稻草-狐尾藻治理养殖废水效应研究

唐红琴， 董文斌， 李忠义， 蒙炎成， 韦彩会， 王 瑾， 俞月凤， 胡钧铭， 张 野， 李婷婷， 何铁光

(广西农业科学院农业资源与环境研究所，广西南宁 530007)

随着畜禽养殖业的快速发展，化学需氧量、氨氮、磷等主要污染物排放量日益增多。国内外利用水生植物净化生活污水的研究已取得了一些成果，并证实利用水生植物既能治理水体污染，又能避免二次污染[1]。狐尾藻(MyriophyllumverticillatumL.)属小二仙草科的多年生沉水植物，为C4光合作物，能较快高效地除去水体中的氮、磷等富营养化元素，因其具有适应能力强、生物量积累较快和耐污能力较强等特点而成为水生植被恢复工程中被优先考虑的先锋物种之一[2]。利用水生植物治理或修复污染水体，具有运行成本低、净化效果好、环境效益高等优点，适用于分散式养殖的废水处理[3]。陈金发等在室内条件下模拟大薸对不同质量浓度畜禽废水的净化试验，发现大薸对养殖废水的CODcr、NH4+-N、TP的去除率分别高达82.33%、69.21%、45.88%[4]。此外，水葫芦[5]、芦苇[6]等对养殖废水也具有良好的净化作用。与其他水生植物相比，狐尾藻适应性广、耐污能力强，既能快速净化水体，又能避免二次污染[2，7]，厉金炳等将狐尾藻用于禽畜养殖污水的生态处理具有显著效果[8]。2014年陈鸿等在广西河池环江县丽源养猪场以稻草、绿狐尾藻为核心构建人工湿地治理养殖废水，发现经处理后水体中NH4+-N、TN、TP浓度分别下降69%、60%、73%[9]。罗开武等也采用“稻草-绿狐尾藻”的治污技术，对猪场废水中氨氮、总氮、COD实现较彻底的去除[10]。

在利用狐尾藻等一些水生植被处理畜禽养殖污染物方面，目前国内仍处于起步和技术探索阶段，整治工作基本处于水质改善和景观建设阶段，缺乏传统水利、生态系统栖息地和景观的有机结合，而国外已经形成了较为成熟的理念及相关技术、标准和规范。本研究针对广西南宁市养殖业迅猛发展及养殖污染亟需减排治理的现实需求，以生猪规模化养殖为研究对象，在室内环境下开展稻草-狐尾藻净化养殖水体的模拟试验，以取自养殖场5级滤池的废水作为原水，设置稻草覆盖与无稻草覆盖2组试验，研究试验期间狐尾藻对养殖废水化学需氧量(COD)、固体悬浮物(SS)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)、总磷(TP)的去除效果，深入探讨稻草-狐尾藻的净化效果，为其在生产中的推广和应用提供理论依据和数据参考。

1 材料与方法

以采自广西柯新源原种猪有限责任公司的狐尾藻为去污材料，用清水洗净其附着物，去除枯黄和衰败的叶片，移栽至塑料杯中培养备用。分别采集该公司养猪场经过1、2、3、4、5级简易滤池处理的废水作为试验原水，以自来水作为对照，5级原水污染物指标见表1。

表1 各级原水污染物指标

1.1 试验设计

试验于2016年9月14日在广西农业科学院温室大棚进行，棚内放置相同规格的聚氯乙烯(PVC)桶(桶深×直径=50 cm×60 cm)，在桶壁作标记，设桶蓄水比为80%，即桶高40 cm处为标准水位线，将5级不同浓度的猪场废水分别倒入编号为1～5号的桶中，其中1号桶装1级原水(浓度最高)，2号桶装2级原水，以此类推，6号桶装自来水作为对照桶，将水装至水面与标准水位线平齐为止。分为覆盖稻草和无稻草覆盖2组试验，稻草覆盖量为500 g/桶，每组中每级废水各倒入3桶，做3次重复试验。取预培养的狐尾藻顶枝部位往下量约20 cm，扦插入桶中，每桶20株。分别于试验1、8、29、43、58、75 d采集各处理水样，测定化学需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)、总磷(TP)及固体悬浮物(SS)的浓度。试验过程中及时加水，补充因蒸发而消耗的水分，使水位始终保持不变。对照桶(不放入猪场废水)与试验组作相同处理。试验时间在2016年9—12月。

1.2 测定项目与方法

采集各处理的水样后，参照《水和废水监测分析方法》[11]测定各处理水质指标：采用重铬酸钾法测定COD，采用过硫酸钾消解紫外分光光度法测定TN浓度，采用纳氏比色法测定NH3-N浓度，采用钼锑抗比色法测定TP浓度，滤料过滤后烘干测定SS浓度。

1.3 数据处理

采用Excel 2003软件进行数据整理和图表制作。

2 结果与分析

2.1 废水COD变化分析

由图1可知，在无稻草覆盖组中，1～5号桶废水中的COD均逐渐降低，在前43 d COD下降较快，说明狐尾藻在前43 d对COD处理较快，从第43天开始浓度变化趋于稳定，COD降至50.00 mg/L以下，之后至试验结束COD基本无明显变化，6号桶中的自来水COD基本无变化；在覆盖稻草组中，1～5号桶废水中的COD变化规律不明确，其中1号桶COD基本呈现下降趋势，而2～5号桶中COD在第8天时有上升趋势，之后呈下降趋势，但是下降不明显，而6号桶中的水也呈现同样的趋势，COD反而上升，试验结束时，各级废水中COD在186.00～241.00 mg/L。在狐尾藻处理废水的过程中，无稻草组的废水COD远小于覆盖稻草组，无稻草覆盖组处理废水后COD较低，处理效果较好。

