组合湿地系统对养殖尾水的净化效果

王　妹， 杜兴华， 张金路， 蔡新华， 靳　坤， 江桂英

(1山东省济宁市任城区水产局，山东 济宁 272000；2山东省淡水渔业研究院，山东 济南 250013)



组合湿地系统对养殖尾水的净化效果

王妹1， 杜兴华2， 张金路2， 蔡新华1， 靳坤1， 江桂英1

(1山东省济宁市任城区水产局，山东 济宁 272000；2山东省淡水渔业研究院，山东 济南 250013)

摘要：利用组合湿地系统对湖区池塘养殖尾水进行净化，以实现水体循环再利用，减少对周围水环境的污染。组合湿地系统由3个莲藕净化塘、1个生态沟渠和1个人工湿地组成，面积分别为2.1 hm2、1.47 hm2和0.52 hm2，其中净化塘莲藕的覆盖度分别为0%、30%、60%。沿程采样测定水化学指标。结果显示，组合系统能够有效降低养殖尾水中的总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH4+-N)和化学耗氧量(COD)等指标。TN、TP由初始值1.3 mg/L、0.76 mg/L降到0.4 mg/L、0.09 mg/L，去除率分别为41.5%、77.5%；NH4+-N、COD由初始值0.27 mg/L、42 mg/L降到0.06 mg/L、27 mg/L，去除率分别为77.7%、35%。研究表明，该组合湿地系统能有效净化养殖尾水，实现水体循环再利用，可有效缓解南四湖的入湖污染负荷。

关键词：莲藕净化塘；生态沟渠；人工湿地；养殖尾水；净化效果

目前国内的精养池塘，在单位产量不断提高的情况下，水体中的有机物积累日趋严重，池塘生态平衡遭到破坏，导致水体富营养化，从而使藻类大量繁殖，水质恶化，严重影响了鱼类和其他生物的健康生长。净化塘和人工湿地是近年来用于水质净化的常用方法，净化水质效果显著，符合养殖尾水的净化理念[1-2]。

莲藕净化塘能够吸收养殖水体和底质中的氮、磷，同时莲藕还能增加额外经济效益[3]。人工湿地是人为设计、建造的，由基质、植物、微生物和水体等组成的复合体，通过系统中的基质-水生植物-微生物的相互协同作用来实现对水体净化的目的[4-6]，可以充分利用水体空间，具有占地面积相对较小但供氧好、净化能力高的特点[7]。通过莲藕净化塘和人工湿地组合对池塘养殖尾水进行净化，符合“内循环、外封闭”的养殖理念，还可以解决经济发展和滨湖湿地生态环境污染之间的矛盾，为中国湖泊治理与保护提供技术参考。

1材料与方法

1.1试验材料

本试验的植物材料均从当地引种种植，包括挺水植物芦苇、菖蒲，浮叶植物菱角、睡莲，沉水植物金鱼藻、菹草，其中芦苇、睡莲提前1年栽植，其余植物提前10 d栽培。试验用鲢鱼、鳙鱼购于济宁市利民渔业专业合作社，鲢鱼平均规格263 g，鳙鱼平均规格320 g。

1.2试验设计

1.2.1组合湿地系统组成

试验地址位于济宁市任城区路口渔业专业合作社养殖场内。组合湿地系统包括3个莲藕净化塘、生态沟渠和人工湿地。其中净化塘之间用涵管相连，净化塘连接生态沟渠，采用直径400 mm PVC插管式装置，生态沟渠连接人工湿地，通过内径800 mm的水泥函道相连。池塘养殖尾水经净化塘、生态沟渠、人工湿地处理后循环流入养殖池塘(图1)。

图1　组合湿地系统工艺流程图Fig.1　Process flow chart of combined wetland system

1.2.2组合湿地系统构建

净化塘共有3口，大小基本相同，东西走向，长175 m，宽120 m，面积2.1 hm2，泥层底，池壁为砖混结构。3个塘内莲藕的覆盖度分别为0%、30%、60%，分别为1号(对照塘)、2号、3号净化塘。1号塘设置25 kW/h水泵一台，将养殖尾水打入系统内，按水量20%交换，每日进水2～4次，保证水力停留时间大于10 h。生态沟渠长540 m，宽27 m，深3 m，面积1.47 hm2，沟渠内放养鲢鱼、鳙鱼等滤食性鱼类，鲢鱼放养密度为180尾/hm2，鳙鱼放养密度为150尾/hm2。

