垂直流人工湿地净化处理水产养殖废水

赵 思，江 云，纪荣平

（扬州大学环境科学与工程学院，江苏 扬州 225127）

垂直流人工湿地净化处理水产养殖废水

赵 思，江 云，纪荣平＊

（扬州大学环境科学与工程学院，江苏 扬州 225127）

采用垂直流人工湿地工艺对模拟的水产养殖废水进行脱氮除磷等处理，并分析探讨该工艺的除污效率.结果表明：当预先在进水箱中进行曝气且气水体积比为1∶1、水力负荷为0.15 m3·（m2·d）－1、进水温度为10～20℃时，垂直流人工湿地对化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）、氨氮、总氮和总磷的去除效果较好，去除率分别达到82.75%，83.68%，88.85%，84.72%，能够有效地处理水产养殖废水.

垂直流人工湿地；水产养殖；废水处理

近年来，我国水产养殖的规模不断扩大，养殖过程中投加的饲料、化学残留物以及水产品的排泄物长期积聚在水体和底泥中，不利于养殖对象的健康生长［1］.废水若不经处理直接排放至河流或湖泊，易导致水体富营养化而影响周边的生态环境，故水产养殖废水的净化处理备受关注［2－3］.传统的水产养殖废水处理技术主要有过滤［4］、吸附［5］和絮凝沉降［6］等，但这些方法只能去除水体中的悬浮固体，而对溶解的有机物、氮、磷的降解效果较差，且易形成二次污染.目前，生物膜法［7］、微生物固定技术［8］和人工湿地［9－10］等生物技术已逐步被应用于水产养殖废水的处理，且均取得较理想的除污效果.其中，人工湿地技术［11－12］不仅具有良好的脱氮除磷能力，而且能够根据周围地形因地制宜，运行方便，适宜在养殖区域附近搭建.然而，现有的关于垂直流人工湿地法处理水产养殖废水中运行参数的研究甚少，因此本文选择垂直流人工湿地废水处理工艺，研究水产养殖废水中有机物、氨氮、总氮和总磷的去除效率，并确定最佳运行参数，以期为该工艺在工程中的实际应用提供参考.

1 试验材料与装置

1.1 试验装置

采用如图1所示的装置处理水产养殖废水.废水由提升泵进入人工湿地表层，自上而下经各层处理后从湿地底部流出.人工湿地的长度和宽度均为0.6 m，高度为1 m，自下而上分别为砾石层（高20 cm，粒径为10～30 mm）、沙砾层（高30 cm，粒径约为2 mm）、粗沙层（高20 cm，粒径约为0.5 mm）和土壤层（高20 cm），曝气头布设于距湿地底部50 cm处.湿地植物为美人蕉，密植栽培.

1.2 试验水质

向100 L自来水中投加0.73 g氯化铵和19.6 g某鱼饲料，配制试验用水.进水的高锰酸盐指数为10 mg·L－1，氨氮质量浓度为2.4 mg·L－1，总氮质量浓度为6.2 mg·L－1，总磷质量浓度为1.7 mg·L－1.

1.3 试验方法

设定试验气温为7～36℃，进水温度为10～25℃，首先选择未曝气方式，分别调节水力负荷为0.15，0.31，0.35 m3·（m2·d）－1，在各水力负荷下运行10 d，测定COD（高锰酸钾法）、氨氮、总氮和总磷的去除效果；然后改变曝气方式，分别选择在装置内部曝气和在进水箱中预曝气的方式下各运行10 d，其中曝气时的气水体积比均为1∶1.

2 结果与讨论

2.1 水力负荷对污染物去除率的影响

设定试验环境温度为15～30℃，进水温度为10～20℃，体系未曝气，在水力负荷分别为0.15，0.31，0.35 m3·（m2·d）－1下稳定运行10 d，各污染物的去除率如图2所示.

