（农业生物环境与能源工程专业论文）利用水生植物净化猪场废水的试验研究.pdf

摘要 本试验采用漂浮栽培水生植物的方式对经过厌氧处理后排放的猪粪水作后续处理，依靠植物 根系的吸收、过滤以及根系表面生物膜的吸附、吸收和截留等机理可以对低浓度粪水进行进一步 的高效率降解，植物收割后可将污染物从水体中去除。因此，采用厌氧发酵、好氧曝气等工程手 段处理粪污水后，因地制宜利用当地的水生植物进行后续处理，使之达到排放特定水体和循环利 用的目的。这种生物方法在净化畜禽场污染物实际工程中具有很高的实用价值。 本试验针对的是厌氧后粪污水的后续处理，试验在三种不同粪污水浓度下进行。以c o d e 为 控制参数，将所取粪污水由低到高稀释成三个不同的浓度。c o d c 脓度依次为2 0 0 m g ，l 、4 0 0 m 扎、 6 0 0 m p ：儿 结果表明，风眼莲耐污性差，不能在c o d c r 4 0 0 m g l 浓度及c o d c , 6 0 0 m g l 浓度下生长。水蕹 菜及生菜在三种不同粪污水浓度下均生长茂密，对粪污水表现出很强的净化能力。随着粪污水浓 度的增大，水蕹菜生长状况及净化能力好于风眼莲及生菜，生菜对粪污水脱色能力强于凤眼莲及 水蕹菜。通过对植物粪污水降解效果的数据进行主成分分析表明，粪污水中n 0 3 - n 、c o d e r 浓度 变化所占权重大。对植物生长及净化能力起决定性影响。考察三种水生植物在三种不同浓度粪污 水的净化效果表明，粪污水浓度太小或太大都会影响植物的生长。从三次试验的净化结果来看， 对粪污水有机物、t p 等主要指标净化效果最好的是c o d c r 4 0 0 m g j l 浓度下试验。即： c o d c r 4 l o i 3 0 m g l ，n 0 3 - n 4 1 5 + 2 m g l ，t p 4 7 5 士- 0 2 m g l ，n h 3 - n 2 4 0 土1 0 m g l 。在三次不同粪污 水浓度试验中，p h 变化影响植物的生长，p h 越高，藻类生长越迅速，植物生长受限。通过对p h 影响因素相关性分析表明，在c o d 0 2 0 0 m g 儿、c o d 0 4 0 0 m g l 浓度下n 0 3 n 及t p 浓度变化对水体 p h 变化起决定性影响。在c o d c 0 0 0 m g l 浓度下，t p 浓度变化对粪污水p h 变化影响较大。 关键词：风眼莲，水蕹菜，生菜，耐污性，净化能力 a b s t r a c t t h ea i mo f t h ee x p e r i m e n ti st od e a lw i t hw a s t e w a t e rb yp l a n t i n gh y d r o p h y t e s t h er o o t so f p l a n t a n dt h eb i o l o g yf i l mo nt h es u r f a c eo fr o o t sw i l ld e c o m p o s e t h el o wc o n c e n t r a t i o ns e w a g ee f f e c t i v e l y r e l y o nt h em e c h a n i s mo fa b s o r b i n g , f i l t r a t i n ga n dr e t a i n i n g t h r o u g h h a r v e s t i n gp l a n t s t h e c o n t a m i n a t i o nw i l lb er e m o v e dp e r m a n e n t l y b e s i d e s ，s e t t i n gu pt h eh y d r o p b y t e sr e s t o r i n gs y s t e ma d j u s t m e a s n r g st ol o c a lc o n d i t i o n sn e e dl e s si n v e s t m e n ta n dc a nb ee x t e n d e de a s i l y , m e a n w h i l e ，t h es y s t e m h a v et h em e r i t so fh i g h e re c o l o g i c a lb e n e f i t ，e n v i r o n m e n t a lb e n e f i ta n d e c o n o m i c a lb e n e f i t i n c o n c l u s i o n , t h i sb i o l o g i c a lm e t h o dh a sah i g hu t i l i z e dv a l u eo np u r i f y i n