大薸对奶厅废水主要污染物的去除效果研究

刘鹤莹，张嫚，翟中葳，杨鹏，支苏丽，沈仕洲，3，张克强，3*

（1.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150036；2.农业农村部环境保护科研监测所，天津 300191；3.国家农业环境大理观测实验站，云南 大理 671004）

随着规模化奶牛养殖场在养殖业中的比重逐年上升[1]，奶牛场养殖废水经过分类归纳、分别处理后用作肥料还田是一种较为理想的资源化利用方式，如果处理不当后回用可能对环境造成二次污染。奶厅废水主要来自于挤奶设备、牛乳运输管道、罐体及挤奶厅地面的清洁，因其有机物含量较高、氮磷含量低且盐度较高的特点区别于其他养殖废水[2-3]。清洗过程中添加的化学洗涤剂和消毒剂导致奶厅废水中含有大量无机氯盐，故通常将奶厅废水经过污水设备处理后单独排放[4]。奶厅废水产生量大，处理成本高[5]，其处理和利用成为养殖污染治理中的难题。乳制品废水和奶厅废水的产生路径和处理工艺相似，但前者碳氮磷养分更高。国内学者偏向于降低乳制品废水中的氮磷污染物及有机物含量，以厌氧与好氧组合工艺为基础，通过改变净水设备的工艺参数和降低水力停留时间来提升净水效率，但工艺较为复杂[6-7]。实际应用中“A/O-MBR-三级植物净水塘”工艺可有效降低奶厅设备-管道清洗废水中氮磷养分，出水可以循环回用清洁牛舍及挤奶厅，同时满足奶厅废水的处理和利用，但是盐分去除设备的运维费用高。因此，探索低成本高效率的奶厅废水处理工艺技术具有重要意义。

水生植物修复技术的处理费用低，可以循环利用水体有机养分，具有净化奶厅废水的潜力[8-9]。然而，奶厅废水的盐度相对略高，部分无机盐分的存在可能影响净水植物的生长状况，进而影响水体净化效果。目前在处理奶厅废水的工程实践中，通过植物修复方式达到净水目的，并探究漂浮植物对这类特殊畜禽养殖废水的主要污染成分耐受能力的研究较少。大薸作为一种脱氮除磷效果较为显著的漂浮植物[10]，在温暖潮湿的环境下繁殖迅速，具有容纳限量盐分和吸收转化有机物的能力[11]。目前大薸被应用于多种畜禽养殖废水的生态修复试验中[12-14]，可以显著降低水体总氮（TN）、铵态氮（-N）、总磷（TP）、化学需氧量（COD）、多种盐分等的含量，但是对奶厅废水中主要污染物的去除效果鲜有研究。本研究以大薸为研究对象，明确该植物对奶厅废水、Cl-两种阴离子盐的耐受阈值，在掌握大薸对实际废水耐盐范围的基础上，选择某奶牛养殖场奶厅废水原水、厌氧处理后和好氧处理后的废水开展室内净化试验，重点研究大薸对奶厅废水中氮、磷、有机物以及盐分等主要污染物的去除效果，为实现大薸对奶厅废水的处理与资源化利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为大薸，购于江苏某养殖基地，在农业农村部环境保护科研监测所水塘进行为期2 个月的驯化，在人工温室内筛选出叶片健康完整、根系发达、大小均匀一致、鲜质量为20 g·株-1左右的大薸进行盐胁迫耐受试验，筛选出鲜质量为60 g·株-1左右的成熟大薸进行奶厅废水净化试验。

奶厅废水原液取自天津某奶牛养殖场挤奶台末端收集池，厌氧污泥和好氧菌种（主要为酵母菌）均取自天津某养殖废水处理工程，厌氧菌种（主要为乳酸菌）购置于潍坊某环保公司。

1.2 试验设计

1.2.1 大薸盐胁迫耐受试验

采用盆栽试验法对植物进行盐胁迫处理，水培装置为2 L 烧杯。为验证不同阴、阳离子盐对大薸的影响，分别添加NaCl、KCl 和K2SO4。根据查阅文献与预试验结果设置盐度梯度和处理时间。每种处理均设置0、5、10、15、20、25、30 mmol·L-1盐度梯度，分别记作CK、T1、T2、T3、T4、T5、T6，每个处理设5次重复，每日用蒸馏水补充蒸发水分至初始值。7 d试验结束后对不同处理的大薸叶片进行指标测定。