人工湿地(面积0.52 hm2)由基质和水生植物组成，其中基质深80 cm，由粒径不同的碎石组成，自上而下粒径逐渐增大。水生植物分别种植挺水植物芦苇、菖蒲，种植密度4株/m2；浮叶植物移植菱角、睡莲，种植间距1～2 m；沉水植物种植金鱼藻、菹草，种植密度1丛/m2。经过组合系统净化后的水再用泵打入养殖池内循环利用。

1.3水质监测

采用沿程采样，分别为1、2、3号塘出水口(分别为采样点1、2、3)、生态净化沟渠出水口(采样点4)和人工湿地终点(采样点5)。水质检测项目有水温、溶氧(DO)、pH、总氮(TN)、总磷(TP)、化学耗氧量(COD)、氨氮(NH4+-N)等。其中，水温、溶氧、pH由智能水质分析仪器(YSI)测量；总氮、总磷、COD、氨氮、亚硝酸盐采用国标法测量[10]。水质指标平均每隔2周检测1次，试验持续3个月。

1.4数理统计分析

应用SPSS16.0软件进行统计分析，计算各个指标的平均值和标准差，采用Excel 2007软件绘图。

污染物去除率R的计算公式：

R=(Ci-Ce)/Ci×100%式中：Ci、Ce—分别为进水、出水的质量浓度，mg/L。

2结果与分析

2.1不同处理方法对水体中TN的影响

不同处理方法对水体中总氮的影响如图2所示。处理初始浓度相差不大，随着周期的延长，净化塘和生态沟渠以及人工湿地的总氮呈下降趋势，而1号对照塘则呈先升后降趋势，与初始浓度相比相差不大。生态沟渠和人工湿地总氮的降低幅度明显高于2号和3号净化塘，说明两者具有良好的净化能力，总氮初始浓度均为1.3 mg/L，处理后浓度为0.85 mg/L和0.76 mg/L，去除率分别为34.6%和41.5%。与1号塘相比，均存在显著性差异(P<0.05)。2、3号净化塘的去除率分别为7%和9%。

图2　不同处理方法对水体中总氮的影响Fig.2　The influence of different treatments on TN

莲藕净化塘对总氮的吸收主要是因为植物根区附近存在很多个好氧、缺氧及厌氧的小区间，因此，污水在这些小区间可以交替，实现硝化与反硝化作用，从而去除有机氮；而无机氮则是莲藕生长必不可少的营养元素，通过藕的生长可以完成对无机氮的去除[9-10]。湿地系统中总氮的去除机制是多样的，但主要是通过硝化和反硝化的植物摄取和基质吸附[11]。

2.2不同处理方法对水体中TP的影响

不同处理方法对水体中总磷的影响如图3所示。净化塘和人工湿地的共同作用，对水体中的总磷有很好的去除效果。经过净化塘处理后，总磷去除率达到55.3%；在净化塘、生态沟渠和人工湿地的共同作用下，总磷去除率提高到77.5%。研究表明，人工湿地可应用于去除水产养殖废水中所含的营养盐，总氮去除达95%～98%，总磷去除为32%～71%，使水质能够达到水产养殖标准[12]。这与本研究结果基本一致。

图3　不同处理对水体中总磷的影响Fig.3　The influence of different treatments on TP

莲藕对总磷的去除主要是通过根部吸收、聚磷菌的作用及土壤基质的物化作用来实现[13-15]。磷作为莲藕生长的必需元素在整个生命活动中扮演着重要角色，而湿地对磷的去除主要是由基质的物理化学作用、植物摄取和微生物的同化作用来完成的，其中基质的作用被认为是磷去除的主要途径[16]。

2.3不同处理方法对水体中NH4+-N的影响

不同处理方法对水体中NH4+-N的影响如图4所示。可以看出莲藕塘对水体中的氨氮有很好的净化效果。2号、3号净化塘的去除率分别为70%、48%。在净化塘和人工湿地的共同作用下，氨氮浓度由初始0.27 mg/L降到0.06 mg/L，去除率为77.7%。说明莲藕池塘和人工湿地中的水生植物对水体中的氨氮有很强的吸收作用。通过系统的综合处理，硝化和反硝化作用加强，使非离子氨降低，有效地保持了水质[17]。