2.2 废水SS浓度变化分析

由图2可知，在无稻草覆盖组中，1～5号桶废水中的固体悬浮物浓度逐渐下降，在前43 d，SS的浓度下降得较快，之后至试验结束，SS的浓度基本保持稳定，在2.20～7.80 mg/L，6号桶SS浓度基本保持不变；覆盖稻草组中，1～5号桶废水中SS的浓度整体呈现逐渐上升趋势，其中58 d后浓度上升较快，6号桶自来水中SS的浓度也呈现类似规律，最终浓度达到50 mg/L，试验结束时，各级废水中SS的浓度在50.00～118.00 mg/L。在狐尾藻处理废水的过程中，无稻草覆盖组的废水SS浓度小于覆盖稻草组，无稻草覆盖组处理废水中固体悬浮物较少，处理效果较好。

2.3 废水NH3-N浓度变化分析

由图3可知，无稻草覆盖组中，1～5号桶废水中的氨氮浓度逐渐下降，在前29 d，NH3-N的浓度下降较快，之后至试验结束，NH3-N的浓度基本保持稳定，在0.37～1.61 mg/L，6号桶浓度基本保持不变；在覆盖稻草组中，1～5号桶废水中NH3-N浓度也呈现与无稻草覆盖组中一样的变化规律，6号桶自来水中NH3-N浓度也基本保持不变，试验结束时，各级废水中SS浓度在0.50～1.96 mg/L。在狐尾藻处理废水过程中，覆盖稻草组与无稻草覆盖组处理废水的NH3-N浓度变化规律基本一致，最终2组的废水NH3-N浓度相近，处理效果相当。

2.4 废水TN浓度变化分析

由图4可知，在无稻草覆盖组中，1～5号桶废水中的总氮浓度逐渐下降，在前29 d，TN浓度下降较快，之后至试验结束，TN浓度基本保持稳定，在1.10～4.71 mg/L，6号桶浓度基本保持不变；在覆盖稻草组中，1～5号桶废水中TN的浓度也呈现与无稻草处理中一样的变化规律，6号桶自来水中TN的浓度也基本保持不变，试验结束时，各级废水中TN浓度在1.50～5.78 mg/L。在狐尾藻处理废水的过程中，覆盖稻草组与无稻草覆盖组中废水的TN浓度变化规律基本一致，也与NH3-N浓度变化规律基本一致，最终2组废水的TN浓度相近，处理效果相当。

2.5 废水TP浓度变化分析

由图5可知，在无稻草覆盖组处理中，1～5号桶废水中的总磷浓度逐渐下降，在前43 d，TP浓度下降较快，之后至试验结束，TP浓度基本保持稳定，在0.06～0.37 mg/L，6号桶浓度基本保持不变；在覆盖稻草组中，1～5号桶废水中TP浓度在第8天时稍有上升，上升10%以内，幅度不大，然后逐渐下降，在43 d以后浓度基本保持稳定，6号桶自来水中TP浓度也基本保持不变，试验结束时，各级废水中TP浓度在0.26～1.58 mg/L。在狐尾藻处理废水过程中，覆盖稻草组与无稻草覆盖组中TP浓度变化规律稍有不同，但均在43 d后趋于稳定，其中无覆盖稻草组比稻草覆盖组的最终TP浓度要低，可见无覆盖稻草组效果比较好。

2.6 废水处理的效果

根据以上模拟试验结果可以看出，狐尾藻治理废水效果明显，按照GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中规定的COD、SS、NH3-N、TN、TP日均最高允许排放浓度标准(表2)[12]， 本试验处理后的水质在这5个项目中均达到了一级标准A标准；而稻草-狐尾藻处理的废水除了COD和SS未达到最高允许排放浓度标准，其余NH3-N、TN、TP均已达到一级标准A标准。

表2 基本控制项目最高允许排放浓度(日均值) mg/L

3 讨论与结论

3.1 狐尾藻治理废水的效率

从本模拟试验结果可以看出，无稻草覆盖组的狐尾藻处理废水中COD、SS、NH3-N、TN和TP效果最好，且效率最高，在29～43 d，废水中各项指标均已降至最低浓度，且水质指标均已达到GB/8918—2002 《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级标准A标准；而在覆盖稻草组的狐尾藻处理废水中，除COD和SS浓度升高外，其余指标也均在29～43 d时降至最低浓度，且都达到GB/8918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级标准A标准。相比较而言，无稻草覆盖的狐尾藻处理废水效率更高，效果更好。

3.2 狐尾藻治理废水的效果

在罗开武等的研究中，NH3-N浓度、TP浓度、COD在沼液池、生物质池(稻草降解池)通过4级绿狐尾藻湿地净化后均降低90%以上[10]。本试验中覆盖稻草组中COD与SS浓度有升高的趋势，6号桶中自来水的COD和SS浓度也呈现升高趋势，在试验中覆盖稻草的处理桶内水逐渐变为黑色，而无稻草覆盖组的水是透明的，是否因为稻草在废水中降解从而导致COD和SS浓度升高，有待进一步验证。此外，本试验为室内模拟试验，处理时间为75 d，而罗开武等的处理时间为半年[10]，因此，若本模拟试验延长时间，COD和SS浓度在后期是否会下降也有待进一步验证。