1.2.2 奶厅废水净化试验

试验用水：以奶厅废水（R）为基础进行配制，取2.5 kg厌氧污泥、10 g厌氧菌种投放至装有120 L奶厅废水的厌氧发酵罐，每日于28 ℃、60 r·min-1的条件下避光振荡30 min，其余时间静置，15 d 后过滤得到上清液为厌氧发酵后奶厅废水（A）。在90 L 奶厅废水（R）中投放 30 g 好氧菌种，通过连有 2 个 Φ60 mm 气泡石的12 W 增氧泵向水体连续曝气处理7 d，待水体稳定呈现红棕色后，得到好氧处理后奶厅废水（O）。3种试验用水水质指标如表1所示。

表1 三种处理下奶厅废水的理化性质Table 1 Physicochemical properties of milking parlor wastewater with different treatments

试验方案：驯化后的大薸经蒸馏水淋洗后投放至装有12 L 奶厅废水的塑料桶中，每组投放3株成熟大薸（植物组Ps），未投放大薸处理为空白对照（对照组CK），所有试验处理均设3次重复。培育条件：全光谱植物补光灯光照强度8 600 lx，光照周期为16 h/8 h（昼/夜），培养温度为（26±1）℃（/24±1）℃（昼/夜），每日用蒸馏水向桶中补充蒸发的水分至初始值。试验期间，连续观察试验组大薸生长情况，并对掉落茎叶进行人工清理，对照组中偶有生长出绿色藻类或深色沉积物均及时打捞，每4 d采集水样并测量理化指标，试验周期为31 d。

1.3 测定项目与方法

植物抗氧化系统指标测定：丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）均采用北京索莱宝科技有限公司开发的试剂盒测定。大薸的耐盐性综合评价参考党晓宏等[15]的计算及评定方法。

水体理化指标测定：从垂直水面高度5 cm 的位点取样。采用HACH DRB200 消解仪对有机质进行消解，并使用HACH DR6000 分光光度仪对TN、TP、SO24-、COD 和TOC 浓度进行测定，后三种物质的测定前处理均需使用HACH 配套试剂包。利用FIA6000+流动注射分析仪对浓度进行测定。利用雷磁ZDJ-48 自动电位滴定仪对和进行测定。利用 mettler toledo pH 计和 EC 仪对水体pH和电导率进行测定。

本研究在测定植物组及对照组两种处理水体污染物含量的基础上进行水体污染物的去除率以及植物的污染物去除贡献率计算，计算如式（1）~式（3）所示。

式中：C1和C3分别代表植物组和对照组的水体初始污染物含量，C2和C4分别代表两种处理水体在试验节点时的污染物含量。

1.4 数据处理

试验数据采用SPSS 19.0 统计软件进行单因素方差分析，Duncan 法对数据进行差异显著性检验，主要利用主成分分析、隶属函数及权重计算结果的整合，从而对大薸的耐盐性进行综合评价，并对奶厅废水中主要污染物之间的相互关系进行Pearson 相关性分析。使用Origin 2018 软件制图。使用Matlab 软件的Isqcuvefit 函数对植物相对生长率和多种污染物含量的关系进行线性或非线性最小二乘法计算。

2 结果与分析

2.1 奶厅废水中盐胁迫对大薸叶片抗氧化系统的影响

本研究设置不同浓度梯度的3种盐分NaCl、KCl、K2SO4，通过观察与大薸叶片抗氧化系统相关的4 项指标变化，初步探索大薸对特定盐分的耐受阈值。植物抗氧化系统胁变指标与盐度和盐分种类之间的双因素方差分析见表2。如表2 所示，盐分种类对叶片SOD 酶活的影响显著（P<0.05），除此之外，不同盐度和盐分种类以及两者的交互作用对大薸叶片的MDA含量和3 种抗氧化酶活性的影响均达到极显著（P<0.01）水平。

表2 不同盐度和盐分以及两者之间的交互作用对大薸叶片抗氧化系统指标的影响Table 2 Effects of different salt concentrations and salt types and their interaction to antioxidant system-related indicators of Pistia stratioes leaves