gt h ec o n t a m i n a t i o na tb r e e d i n g 5 c o n eo f l i v e s t o c ka n dp o u l t r yi np r a c t i c a le n g i n e e r i n g t h ee x p e r i m e n ta i mt od e c o m p o s et h el o wc o n c e n t r a t i o ns e w a g e t h es t a t i c s t a t et e s th a sb e e n d e v e l o p e da tt h r e ed i f f e r e n tc h r o m as e w a g e m a k en s eo fc o d o a sc o n t r o l sp a r a m e t e r t h ec o d c r s c h r o m ai s2 0 0 m g l ，4 0 0 m g l ，6 0 0 m g l t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h ei p o m o e ah a st h el o w e rp u r i f y i n ga b i l i t y , w h i c hc a l ln o t g r o w i n gi nt h ee n v i r o n m e n tw i t hc o d o o f 4 0 0 m g la n d6 0 0 m g r l a q u a t i c aa n dl e t t u c eg r o w i n gw e l l u n d e rt h ec o n d i t i o n so ft h r e ek i n d so fs e w a g ec o n c e n t r a t i o n ，s h o w nb e t t e rl a u d f y i n ga b i l i t y w i t ht h e i n c r e a s eo fs e w a g ec o n c e n t r a t i o n 。a q u a t i c a sg r o w i n gs t a t u sa n dp o d f y i n ga b i l i t yi sb e t t e rt h a nl e t t u c e t h el e t t u c eh a sa p p e a r e dt h eb e s ta b i l i t yf o rs e w a g ed e c o l o r u s i n gt h ep r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s m e t h o d sa n a l y s e dt h ed e c o n t a m i n a t i n gp r o c e s so f b y d r o p h y t e s ，i ti n d i c a t e dt h a tt h eg r o w i n gs t a t u sa n d p u r i f y i n ga b i l i t yo f p l a n ta r ei n f l u e n c e db yt h ec o n c e n t r a t i o no f n 0 3 - n 、c o d c r i nt h es e w a g e r e v i e w t h ep o d f y i n ge f f e c to ft h r e ek i n a so fh y d r o p h y t e si ns e w a g ew i t hd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n , i tf o u n dt h a t t h eg r o w t ho fp l a n tw i l lb ei n f l u e n c e db yt h ec o n c e n t r a t i o no fs e w a g e , n om a t t e rl o w e ro rh i g h e r t h e p u r i f y i n go u t c o m eo f t h r e et e s t i n gi n d i c a t e dt h a tt h eh y d r o p h y t e sp e r f o r mb e s ti np u r i f y i n gt h eo r g a n i s m a n dt po f s e w a g ew i t ht h ec o d c , o f 4 0 0 m g lc o d c r4 1 0 3 0 m g l ，n 0 3 。