三种水生植物对养殖废水中氨氮的净化效果

三种水生植物对养殖废水中氨氮的净化效果
摘要：为了解3种常见水生植物对养殖废水中氨氮（NH3-N）的去除能力，通过模拟试验研究了芦苇（Phragmites australis）、水葫芦（Eichhornia crassipes）、蕹菜（Ipomoea aquatica）对养殖废水中氨氮的净化效果。

结果表明，3种供试水生植物对养殖废水中氨氮的净化能力大小为芦苇-水葫芦组合>芦苇-蕹菜组合>水葫芦>蕹菜>芦苇。

在处理15 d后，供试的3种水生植物对养殖废水中氨氮的净化效率为44.0%～76.5%，而对照组为36%～45%，供试水生植物对养殖废水中氨氮有较强的净化能力。

关键词：氨氮；水生植物；养殖废水；去除效果
中图分类号：X703；X173 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）16-4129-04
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.16.014
近年来，随着社会经济的持续增长，城乡居民生活水平逐年提高，各种惠农政策在广大农村的普遍实施，使中国农村经济得到了快速发展，禽畜养殖业也逐步朝规模化、集约化方向发展壮大。

根据《畜禽养殖业产污系数与排污系数手册》推荐的正常育肥期生猪产污系数（中南地区：粪便量 1.18 kg/（头·d），尿液量3.18 L/（头·d））计算，2014年年末全国生猪存栏46 583
万头，日均排放粪便54.97万t、排尿14.82万L[1，2]。

加之养殖场经营者和农村居民环保知识缺乏，导致广大农村地区养殖生产环境污染严重，使养殖环境污染治理形势日趋严峻。

然而，养殖废水的排放在时间和空间上均具有鲜明的特点，采用工程的办法治理虽然效果理想，但投资较大，往往超过了养殖业主的承受能力[3-5]。

而人工湿地因其具有投资与运行维护费用低、无二次污染、改善生态与景观环境等优点而日益受到人们的关注[6-11]。

本研究旨在通过模拟试验，探讨3种常见水生植物对养殖废水中氨氮的净化效果，从而为人工湿地系统处理养殖废水提供理论依据。

1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 供试植物的采集与驯化分别在湖南省衡阳市石鼓区梽木村鱼塘、灵官庙村农户猪场排水沟、李坳村排水沟以及湖南环境生物职业技术学院养殖场排水池采集芦苇（Phragmites australis）、水葫芦（Eichhornia crassipes）和蕹菜（Ipomoea aquatica）3种水生植物样品。

在上述沟、渠、鱼塘中采集适量水样（5.0 L/处）。

将采集的芦苇、水葫芦和蕹菜依次用低、中、高浓度养殖废水进行培养。

培养条件：pH 7左右（用氢氧化钾溶液调节），温度23～28 ℃，光照为3 000～5 000 lx。

首先进行适应性培养驯化，待植物生长状况稳定后，再进行不同浓度的养殖废水水培试验，同时，对
试验植物的耐污能力进行全面考察和评价（主要考察植物的耐污能力）。

通过15 d的驯化观察，3种供试植物在各种浓度养殖废水中均能正常生长繁殖。

1.1.2 养殖废水样品的采集分析与模拟从湖南环境生物职业技术学院养殖场排水池中采集水样，分析其氨氮、总磷及有机物的含量。

通过分析，本研究养殖废水的污染浓度范围见表1，pH为6.5～7.5。

结合养殖废水成分分析结果，人工配制试验用水。

配制方案为：从湖南环境生物职业技术学院养殖场采集养殖废水原液，先沉淀处理，再使其充分厌氧发酵，然后用去离子水按照表2设计化学需氧量（CODcr）浓度，配制5组不同的试验废水，在此基础上，用氯化铵调节氨氮浓度，用磷酸二氢钾调节总磷浓度。

试验废水的浓度以氨氮（NH3-N）、总磷（TP）和化学需氧量（CODcr）为主要参考指标，本试验拟从高浓度到低浓度设5组。

1.2 试验设计
将候选植物（芦苇、水葫芦、蕹菜、芦苇-水葫芦组合、芦苇-蕹菜组合）分别置于人工模拟的养殖废水中培养。

在培养0 d （2 h）、2、5、10、15 d后，分别测定水样中氨氮（NH3-N）的浓度。

以培养时间（d）为横坐标，水样中氨氮（NH3-N）浓度（mg/L）为纵坐标作曲线。

试验按照模拟养殖废水浓度分别设置对照组，对照组未种植水生植物，观察其在试验条件下氨氮（NH3-N）的自我净化规律。

1.3 数据处理
分析植物对废水中氨氮的净化效率，将试验所得数据进行计算。

净化效率=（培养15 d后试验废水中氨氮的浓度-试验废水设计的氨氮的浓度）/试验废水设计的氨氮的浓度×100%。

2 结果与分析
2.1 芦苇对养殖废水中氨氮的净化效果
芦苇对养殖废水中氨氮的净化效果见图1。

从图1可知，试验15 d，芦苇对5组养殖废水中的氨氮均有一定的净化效果，第一组至第五组模拟养殖废水的氨氮含量分别下降至129、81、66、51、28 mg/L，净化效率分别为48.4%、59.5%、56.0%、49.0%、44.0%。

参照《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001），有3组达到最高允许日均排放浓度不超过80 mg/L的要求。