大薸经不同盐处理培育7 d 后，叶片膜脂过氧化程度和抗氧化酶体反应能力发生变化。如图1a所示，总体来看，随盐度增加，叶片MDA 含量在NaCl 和KCl胁迫下呈上升趋势，但在K2SO4过高的盐度胁迫下（T5~T6处理）呈下降趋势。其中两种氯盐的高浓度处理对叶片 MDA 含量的差异不显著（P>0.05），NaCl 胁迫下T6 处理的MDA 含量较T5 处理含量高9.07%，KCl 胁迫下T6 处理的MDA 含量较T5 处理含量略低4.39%；而叶片MDA含量在中低浓度硫酸盐处理间存在显著性差异（P<0.05），K2SO4胁迫下T3和T4处理的MDA含量分别是T2处理的2.20、4.09倍。如图1b~图1d 所示，SOD、POD 和 CAT 三种酶的活性均随盐度升高表现为先升高后降低的趋势，说明较低盐度对植物酶活性起到一定程度的促进作用，抗氧化酶系统反应强烈，减缓了盐度对植物的损伤，进而提高植物耐受性；高盐度则抑制抗氧化酶系统的表达，酶活性较低且几乎不随盐度变化时即表明酶失活。在NaCl、KCl和K2SO4三种盐分胁迫下，SOD 酶活分别在T2、T4、T1处理最高，与CK 处理相比分别增加了198.69%、146.69%、90.32%。POD 酶作为参与抗氧化反应的主要酶，其酶活性高于另外两种抗氧化酶的活性。在NaCl、KCl 和 K2SO4三种盐分胁迫下，POD 酶活分别在T4、T5、T2 处理最高，是 CK 处理的 11.96、3.41、2.56倍。在KCl 和K2SO4胁迫下，仅考虑等量钾盐的低浓度溶液中植物酶活性，5 mmol·L-1的 SO42-胁迫比10 mmol·L-1的 Cl-胁迫对大薸叶片的 SOD 酶和 POD 酶的活性高；仅考虑等量阴离子盐的低浓度溶液，10 mmol·L-1的 SO42-胁迫比Cl-胁迫对大薸叶片的SOD 酶和POD 酶的活性高。在NaCl 和KCl 胁迫下，考虑等量氯盐的植物酶活性，CAT 酶活性分别在T3 和T5 处理时最高，与CK 处理相比各增加了260.25% 和190.65%。在K2SO4胁迫下，随盐度增加，CAT 酶活性从T3 处理开始降低，但不同浓度处理间的CAT 酶活性降幅较前两组CAT 酶活性降幅小。另外，NaCl 胁迫下SOD 和CAT 两种酶的活性在CK~T3 的同浓度处理中均比KCl 胁迫高，POD 酶的活性在T1~T6 的同浓度所有处理中均比KCl胁迫高，表明相同物质的量浓度的Na+比K+对叶片抗氧化酶活性的提升能力更强。

图1 盐胁迫下的大薸叶片抗氧化系统指标Figure 1 Antioxidant system-related indicators of Pistia stratioes leaves under different salinity stress

由于大薸在单一盐分胁迫下的抗氧化酶活性最高对应的浓度并不一致，在不同盐分胁迫下抗氧化酶活性变化的趋势具有相似性，因此本研究将盐胁迫处理下大薸叶片抗氧化指标的标准差系数赋予权重后，大薸对不同盐度和盐分种类结合的耐盐性综合评价如表3 所示。对不同盐度的综合评价系数进行排序，结果表明，大薸的耐NaCl 性能为T5>T6>T4>T1>CK>T3>T2，耐 KCl 性能为 T3>CK>T4>T6>T5>T2>T1，耐K2SO4性能为T1>T4>T2>T6>T5>CK>T3，即大薸对上述三种盐分的耐受阈值分别为25、15 mmol·L-1和5 mmol·L-1。因阳离子盐的影响，大薸对Cl-盐的耐受性存在波动，对Cl-的耐盐阈值集中在15~25 mmol·L-1，对的耐盐阈值为 5 mmol·L-1。实际奶厅废水中Cl-和含量（见表1）不超过大薸对两种盐分的耐受阈值，故可以考虑将大薸继续投入到奶厅废水的净化试验中。

表3 大薸叶片在抗氧化系统指标方面的耐盐性综合评价Table 3 Value of comprehensive index about the antioxidantsystem-related indicators of Pistia stratioes leaves under salinity stress