- n4 1 5 _ + 2 m g l ，t p4 7 5 0 2m g r l ，n h 3 - n2 4 0 1 0 m g r t , i nt h et h r e ee x p e r i m e n tw i t ht h ec o n d i t i o n so fd i f f e r e n tc o d c r , i t f o u n dt h ep hv a l u eh a st h ee f f e c to nt h eg r o w t ho fp l a n t s ，h i g h e rt h ev a l u ei s ，f a s t e rt h ea l g ag r o w i n g w e n t0 nt h er e l a t i v i t ya n a l y s i so nt h ep he f f e c tf a c t o r , i ts h o w nt h ef a c t o ro f n o r na n dt pp l a yam o s t i m p o r tr o l ei nt h ec h a n g eo f p hv a l u ei nt h es e w a g ew i t ht h ec o d c t o f 2 0 0 m g la n d4 0 0 m e d l t pp l a y t h em a i np a r ti ni nt h ec h a n g eo f p hv a l u ew h e nt h ec o d c , i s6 0 0 m g l k e y w o r d s ：e c r a s s i p e s ，i p o m o e na q u a t i c a ，l e t t u c e - a b i l i t yo f e n d u r i n gd i r t y ，p u r i f y i n ga b i l i t y i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下( 或我个人) 进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 岛如 时间： 7 年 6 月多日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅；学校可以用不同方式在不同媒体 上发表、传播学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 导师签名： 蛾倦 日 日 钼夕 月 月 矿 6 年 年 7 7 问 问 时 时 中国农业大学硕 学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 规模化养猪场废水净化的研究意义 我国是世界上水资源短缺且污染严重的国家之一。饮用水资源总量为2 8 亿m ，列世界第六。 但人均占有量仅为2 3 0 0 m 3 ，是世界人均占有量的l ，4 ，美国的l ，5 ，俄罗斯的1 1 2 1 i 。与此同时。污 染物的捧放逐年增加，2 0 0 3 年，全国工业和城镇生活废水排放总量为4 6 0 0 亿俨j ，2 0 0 5 年，全国废 水排放总量为5 2 4 5 亿，j ( 其中，工业废水排放量2 4 3 1 亿t ，生活污水排放量为2 8 1 4 亿t ) 。据估计， 到本世纪中叶，我国用水总量将由目前的5 0 0 0 多亿m 3 增加到8 0 0 0 多亿r f l 3 ，占我国可利用资源的 2 8 t 4 1 ，水危机将成为影响我国经济发展的重要因素。 我国是农业大国，畜禽养殖业在农业中占有重要地位，并已成为我国广大农村经济的主要支 柱。在经济突飞猛进的同时，畜禽场的污染也越来越严重，这不仅给环境带来了沉重的创伤，也 极大地限制了畜禽养殖业的进一步发展p j 。广大农村水体污染主要是由畜禽污水排放引起的。韩 m d b l e e 等【6 j 研究认为，养猪场废水排放入河流中，会导致水体b o d 、n i l 3 _ n 、t n 严重超标， 对水体的污染较大，而农业生产活动对水体污染影响较小。 每年产生量超过2 5 0 0 万t 的农村生活污水几乎全部直排，使农村聚居点周围的环境质量严重恶 化”1 。畜禽废水主要来自畜禽粪便、尿液、畜禽场冲洗水，其液体污染物的b o d ( 生化需氧量) ， c o d ( 化学需氧量) 浓度高，b o d 高达2 0 0 0 8 0 0 0 m g l ，c o d 高达5 0 0 0 - - 2 0 0 0 0 m g l ! ”。另据统计， 目前中国仅猪、牛、鸡三大类粪便中的c o d ( 化学需氧量) 含量约8 0 0 0 万p ，而2 0 0 5 年中国工业 污水和城镇生活污水c o d j j f 放总量为1 4 1 4 2 万p j 。