利用人工湿地处理池塘养殖废水效果分析

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摘要: 构建表面流和水平潜流人工湿地系统处理水产养殖池塘排放的废水, 以减少水产养殖废水对周围水域
环境的污染。结果表明, 经湿地净化处理后, 养殖废水 中总氮、总磷、CODM n、氨氮 分别从 2. 32、0. 50、14. 88、 0. 61 mg /L 降至 0. 98、0. 18、9. 72、0. 30 mg /L, 叶绿素 a从 369. 6 g /L 降至 61. 78 g /L, 水 质明显得到 净化。
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不同种类的植物以及同一种植物在不同的生 长阶段其组织氮和磷含量 有所不同。 10 月份湿 地植物存活时地上部分组织氮、磷含量如图 2。
渔业现代化 2009年第 36卷第 4期
2009年 1月沙田湖人工湿地死亡时, 对湿地 植物进行了全面的收割, 测定各植物的组织氮、组 织磷含量 (图 3) 。
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渔业现代化 2009年第 36卷第 4期
利用人工湿地处理池塘养殖废水效果分析
朱雪生 1, 3, 王丽卿2, 徐后涛 2, 邱雪妹 3, 李 平 3, 季高华 2, 谢
( 1上海市青浦区水 务局, 上海 201700; 2 上海海洋大学水产与生命学院, 上海 201306; 3 上海市青浦区水利管理署, 上海 201700; 4 上海水生环境工程有限公司, 上海 200090)
48. 62
88. 0
333. 45
74. 93
净化率 (% ) 41. 4 83. 5 57. 8 69. 5 32. 6 77. 5
如表 1 所示, 8月和 9月测定的养殖废水中 总氮、总磷、CODM n含量 均值分别 达 2. 32、0. 50、 14 . 88 m g /L, 叶绿素 a含量高达 405. 75 g /L 和 333. 45 g /L, 水质类别处于国家地表水环境质量 标准 ( GB 3838 2002) V 类或劣 V类。经过人工 湿地系统处理后, 各项水质指标都明显降低, 总 氮、总磷、CODM n平均含 量分别降 至 0. 98、0. 18、 9. 72 m g /L, 出水水质达 III IV 类水。除 CODM n
29. 10 1. 32
图 1 沙田湖人工湿地水处理流程示意图
F ig. 1 F low chart of constructed w etland system for trea ting the pond aquaculture w astew ater in Shatianhu
收稿日期: 2009 06 05; 修回日期: 2009 08 06 基金项目: 上海市重点学科水生生物学建设项目基金 ( s30701 )上海市科委科研计划项目 ( 08D Z1981000) 作者简介: 朱雪生 ( 1971 ) , 男, 工程师, 研究方向: 生态水利工程建设与管理。 E m ai:l gzw zxs@ 163. com 通讯作者: 王丽卿 ( 1970 ) , 女, 教授, 博士, 研究方向: 水域环境生态。 E m ai:l lqw ang@ shou. edu. cn
总磷 ( m g /L) CODM n ( m g/ L) 叶绿素 a( g/L)
表 1 人工湿地水质净化效果 T ab. 1 T he purification effect by constructed w etlands
进水 0. 46
8月 出水
0. 15
净化率 (% ) 64. 2
进水 0. 75
图 2 湿地植物存活时地上部分组织氮和磷含量
F ig. 2 N itrogen and phosphorus concentra tions of w etlands plants in aBaidu Nhomakorabealive