2.2 奶厅废水原水中主要污染物浓度的变化

奶厅废水原水经大薸31 d处理后，其中主要污染物浓度随时间的变化如图2所示。Ps处理和CK处理均可以使多种目标污染物含量降低，前3 d时TN、-N、COD和TOC浓度均有较大程度的下降。11 d时大薸发挥脱氮能力的效果较强，此时在Ps处理中和TP 分别减少78.44%、84.25%和32.40%，COD 含量降低到120 mg·L-1以下，出水水质达到城镇污水排放三级标准。随处理时间的延长，19 d 时Ps 处理TP 的去除率为43.28%，此时TP 含量达到最低；23 d 时Ps处理 TN 和-N 的去除率分别达到89.21% 和97.46%，此时-N 含量最低为 0.24 mg·L-1；23 d 后水体中 TN 含量基本稳定在 3.01~3.12 mg·L-1，NH4+-N浓度缓慢增加。

图2 奶厅废水原水中多种污染物浓度随时间的变化Figure 2 Content changes of pollutants in raw milking parlor wastewater with time

与 CK 处理相比，Ps 处理以 SO24-和 Cl-为主的盐分浓度及EC 值随处理时间延长而降低，即大薸的除盐效率可能与时间存在正相关性。Ps 处理组EC 值在23 d 下降27.10%，对SO24-和Cl-的最大去除效果分别达到31.68%和18.29%，其中，大薸对两种阴离子盐的去除率分别为66.47%和88.86%。

2.3 大薸相对生长速率与奶厅废水主要污染物去除效果的关系

如表4 所示，大薸相对生长速率（RGR）与奶厅废水多种污染物去除率的Pearson 相关系数极小，而与TN、-N、TP 及COD 含量存在极显著正相关关系（P<0.01）。由前文结果可知，水体盐分可以影响大薸的抗氧化系统，奶厅废水中盐分浓度较高，存在抑制大薸生长或减缓大薸生长速率的可能。本试验以水体电导率（EC）代表水中可溶性盐分总量。因此，在建立RGR 与奶厅废水主要污染物的关系时需考虑EC值的变化情况。

表4 大薸相对生长速率与奶厅废水污染物浓度及去除率的Pearson相关性Table 4 Pearson correlation between RGR of Pistia stratioes and contents or removal rates of main pollutants in milking parlor wastewater

对植物RGR 与奶厅废水原水主要污染物浓度利用最小二乘法构建拟合模型，植物RGR 用y表示，水体 TN、TP、COD 和EC 值分别用x1、x2、x3、x4表示，拟合得出多元线性方程（4）和多元非线性方程（5）：

由于盐分等物质浓度较高，大薸对奶厅废水原水发挥净水作用时表现为生长被抑制，其生长速率降低。通过式（4）可知水体TN 浓度是影响植物RGR 增加的最关键因素。通过式（5）可知奶厅废水EC 值或TP 含量波动对植物RGR 影响极大，当其他成分恒定时，EC 值增加0.1 µS·cm-1导致RGR 改变2 778.07，TP含量改变0.1 mg·L-1导致RGR改变39.98。

2.4 厌氧处理后奶厅废水中主要污染物浓度的变化

对奶厅废水原水进行为期15 d的厌氧处理后，与原水相比，厌氧处理后出水pH 升高浓度增加14.97%，EC值升高3.26%，TOC含量增加22.84%，TN、-N、TP 和COD 分别下降10.51%、58.47%、38.81%和4.70%（图3）。随废水静置时间延长，CK 处理水体TN、TP 含量及EC 值整体呈下降趋势和含量波动幅度较大。在15~19 d时含量骤减15.80%，导致总碱度降幅较为明显，但pH 值变化不明显，且此阶段和Cl-含量几乎并未发生变化，EC 值降低3.55%。在23 d 后TN、TP、COD、TOC、等含量出现不同程度的上升，尽管碳、氮、磷污染物及盐分含量较处理前有所降低，但仍未达到污水排放或回用标准。

图3 厌氧处理后奶厅废水中多种污染物浓度随时间的变化Figure 3 Content changes of pollutants in anaerobic milking parlor wastewater with time