对照组中氨氮含量虽然均有降低趋势，但下降速率与试验组相比明显较差。

试验15 d，对照组的氨氮含量分别下降至148、110、92、64、31 mg/L，去除效率分别为40.8%、45.0%、38.7%、36.0%和38.0%，净化效果明显不及处理组。

芦苇对养殖废水的氨氮净化能起到一定作用，但由于芦苇根系以及生长趋势不如蕹菜、水葫芦发达，因此，其净化效率一般。

导致其产生先慢后快的原因可能是前期芦苇对养殖废水需要一个适应过程。

2.2 蕹菜对养殖废水中氨氮的净化效果
蕹菜对养殖废水中氨氮的净化效果见图2。

从图2可知，试
验15 d，蕹菜对5组养殖废水中的氨氮均有一定的净化效果，第一组至第五组模拟养殖废水的氨氮含量分别下降至124、80、61、49、27 mg/L，净化效率分别为50.4%、60.0%、59.3%、51.0%、46.0%。

参照《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001），效果较芦苇明显，5组废水中，有4组能达到最高允许日均排放浓度不超过80 mg/L的要求。

净化速率方面，蕹菜较芦苇好，原因可能是蕹菜根系以及生长趋势较芦苇发达。

2.3 水葫芦对养殖废水中氨氮的净化效果
水葫芦对养殖废水中氨氮的净化效果见图3。

从图3可知，试验15 d，水葫芦对5组养殖废水中的氨氮均有一定的净化效果，第一组至第五组模拟养殖废水的氨氮含量分别下降至107、65、45、37、21 mg/L，净化效率分别为57.2%、67.5%、70.0%、63.0%、58.0%。

参照《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001），5组废水中，有4组氨氮达到最高允许日均排放浓度不超过80 mg/L的要求。

净化速率方面，水葫芦较芦苇、蕹菜好，原因可能是水葫芦根系以及生长趋势较芦苇、蕹菜发达。

2.4 芦苇-蕹菜组合对养殖废水中氨氮的净化效果
芦苇-蕹菜组合对养殖废水中氨氮的净化效果见图4。

从图4可知，试验15 d，芦苇-蕹菜组合对5组养殖废水中的氨氮均有一定的净化效果，第一组至第五组模拟养殖废水的氨氮含量分别下降至98、55、45、33、16 mg/L，去除效率分别为60.8%、72.5%、70.0%、67.0%和68.0%。

参照《畜禽养殖业污染物排放标准》
（GB18596-2001），5组废水中只有1组氨氮未达到最高允许日均排放浓度不超过80 mg/L的要求。

净化速率方面，也较单一植物好，原因可能是植物组合弥补了芦苇对养殖废水适应性方面的不足，同时蕹菜具有较多的匍匐根，既能长在土壤中，又能浮于水上，解决了污水垂直方向的净化问题。

2.5 芦苇-水葫芦组合对养殖废水中氨氮的净化效果
芦苇-水葫芦组合对养殖废水中氨氮的净化效果见图5。

从图5可知，试验15 d，芦苇-水葫芦组合对5组养殖废水中的氨氮均有一定的净化效果，第一组至第五组模拟养殖废水的氨氮含量分别下降至85、47、40、28、15 mg/L，净化效率分别为66.0%、76.5%、73.3%、72.0%、70.0%。

参照《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001），效果较单一芦苇或水葫芦明显，5组废水中仅有1组不达标，氨氮含量明显较单一植物下降很多。

净化速率方面，也较单一植物或芦苇-蕹菜组合好。

原因可能是植物组合弥补了芦苇对养殖废水适应性方面的不足，同时水葫芦浮于水面上，解决了污水垂直方向的净化问题。

同时水葫芦的生长较蕹菜要快，故其净化效果比芦苇-蕹菜组合要好。

3 小结与讨论
通过3种水生植物（芦苇、蕹菜和水葫芦）对养殖废水中氨氮的净化作用研究，得出如下结论。

1）通过15 d的水培试验，3种水生植物及其组合对养殖废水中氨氮的净化效率为44.0%～76.5%，而对照组为36%～45%。

2）从单一植物的净化效率分析，水葫芦>蕹菜>芦苇；植物组合方面，芦苇-水葫芦组合>芦苇-蕹菜组合，且植物组合的净化效率明显优于单一植物。

由于废水中污染物质主要是通过根系等吸收，而水葫芦的生长繁育较其他两种植物旺盛，故其净化效率较为理想。

植物组合的净化效率较单一植物理想的原因可能是弥补了植物根系在废水分层不够均匀的不足，从而使根系吸收更加充分。

3）构建人工湿地养殖废水处理系统时，应组建有一定层次的植物体系，以利于加快对污染物质的净化。

4）植物只是人工湿地的一部分，人工湿地之所以具有良好的去污效果，还与其填料、微生物等有关。

下一步应探讨适宜的填料，研究人工湿地系统微生物，构建完整的适宜养殖废水处理的人工湿地。

5）人工湿地类型较多，其水流方式对处理效果的影响也较大，下一步应加强适合养殖废水处理的人工湿地水流方式研究，同时结合植物、填料研究成果，揭示水力学特点（污染负荷、水力停留时间等）对养殖废水中污染物降解的影响规律。

6）研究不同季节提高处理效果的保护措施。

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