如图 2可知, 8种湿地植物 中宽叶香蒲组织 氮含量 最高为 31. 70 m g / g, 水 葱最低仅 为 9. 05 m g / g; 小香蒲组织磷含量最高, 均值为 6. 62 m g / g, 睡莲组织磷含量最少为 1. 94 m g / g。有学者指 出, 满足水生植物生长需求的组织氮和磷的最低 含量分别为 13 m g / g和 1. 3 m g / g[ 7] 。本研究中水 葱组织氮含量小于这个限值, 可能是水葱在 10月 份已进入衰老期, 出现组织氮释放现象。 8 种水 生植物中, 组织氮含量依次为: 宽叶香蒲﹥黄菖蒲 ﹥小香蒲﹥梭鱼草﹥睡莲 ﹥再力花﹥荷 花﹥水 葱; 组织磷含量依次为: 小香蒲﹥再力花﹥宽叶香 蒲﹥梭鱼草 ﹥水葱﹥荷花 ﹥黄菖蒲﹥睡 莲。可 见, 宽叶香蒲、小香蒲、梭鱼草对氮、磷有较强的富 集能力。荷花、睡莲富集氮、磷的能力相对较弱, 但是它们具有较高的观赏价值, 对提高人工湿地 的景观功能具有重要的作用。根据含水量测定结 果, 睡莲的含水量最高为 92% , 再力花叶中含水 量最低为 62% 。
水质指 标 外, 其 余 测 定 指 标 的 去 除 率 均 超 过 50% , 其中总氮、总磷去除效果明显, 平均去除率 分别为 57. 85% 和 64. 25% ; 氨氮 去除率平 均为 52. 80% ; CODM n去除率较低, 为 32. 75% ; 人工湿 地对浮游藻类叶绿素 a的净化率高达 82. 75% 。 人工湿地对亚硝酸氮、硝酸氮、磷酸盐等也有很高 的去除率, 分别高达 99. 1% 、77. 0% 和 98. 5% 。 2. 2 湿地植物组织氮、磷含量及变化
2008年 10月 ( 存活 )
氮含量
磷含量
9. 00 0. 67
4. 90 0. 30
23. 10 1. 54
6. 60 0. 20
16. 49 0. 45
5. 96 0. 40
31. 70 1. 32
5. 50 0. 20
16. 06 0. 84
3. 43 0. 30
21. 77 1. 23
4. 80 0. 10
9月 出水
0. 44
0. 12
0
99. 1
-
-
0. 10
0. 02
77. 0
0. 62
0. 10
1. 84
0. 77
57. 9
2. 79
1. 18
0. 39
0. 01
98. 5
-
-
0. 41
0. 17
59. 0
0. 58
0. 18
14. 04
9. 43
32. 9
15. 71
10. 00
405. 75
湿地植物存活时组织 氮、磷含量明显高于死亡时, 湿地植物死亡时梭鱼草、黄菖蒲、小香蒲的组织氮含量分别
仅为存活时的 18. 8% 、26. 8% 、38. 1% 。湿地植物死亡时收割可去除氮、磷含量分别为 11. 68 g /m2和 4. 81 g /
m2, 再力花去除氮、磷能 力最强。在湿地植物死亡前收割能够提高湿地植物吸收所贡献的净化率。
质净化效果、湿地植物组织氮和磷含量, 以及全部 收割后脱氮除磷的净化效果进行测定、分析和研 究, 以期为湿地的运行管理提供科学依据。
1 材料与方法
1. 1 沙田湖人工湿地概况及水处理工艺流程 沙田湖人工湿地位于上海市青浦区商塌沙田
湖生态园, 总占地面积 1. 8 hm2 ( 27亩 ) , 于 2008年 6月建成, 用于处理沙田湖生态园养殖池塘废水, 养殖塘的养殖品种有暗纹东方鲀、凡纳滨对虾、翘 嘴红鲌等。沙田湖人工湿地水处理流程如图 1。
渔业现代化 2009年第 36卷第 4期
图 1湿地布水渠设置 33个进水口, 实现均匀 布水, 布水渠水流量 25~ 30 t /h, 废水在湿地中的 停留时间为 5~ 6 h, 水力负荷约为 0. 04 t / ( m2 d) 。湿 地 植 物 有 水 葱 Scirpus validus、小 香 蒲 Typha m inima、梭鱼草 P ontederia cordata、再 力花 Thalia dealbata、黄菖蒲 Iris p seudacorus、睡莲 N ym phaea tetragona、宽叶香蒲 T ypha latif olia、荷花 N e lum bo nucif era 等。 1. 2 测定方法 1. 2. 1 人工湿地的水质净化效果 湿地运行后, 分别于 2008年 8月和 9 月对沙田湖人工湿地系 统的进水布水渠和出水集水渠采集水样进行水质 测定。测定指标包括高锰酸盐指数 ( CODM n ) 、总 氮 ( TN) 、总磷 ( TP ) 、活性磷、氨氮、硝酸氮、亚硝 酸氮、叶绿素 a等指标, 测试方法按照国家环保总 局 水和废水监测方法 进行 [ 4] 。 1. 2. 2 湿地 植物营 养成分 含量 分析 分 别于 2008年 10月 (湿地植物存活 )和 2009年 1月 ( 湿 地植物死亡时 ) , 对 8 种湿地水生植物进 行营养 成分分析, 包括鲜重、干重、植物组织氮和组织磷