利用大薸对经过厌氧处理后的奶厅废水进行净化，Ps 处理水体基础养分含量随净水时间延长而降低。在15~19 d内，大薸对水体碱度和pH的波动变化较小降幅为3.38%，pH 值从7.96 变为7.94。然而，此时植物发挥盐分去除的能力较强，和Cl-含量分别下降10.12%和3.22%。大薸对氮素的最佳利用时间出现在 19~23 d，Ps 处理 TN 和-N 的最佳去除效果分别为78.17%和96.19%。大薸对磷素和有机物等养分的最佳利用时间均出现在23 d，Ps 处理TP、TOC 和COD 的最佳去除效果分别为68.35%、83.09%和79.04%，此时出水水质达到城镇污水排放二级标准（COD<100 mg·L-1）。23 d 后，Ps 处理水体含量和EC 值均略有上升，31 d 出水水质达到城镇污水排放三级标准（COD<150 mg·L-1）。

2.5 好氧处理后奶厅废水中主要污染物浓度的变化

虽然经植物净化的好氧处理后奶厅废水与如上两类奶厅废水常见污染物的去除趋势较为相似，以TN、TP、COD、TOC 和EC 值为主的污染物浓度随时间延长呈整体下降趋势（图4），Ps 处理水体在试验结束时 TN 和 TP 含量最低，分别达到 19.04 mg·L-1和 6.47 mg·L-1，并未满足污水排放三级标准（TP<5 mg·L-1）。然而，Ps 处理中大薸发挥植物净水效果最佳的时间提前至19 d 内，植物作用在15 d 时使TN 去除14.83%，在 19 d 时使 TP 和 EC 分别降低 10.51% 和20.41%。CK处理除盐分以外的奶厅废水中污染物的去除趋势与Ps 处理基本相似，但由于23 d 后CO2-3浓度快速升高，27 d 后HCO-3出现极为明显的增长趋势，使得总碱度增幅随时间而变大。另外，在前7 d时，Ps处理和CK 处理两种水体的pH 数值较为相近且变化趋势较为吻合；7 d后，Ps处理和CK 处理两种水体pH从8.20±0.03 下降到 7.60±0.01 的完成时间不同，分别需要4 d和8 d；15 d后，Ps处理水体pH 发生波动的时间略先于 CK 处理水体；19 d 后，Ps 处理水体 pH 低于CK 处理水体，前者维持在7.61±0.10，后者基本维持在8.14±0.03。

图4 好氧处理后奶厅废水中多种污染物浓度随时间的变化Figure 4 Content changes of pollutants in aerobic milking parlor wastewater with time

2.6 大薸对三类奶厅废水主要污染物的去除效果比较

仅大薸发挥植物作用对三类奶厅废水主要污染物的最大去除效果如图5 所示。大薸对经好氧处理后奶厅废水多种污染物的去除效果低于其他两种处理，对TN、-N、TP、COD和TOC的去除作用分别为14.83%、9.35%、12.31%、26.70%和29.23%，即对所有主要污染物的去除率低于30%。大薸对经厌氧处理后奶厅废水多种污染物的去除效果高于其他两种处理，对TN 最大去除率为21.76%，比经好氧处理后奶厅废水中TN 的去除效果高31.85%，比奶厅废水原水和 Cl-的去除效果分别提升9.60%、42.83%、40.94%、2.00%和13.81%。在奶厅废水经过不同工艺处理后，比较大薸对多种污染物的去除效果，发现植物对经工艺处理后的废水TOC 吸收能力最强，对、Cl-这3项盐分指标的去除能力较为相近，且Cl-去除率高于另外可以看出，大薸对三类奶厅废水COD 的去除程度均显著高于TN和 TP，对 COD 和 TOC 的削减效果较为突出，对 EC 值的降低程度高于的去除程度。

图5 大薸对不同种类奶厅废水中主要污染物的最大去除率Figure 5 Maximum removal rates of main pollutants in different milking parlor wastewater by Pistia stratioes

3 讨论

3.1 大薸对奶厅废水中盐分的耐受程度

奶厅废水是一种有机物和盐分含量较高的特殊畜禽养殖废水，COD、TOC、Cl-和的浓度相对高于其他污染物浓度。现有研究普遍认为盐分对大薸生物量或叶片形态等植物生理变化响应明显，并通过判断不同盐度下植物的状态逐渐缩小大薸适宜生存的盐度范围[16-18]。本研究通过盐胁迫下大薸叶片抗氧化系统指标的变化规律，初步明确大薸对Cl-和两种盐分的耐受阈值。