图4　不同处理对水体中NH4+-N的影响Fig.4　The influence of different treatments onammonia nitrogen

2.4不同处理方法对水体中COD的影响

不同处理方法对水体中COD的影响如图5所示。1号对照塘的COD浓度明显高于其他试验塘，并呈上升趋势。1号与2号净化塘相比，2号塘的净化效果更好。通过净化塘和人工湿地的水生植物吸收，COD得到了有效降解，8月13日，人工湿地的去除率达到35%。研究表明，蒲草对水体中的COD去除率达到44.4%[18]。虽然由于不同的试验方法和目标湿地植物等因素，对富营养化水体中的水质指标去除效果有所差异，但结果都显示出人工湿地对养殖水体中总氮、总磷、氨氮和COD等有机物具有很好的去除效果[19]。

图5　不同处理对水体中COD的影响Fig.5　The influence of different treatments on COD

3结论

利用组合湿地的协同处理，能有效降低养殖水体中的COD、总氮、总磷、氨氮等水化学指标，去除效果较为理想。总氮、总磷由初始值1.3 mg/L、0.76 mg/L分别降至0.4 mg/L、0.09 mg/L，去除率分别为41.5%、77.5%；氨氮、COD的去除率分别为77.7%、35%。莲藕净化塘和人工湿地具有特别的优势，不仅能够净化养殖尾水，而且还具有很好的经济价值和观赏价值，能提高湖区生态池塘景观环境的协调性和美观性，实现了水体循环再利用，有效缓解了水污染负荷。

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参考文献

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The purification efficiency of one combined wetland system on aquaculture wastewater

WANG Mei1, DU Xinghua2, ZHANG Jinlu1, CAI Xinhua1, JIN Kun1, JIANG Guiying1

(1RenchengDistrictFisheryBureauofJiningCityofShandongProvince,Jining272000,China; 2FreshwaterFisheriesResearchInstituteofShandongProvince,Jinan250117,China)

Abstract：One combined wetland system was used in aquaculture wastewater purification of the lake pond, in order to achieve water recycling utilization and reduce the pollution of the surrounding water environment. The combined wetland system was composed of three lotus purification ponds with an area of 2.1 hm2each, one ecological ditch of 1.47 hm2and one constructed wetland of 0.52 hm2. The lotus coverage rates of the three purification ponds were respectively 0%, 30%, and 60%. Water chemical indicators were determined by sampling along the way. The results showed that the combination system could effectively reduce the total nitrogen, total phosphorus, ammonia nitrogen, COD and other chemical indexes in the aquaculture wastewater. Total nitrogen and total phosphorus were decreased from 0.76mg/L, 1.3 mg/L to 0.4 mg/L, 0.09 mg/L respectively, with the removal rates of 41.5% and 77.5%; ammonia nitrogen and COD were decreased from 0.27 mg/L, 42 mg/L to 0.06 mg/L, 27 mg/L respectively, with the removal rates being 77.7% and 35%. The research showed that this cycling mode was effective in purifying aquaculture wastewater, realized the goal of “internally circulating and externally sealing” and could effectively alleviate the pollution load of Nansi Lake.

Key words：lotus purification pond; ecological ditch; constructed wetland; aquaculture wastewater; purification efficiency

DOI：10.3969/j.issn.1007-9580.2016.03.008

收稿日期：2016-03-05修回日期：2016-05-25

基金项目：山东省现代农业产业技术体系鱼类创新团队(SDAIT-12-07)；山东省农业重大应用技术创新项目(20140903)；山东省农业科技成果转化项目(20141020)；山东省西部经济隆起带科技创新人才联合基金项目(XB2014FW024)

作者简介：王妹(1982—)，女，工程师，硕士，研究方向：淡水生态渔业。E-mail：13853793696@163.com 通信作者：杜兴华(1972—)，男，研究员，研究方向：淡水生态渔业。E-mail：jnduxh@163.com

中图分类号：S959

文献标志码：A

文章编号：1007-9580(2016)03-039-04