关键词: 人工湿地; 水产养殖废 水; 湿地植物; 水处理
中图分类号: S969. 38
文献标识码: A
文 章编号: 1007 9580( 2009) 04 08 05
人工湿地水处理技术是利用人工水生态系统 内基质、植物和微生物等物理、化学、生物三重协 同作用来去除或消减水中污染物的方法, 具有高 效益、低消耗, 循环利用、为野生动物提供歇息场 所等优点 [ 1] 。利用农田、池塘周边的低洼地或废 弃地构建具有较强水质净化功能的人工湿地, 应 用于池塘养殖废水的处理和回用, 是解决高密度 水产养殖带来的环境污染、实现健康养殖的有效 生态工程技术。目前应用人工湿地处理水产养殖 废水, 国内外研究主要集中在湿地的组成及其净 化效果上 [ 2 3] , 而关于收割湿地植物对氮、磷的去 除效果研究较少。本文对沙田湖人工湿地进行水
各水生植物在 10月份和翌年 1月份的氮、磷 含量见表 2。由表 2可知, 2009年 1月水生植物 死亡时组织氮、磷含量均低于 2008年 10月存活 时。其中氮含量下降极其显著, 死亡时梭鱼草、黄 菖蒲、小香蒲的组织氮含量仅为 2008 年 10月存 活时的 18. 8% 、26. 8% 和 38. 1% , 各种植物的磷 含量也有不同 程度的下降, 但下降幅 度较氮小。 据文献报道, 植物吸收氮、磷只是临时储存, 吸收 的营养物质会达到饱和并且随着植物的枯萎逐渐 释放出来 [ 8 9] 。本文测定结果与该观点相符。
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含量。测定方法: 收割湿地植物地上部分, 将采集 样品的茎、叶立即分离, 然后用去离子水洗涤, 在 80 下烘干至恒重, 粉碎过 筛 ( 40 目 ) 。植物组 织 TN 采用浓硫酸消解后 FOSS K jeltec 2300凯氏 定氮仪测定 [ 5] , TP 采用浓硝酸 高氯酸消解、钼 黄分光光度法测定 [ 6] 。 1. 2. 3 湿地植物生物量测定方法 2009年 1月 湿地植物收割前, 分别选取数株有代表性的植物, 茎、叶分开后称量湿重, 在 80 下烘干至恒重, 取 出后迅速称量干重, 计算含水率; 各湿地植物分别 取样 1 m 2, 收割后称重, 根据各 植物的分布面积 计算总湿重。
2 结果与分析
2. 1人工湿地的水质净化效果 沙田湖人工湿地 2008年 6月开始运行, 2008
年 8月和 9月 2次测定人工湿地进、出水口的水 质指标, 净化效果见表 1。
水质指标
氨氮 ( m g /L) 亚硝氮 ( m g /L) 硝酸氮 ( m g /L)
总氮 ( m g /L) 磷酸盐 ( m g /L)
表 2 不同生长 阶段水生植物组织氮和磷含量
T ab. 2 The tissue conten t of n itrogen and phosphorous in we tlands plan ts in different stage mg /g
植物
水葱 小香蒲 再力花 宽叶香蒲
荷花 梭鱼草 黄菖蒲
图 3 湿地植物死亡后组织氮和磷含量
F ig. 3 N itrogen and phosphorus concentra tions in w etlands plants in dead
图 3显示, 湿地植物死亡时, 睡莲的氮、磷含 量最高, 梭鱼草氮含量最低, 黄 菖蒲磷积累量最 少。莲、宽叶香蒲有较高的氮含量, 分别为 21. 2 m g / g和 18. 4 mg /g。小香蒲、再力花磷积累量相 对较多。