大薸对不同盐分的容纳量存在差异性。等量氯盐时Na+胁迫比K+胁迫为大薸叶片积累更多的MDA，所以大薸在NaCl 和KCl 溶液中的生长状态不同。奶厅废水同时存在K+和Na+，通常植物优先选择K+维持细胞的充盈状态[19]，然而清洗管道时碱性清洗剂的使用致使奶厅废水Na+含量较多，多余的Na+与K+结合位点竞争并抑制植物蛋白合成[20]，因此高浓度Na+被认为对植物的离子毒害效应更强。而等量阴离子盐的K2SO4胁迫比KCl 胁迫为大薸叶片积累更多的MDA，即比Cl-对大薸叶片膜脂损伤程度更强，这与阴离子盐种类相关，且中高浓度盐分中大薸叶片MDA 的改变极为明显，很可能与溶液中总离子数量相关。通常认为抗氧化酶活性与该植物的耐性具有相关性。在尽量避免溶液总离子数量对植物影响的前提下，相对于KCl，大薸幼苗在生长过程中对低浓度K2SO4表现出更强的耐性。另外，大薸受盐度的影响更为重要。盐度胁迫对不同抗氧化酶活性升高发生拐点的浓度并非相同数值，是因为3种抗氧化酶在维护系统的运行过程中存在先后顺序，SOD酶催化O-2·生成 H2O2和 O2[21]，POD 酶及 CAT 酶促进 H2O2分解成H2O 和O2，从而清除过氧化产物。大薸叶片POD酶活性较其他两种酶活性高，与陈金发等[12]的实验结果相同，即认为POD 酶对奶厅废水盐分抵抗表现极为剧烈。然而，植物的耐盐响应机制较为复杂，不能通过单一酶体活性的变化判断耐盐阈值。通过抗氧化系统耐盐性综合评价系数的比较，认为培育环境和 Cl-盐含量分别不超过 5 mmol·L-1和 15~25 mmol·L-1时仍在大薸存活的生态幅内，且Na+、K+阳离子盐影响Cl-对抗氧化系统的毒害效果。按照OERT⁃LI[22]的分类标准，大薸是一种寡盐类微咸水植物，对奶厅废水主要盐分具有耐受性。当奶厅废水中盐度增加，致使溶液EC 达到2 193~2 527 µS·cm-1时，大薸抗氧化酶防御机制被破坏，威胁该植物存活。

3.2 大薸对奶厅废水多种污染物的去除效果

奶厅废水作为一种盐度高于养分含量的养殖废水，治理时亟需考虑净水植物的状态。本研究中，大薸生物量在净化奶厅废水时整体呈下降趋势，通过多元非线性方程的构建发现较高EC值严重危害大薸的生长状态，然而关键污染因子和Cl-浓度并未达到使大薸酶体失活的盐分阈值，说明大薸在该环境中仍可以发挥植物作用，但是对养分的吸收同化作用和对盐分的去除效果受到较大影响。本试验中大薸对三类奶厅废水TP 的去除效果在30.73%~66.02%，除磷效果略小于前人应用[14]，与大薸的生长繁殖状况存在很大的关联性。

本研究认为奶厅废水的高盐度是影响大薸对氮素去除效果的重要原因。奶厅废水具备对大薸造成原初毒害的Na+、Cl-等盐分条件。从植物的吸收动力学角度而言，离子间的竞争阻碍了水体含氮污染物的去除。PESSARAKLI 等[23]发现 Na+抑制棉花对的吸收。安景文[24]根据水稻在Cl-处理下对氮素吸收的Km和Vm值，认为Cl-对NO-3进行竞争性抑制。臧旸[25]发现高盐度水体中凤眼莲对氮、磷的净化效应降低。从水体微生物活跃程度角度而言，过高的盐分对微生物产生抑制作用。SO24-和Cl-浓度超过0.83 mmol·L-1和 13 mg·L-1时，分别影响 N-DAMO 菌和 Anammox 菌的脱氮性能[26-27]。从微生物之间的相互关系角度而言，盐度、C/N、温度等环境因子筛选出大薸根际微生物和水体微生物中优势菌群[28-30]，使得含氮污染物的去除效果常处于变化中。奶厅废水原水初始C/N 在10左右，适合硝化菌生存；C/N 随时间升高，且水体碱度影响硝化作用对系统的冲击[31]，推断奶厅废水在11~23 d发生反硝化-硝化反应；后期硝化细菌氧化氨氮能力下降但硝化反应仍在进行。好氧处理后的低C/N 废水中优势菌群为变形菌门[32]，有效去除氨氮且不积累硝氮。邸攀攀[33]的研究证明大薸在净化富营养化水体的过程中，植物根系表面上附着的nirS型反硝化细菌在脱氮中起主导作用。