图1 人工温地结构示意图Fig.1 Schematic diagram of constructed wetland

图2 水力负荷对污染物去除率的影响Fig.2 Impact on pollutant removal efficiency of hydraulic loading

由图2可知：1）随着水力负荷的增加，人工湿地法对各污染物的去除率整体呈现下降趋势.其原因是：① 当增加水力负荷时，由于装置的体积不变，废水在体系内的停留时间减少，与湿地内生物膜接触时间缩短，不利于污染物的去除；② 水力负荷的增加使得水流剪切力增大，原本附着在填料和植物根部的生物膜被冲刷脱落，生物量减少，导致污染物的去除率下降.

2）当增大水力负荷时，氨氮和总氮去除率的下降趋势较相似且下降幅度较大.这是由于氨氮和总氮的去除主要受硝化菌和反硝化菌的作用，增加水力负荷会使得硝化菌和反硝化菌的数量骤减，从而显著影响氨氮和总氮的去除率.

3）随着水力负荷的提高，COD去除率的下降趋势稍缓.这是因为有机物的去除主要通过厌氧反硝化区反硝化菌的作用以及生物吸附2种途径实现，虽然提高水力负荷会使反硝化区生物量减少，但是仍有部分生物吸附作用发生，减缓了去除率的下降.

4）总磷的去除率随着水力负荷的提高而略有下降.这是因为磷酸盐的去除是因微生物代谢和基质颗粒对磷的吸收所致，且以基质吸收作用为主，虽然水力负荷的增加会使微生物的新陈代谢减弱，但因微生物自身新陈代谢消耗的磷较少，故对磷的去除效果影响甚微.

2.2 曝气方式对污染物去除率的影响

设定试验环境温度为7～25℃，进水温度为10～20℃，水力负荷为0.15 m3·（m2·d）－1，体系分别在未曝气、装置内部曝气和进水箱中预曝气等3种曝气方式下稳定运行10 d，各污染物的去除率如图3所示.

图3 曝气方式对污染物去除率的影响Fig.3 Impact on pollutant removal efficiency of aeration

由图3可知：1）改变曝气方式对体系除污效果的影响较大，这是因为改变曝气方式会使装置中溶解氧的质量浓度发生变化，从而影响污染物的去除率.

2）COD、氨氮、总氮的去除率在预曝气方式下最高，内部曝气时次之，未曝气时最低.这是因为未曝气时装置内溶解氧的质量浓度最低，不利于微生物生长，所以污染物的去除率下降.虽然装置内部曝气时的溶解氧质量浓度比预曝气时高，但是预曝气下进水中的溶解氧质量浓度原本较高，且从湿地表层即可开始有效降解污染物，而内部曝气需要在废水流入装置内部时才能与上升的气泡接触后经传质作用而进行降解，故预曝气方式对氧的利用率比较高，从而去除率最好.

3 结论

本文采用垂直流人工湿地工艺在预曝气（气水体积比为1∶1）、水力负荷为0.15 m3·（m2·d）－1的条件下处理模拟的水产养殖废水，COD、氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为82.75%，83.68%，88.85%，84.72%，出水水质可达GB3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅲ类标准.

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The effect of purifying aquaculture wastewater by vertical flow constructed wetland

ZHAO Si，JIANG Yun，JI Rongping＊

（Sch of Envir Sci ＆Engin，Yangzhou Univ，Yangzhou 225127，China）

In order to achieve better nitrogen and phosphorus removal，vertical flow constructed wetland is used to treat aquaculture wastewater，and the decontamination efficiency is investi gated.Under the operating conditions（pre aeration（the ratio of air to water is 1∶1），hydraulic load is 0.15 m3·（m2·d）－1，water temperature is 15℃），the removal efficiencies of COD，NH4＋－N，TN and TP are 82.75%，83.68%，88.85%and 84.72%respectively.This indicates that vertical flow constructed wetland can be applicable for the treatment of aquaculture.

vertical flow constructed wetland；aquaculture wastewater；removal performance

X 703

A

1007－824X（2015）04－0079－04

2014－05－02.＊ 联系人，E－mail：rpji＠yzu.edu.cn.

“十二五”国家科技支撑计划项目（2012BAJ24B06－02）.

赵思，江云，纪荣平.垂直流人工湿地净化处理水产养殖废水 ［J］.扬州大学学报（自然科学版），2015，18（4）：79－82.

（责任编辑 林 子）