水生植物体内的氮、磷含量都达到甚至超过其生长所需的最低值。氮、磷在水生植物体内的存储比在藻类体内更加稳定，收割水生植物时，被其吸收的氮、磷等营养物质也随之离开了水体，进而达到净化水体的目的[1]。水体中过量的氮、磷会对水体造成富营养化，使湖泊、河流的透明度降低，水质变差，因而也成为评价水质好坏的重要指标。

近年来，随着集约化养殖业的快速发展和中小养殖场数量的增加，养殖废水的治理和净化已成为当前社会重视和关注的问题。利用水生植物进行污水的净化近年来也被广泛应用，水生植物因其具有生长繁殖快、净化效果好以及可回收利用等诸多优点常用于养殖污水的生态处理[2]，适宜的水生植物是影响净化效果的关键因素。本试验主要是对比几种水生植物，比较其对于污水的净化能力。

1 材料与方法

1.1 试验材料

准备16只相同规格的PVC桶（桶高60 cm、长2 m，宽2 m），将相同浓度的养殖废水分别倒入16只桶内，一只桶作为对照组不种植植物，其余每3只桶作为一组，分别种植水葫芦、水花生、空心菜、水白菜、狐尾藻；空心菜是购买种子自己种植，其余水生植物均来自附近水塘，且要选取个体均匀完整、叶子较小的，以便有利于后期培养。

1.2 试验方法

试验时间2020年7月13日至8月17日，每隔1周采样1次，每天上午9：00采集污水样品，以测定水中化学需氧量（COD）、氨氮（NH＋4-N）、总氮（TN）、总磷（TP）的浓度变化。为了更好地让植物进行光合作用，整个试验过程在户外进行。为了防止腐败植物对水样化学物质浓度产生的影响，要定期清理水中的腐败水葫芦、水白菜和水花生，狐尾藻和空心菜要定期收割。

总磷的测定采用钼酸铵分光光度法（GB 11893—1989），总氮的测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ 636—2012），氨氮的测定采用蒸馏-中和滴定法（HJ 537—2009），COD的测定采用重铬酸盐法（HJ 828—2017）。

去除率计算：去除率＝［（初始浓度－最终浓度）/初始浓度］×100%

2 结果与分析

2.1 5种植物对污水中COD、氨氮、总氮、总磷的去除率

从表1中可以看到，5种水生植物对畜禽污水中的COD、氨氮、总氮、总磷均有不同的去除效果；对照组也有不同的变化，这与污水中的浮游生物、细菌等本身的代谢水平有关；所有的试验组中，污水的透明度和水质均有了很大的改善。对于沉水植物狐尾藻而言，氮、磷的去除效果一般或者相对较差，而浮水植物水葫芦和水白菜的去除效果相对较好，这与张扬等[1]的研究结果一致。

2.2 5种植物处理后的污水总氮的浓度变化

从表1、图1可看出来，水葫芦去除TN效果最理想，约为54%，水花生、狐尾藻和空心菜的差距不大。在第20天时，除了水花生，其余水生植物处理过的污水TN都有所升高，处理总氮效果的水平依次是水葫芦＞水白菜＞（狐尾藻、水花生）＞空心菜，以上数据也同时说明水花生与水白菜对水体中TN的去除效果差异不明显，这与张艳萍等[3]、杜兴华等[4]的研究结果一致；空白对照组的去除率也有3%。

图1 TN浓度的变化

2.3 5种植物处理后的污水总磷的浓度变化

从表1、图2可看出来，水葫芦去除TP的效果最理想，约为54.3%，水白菜次之为47.8%，水花生的处理效果最弱仅为9.8%，空心菜的处理效果一般。处理总氮效果的水平依次是水葫芦＞水白菜＞狐尾藻＞空心菜＞水花生，而空白对照组的变化差异为3%。

图2 TP浓度的变化

2.4 5种植物处理后的污水氨氮的浓度变化

从表1、图3可看出来，水白菜和水花生去除NH＋4-N的效果差距不大，分别为61.9%和63.5%，水葫芦次之，为51.6%，狐尾藻和空心菜的处理效果一般，分别为37%和40.3%。处理氨氮效果的水平依次是（水花生、水白菜）＞水葫芦＞空心菜＞狐尾藻，而空白对照组的变化为2.3%。

图3 NH＋4-N浓度的变化

表1 5种植物对污水中COD、氨氮（NH＋4-N）、总氮（TN）、总磷（TP）的去除率

2.5 5种植物处理后的COD的浓度变化

从表1、图4可看出来，水葫芦处理COD的效果最好，为53.3%，空心菜次之，为31.9%，狐尾藻和水花生处理效果差异不大，分别为13.5%和16.4%。处理COD效果水平依次是水葫芦＞空心菜＞水白菜＞（狐尾藻、水花生）。空白对照组的COD有上升的趋势，可能与水质中含有大量悬浮物有关，欧志伟[5]也对此给出过结论，当水质中的悬浮物与增添的氧化剂产生化学反应时，使COD的测定值在原基础上明确提升，而水质中还存在自身具备还原性的悬浮物，也会致使COD测定值出现提高的情况。

图4 COD浓度的变化

3 结论

5种水生植物对养殖水体中NH＋4-N、TN、TP、COD均有不同程度的去除效果，不同植物处理组水体中多数物质在16 d左右最低且于20 d左右显著升高（图1、图2、图3），处理水体中TN、TP、NH＋4-N等物质含量的上升，可能与水温的变化有关[6]，也可能是因为植物枯枝烂叶因腐烂或微生物自身的新陈代谢有关。水葫芦、狐尾藻、水白菜等水生植物生长快，且含有较高的粗蛋白质、矿物质等营养素，是潜在的家畜饲料来源，而空心菜同时还具有一定的经济价值而得到较多应用[7]。但是水葫芦因是外来物种且具有爆炸式的繁殖速度，对本地物种和鱼类的活动均有一定影响，许多生态学者在应用过程中存在颇多顾虑；水白菜易腐烂，狐尾藻的收割费时费力，均给实际利用带来不便。对比几种水生植物，可以考虑将多种植物混合种植，构成双层次群落结构加快净化速度，以弥补水生植物修复污染水体在周年循环中的缺陷。有研究表明，水生植物复合种植比单一种植处理污水表现出更高的净化水平及稳定性[8]。