比较大薸对奶厅废水多种污染物的去除效果，大薸对COD 的削减作用最为明显。在净水植物正常生长的前提下，大薸对高浓度畜禽养殖废水COD 的8 d去除率约为35.81%[12]，对牛场污水COD 的15 d 去除率为64.52%[13]，对厌氧牛粪废水中TCOD 在31 d 的去除率为79.59%[14]。本试验中植物处理在23 d 左右对三类奶厅废水COD 的最佳去除效果集中在65.51%~86.75%，并通过净水过程中COD 和TOC 含量的走势重合表现，认为大薸以吸收转化TOC 的方式为降低奶厅废水COD作出巨大贡献。VERGUTZ等[34]认为植物在进行养分吸收时会增强重要器官对有机碳的摄入能力。本试验中大薸对三类奶厅废水TN和-N的最佳去除效果分别为69.46%~87.52%和64.00%~96.59%，去除率略低于COD 但高于其他污染物。SOOKNAH等[14]发现大薸、凤眼莲、浮萍等水生植物对牛场废水原液BOD5和COD 的去除程度超过K+和Na+。由此判断，植物优先选择水体中有机质、氮、磷和生长代谢过程中所需矿物元素以供自身生长，再选择吸收适量盐分。大薸对特定盐分具备吸收能力，很可能与大薸根部生物量及根吸收某些离子的能力有关[14]，同时存在与Ca2+、Mg2+形成络合物等原因，导致奶厅废水EC 值降低。31 d内植物对三类奶厅废水SO24-的最大去除率在16.37%~18.04%，对Cl-的最大去除率在22.02%~35.83%。盐分的去除效果很可能受植物的根际微生物活性影响。高鹏[35]发现AM真菌与植物根系共生时植物耐盐胁迫的能力提高，进而提升植物对盐分的吸收。

另外，植物根系通过离子交换吸附的方式吸收盐分，其除盐性能可能因弱碱性奶厅废水中无机碳的含量而受到影响。可作为CO2的储源，水生植物光合生产率的升高使植物在气孔开闭时交替利用和CO2[36-37]，植物根系表面与水体中离子交换性能因此提高，从而继续利用水中碳素及其他养分。净化过程中水体pH 变化幅度受缓冲盐影响较小，使得植物可以持续发挥除盐能力。本试验中奶厅废水原水和经过厌氧处理后的奶厅废水养分随时间降低，可能抑制植物的光合作用和呼吸作用，削弱对无机碳的利用能力[38]，降低水中质子与的交换速率[39]，导致水体总碱度在19 d后较为平稳。

3.3 大薸对不同处理奶厅废水的净化比较

室内净化试验结果显示，大薸对奶厅废水原水和经过厌氧处理的奶厅废水发挥最佳净水效果的处理时间为23 d，出水均可达到城镇污水二级排放标准。此时若使奶厅废水的TP 浓度降低到0.5 mg·L-1以下，水质可达到城镇污水一级排放标准。大薸在两类废水中发挥最大脱氮能力的时间不同，在原水中大薸净化11 d 时出水水质即可满足城镇污水排放三级标准或一类农田灌溉用水标准，在厌氧处理后废水中净化7 d 时大薸的氮素利用效果最高。与原水相比，在厌氧处理后废水中大薸对-N 和TOC 等养分的净化效果提升40%左右，很可能是因为该废水经过厌氧处理后的厌氧微生物丰度增多，大薸与水体微生物协同作用的净化效果更为明显，致使植物对TN、EC、SO24-和Cl-等污染成分的消耗效应分别提升了9.60%、3.27%、2.00%和13.81%，最终出水色度降低明显[40]。李敏等[41]和陈坤等[42]学者均发现以光合细菌为主的厌氧细菌与大薸联合作用使养殖水体污染物去除效果大大提升。林海等[43]认为在厌氧工艺中延长驯化时间可以增强水解酸化细菌的耐盐能力，并且提升高盐环境中有机物降解的效率。虽然奶厅废水经过厌氧处理后EC 值略有升高，但是朱勇强等[44]认为升高一定的盐度有利于水生植物对-N 的去除。因而本研究认为大薸深度净化厌氧处理后的奶厅废水可以提升污染物的去除效果。

通常情况下，在TN 和TP 浓度分别低于100 mg·L-1和50 mg·L-1范围内，大薸对多种污染物的负荷表现出较好的抗逆性[45]，氮磷含量较高的稀释后畜禽养殖废水有利于大薸生长[46]。由于过度曝气和培育时间较短[47]，致使经过好氧处理后的奶厅废水总碱度和TOC 含量降低，同时 TN 和 TP 浓度较原水提升 1.75 倍和1.20 倍，且在适宜大薸生长的氮磷耐受范围内，然而试验期间大薸生长状态较差，植物快速衰亡，很有可能是由于好氧处理导致水体盐度升高，减弱了水体缓冲能力，且盐度超过了大薸的耐受能力，致使大薸对养分的吸收能力降低。李敏等[41]认为废水中微生物制剂浓度较高时会导致大薸枯黄、萎蔫现象明显。植物处理和空白处理对好氧处理后的奶厅废水中多种污染物的去除趋势较为相似，根据TN、-N、以及TP 浓度的变化，认为在这种环境中水体氨氧化细菌发挥脱氮作用，而聚磷菌的除磷能力不佳，磷素减少很可能是因为磷的沉降作用[48]。根据EC 值、SO24-和Cl-浓度的变化，认为大薸对盐分的吸收能力随净水时间而略有减弱。

另外，需要注意利用大薸净化奶厅废水的处理时间。通常情况下，水生植物对多种污染物的容纳负荷超过该植物体承受范围时，衰亡现象较为明显，并且在超出最适净水时间后向水体重新释放污染物。周元清等[49]发现18~21 d左右大薸代谢废物释放引起城市生活废水TN、TP、COD回升效果较为明显。李淑英等[50]发现在大薸对富营养化水体净化过程中，TN 和NO-

3-N 浓度分别在17 d 和12 d 后呈上升趋势。杜兴华等[51]发现在大薸对鱼类养殖水体净化过程中，-N浓度在14~20 d 时略有上升。虽然大薸生物量在上述不同水质中变化差异性较大，但是通过大薸对氮、磷等污染物发挥最佳去除效果的时间比较，认为大薸对不同种类污、废水的净化时间基本维持在20 d 左右，对不同污染物的去除时间略有差异。本研究认为大薸在两类奶厅废水中起到净化作用的最佳生长周期为23 d，超过该时间后植物衰亡并向水体释放盐分，影响净水效果。因此建议在夏季利用大薸对奶厅废水进行净化处理后需及时清理水面，结束植物的培养以免二次污染。

4 结论

（2）大薸对奶厅废水主要污染物具有较好的去除效果。奶厅废水水体净化程度最佳时，TN、-N、TP 和 COD 浓度分别降低 69.46%~87.52%、64.00%~96.59%、30.73%~66.02%和65.51%~86.72%，且大薸对水体COD 的削减作用最为明显。同时，大薸对奶厅废水中特定盐分存在吸收能力，植物作用使和Cl-浓度分别减少16.37%~18.04%和22.02%~35.83%。

（3）大薸对奶厅废水原水和厌氧处理后的奶厅废水净化23 d 后，水质效果均可达到污水排放二级标准，对后者TN、-N、TOC、和Cl-等污染物的去除效果更为明显，较原水分别提升了9.60%、42.83%、40.94%、2.00%和13.81%。大薸在好氧处理后的奶厅废水中净化作用受到抑制。

（4）虽然利用植物修复技术对奶厅废水进行治理的费用低廉，但是为使植物生长并高效净水，需要注意环境温度。夏季温热季节利于大薸的生长发育，此时大薸深度净化可以有效减少工艺系统运行费用，北方冬季需根据处理水量和植物栽种规模另考虑温室的建造费用。此外，净水结束后大薸木质部硬度降低，利于后续发酵产生乙醇或生成氢气、沼气等清洁能源，建议依据废弃物特性将其资源化利用。