可以看出，中国的畜禽养殖业c o d 排放量已 经远远超过全国工业废水与城镇生活污水的总量。如果随意堆放，会在暴雨季节将畜禽粪便冲入 河道、池塘。而粪污水中的b o d ( 生化需氧量) 、s s ( 固体悬浮物) 浓度严重超出农田、鱼塘用 水标准【l ”。从而致使河流、池塘等水质富营养化，水域生态遭到破坏。 同时畜禽排泄物中含有大量的磷，畜禽粪污排入水系会导致磷的超量排放。过量磷的排泄对 环境产生两个方面的危害：一是影响土质，二是影响水质。磷是致使水体富营养化的主要控制因 子。被腐蚀掉的含磷表层土流入河流湖泊后，可使藻类( 蓝藻、硅藻、绿藻、裸藻等) 和其它水生 植物快速生长，并消耗水中的氧，使水变黑、变臭，造成鱼类和其他水生生物因缺氧而大批死亡 1 1 2 1 ) 更为严重的是，畜禽粪便的淋溶性极强，其所含氮磷流失量大于化肥流失量，是造成广大农 村面源污染的主要原因l l ”。 农村经济发展结构的变动使得人口居住特点由分散变为集中，生活污水、生活垃圾对环境造 成的影响逐渐突出起来。相当多的村镇大部分生活污水直接捧放到河流，路边和河沿成为堆放垃 圾的主要场所，污染了农村当地环境1 1 4 1 。 采用常用的物理化学方法和厌氧一好氧生物处理方法，投资大，很难在养殖业废水净化中推 广和应用。而由于养殖废水中污染物浓度高的特点，现用的水处理工艺很难达到满意的处理效果， 特别是氨氮t 几乎实现不了低于1 0 0 m g ，l 的排放标准p j 。因此，积极探索有效的畜禽场粪污处理 方法追在眉睫。而采用漂浮种植植物修复系统对经过厌氧处理后排放水作后续处理，通过植物根 系的吸收、根系表面生物膜的吸附、吸收、截留和降解、根系的过滤等机理可以对低浓度粪污水 中国农业大学硕l 一学位论文 第一章绪论 高效率地降解，并且通过收割植物可将污染物永久性去除，同时，水生植物修复系统可以在现场 进行，节省设施投资，降低成本。因地制宜选择水生植物建立适应于当地的水生植物修复系统具 有投资小、适应性广、运行费用低等优势。具有较高的生态效益、环境效益和经济效益等特点， 这种生物方法在净化畜禽场污染物实际工程中具有很高的实用价值。 1 2 畜禽养殖场废弃物的环境危害及常规处理工艺 1 2 1 畜禽养殖粪污排放对环境的影响 我国大多数地区畜禽养殖产生的粪便量是当地工业固体废弃物的1 倍多，河南、湖南、江西 等地甚至超过t 4 倍，畜禽粪便造成的污染已经超过了环境的承受极限l ”l 。截止到2 0 0 3 年，全国 的畜禽粪便年产量超过t 2 4 亿吨，是同期工业废弃物产量的约2 ，4 倍。我国已经成为废弃物产 出最大的国家之一。畜禽养殖业产生的环境危害主要来源于畜禽排放物，表现为畜禽养殖场排放 的污水、粪渣及恶臭气体等对水体、大气、土壤、人体健康及生态系统所造成的直接或间接的影 响【”i 。 畜禽粪便问题不仅对环境产生影响，而且粪便内寄生的病原菌极易造成畜禽疫病发生，给养 殖生产者造成巨大经济损失l l ”。 ( 1 ) 对地表水及地下水的影响 畜禽养殖场中高浓度、未经处理的污水和固体粪污被降水淋洗冲刷进入自然水体后，若含有 较高浓度的植物营养物及氮会使水中n 0 2 - n 、n 0 3 - n 相应增加，水中n c h - n 、n 0 3 - n 对人畜是有 害的，可导致婴儿、胎儿变性血红蛋白增高，丧失输氧能力。同时n 0 2 - n 对人畜有致癌作用。高 浓度污染物促使湖泊富营养化，主要表现在湖泊透明度低、由无色变为绿色或红色、在溶解氧不 足情况下产生c l - h 、h 2 s 和n i l 3 等气体，散发出难闻的腥臭味。并能渗透到地下深处，使地下水 受到污染。污水中含有大量致病微生物引起一下疾病传播如：c a ) 肠道传染病，包括米巴痢疾、 细菌性痢疾、病毒性肝炎、伤寒、霍乱及小儿麻痹症等；( b ) 肠道寄生虫病，如蛔虫、蛲虫、滴 虫、绦虫等；( c ) 皮肤病，如皮疹、黄水疮、癣等；( d ) 红眼病；( e ) 钩端螺旋体病；( f ) 血吸 虫病等1 1 9 1 。 ( 2 ) 对土壤和农作物的影响 粪污未经无害化处理直接进入土壤，其中的蛋白质、脂肪、糖等有机物将被土壤微生物分解， 其中含氮有机物被分解为氮、氨和胺，继而被硝化细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，如果污染物排 放量超过土壤本身的自净能力，便会出现降解不完全和厌氧腐解，产生恶臭物质和亚硝酸盐等有 害物质，引起土壤的组成和性状改变，破坏其原有的基本功能：导致土壤孔隙堵塞，造成土壤透 气、透水性下降及板结，严重影响土壤质量 1 6 1 。此外，含有大量养分和各种元素的粪污的施用还 会使植作物徒长、倒伏、晚熟或不熟，造成减产，甚至毒害作物特别是幼苗，出现大面积死亡。 若不及时、妥善地处理，就会通过地表径流在土壤中不断积累导致水体严重污染，使土地丧失生 产能力口q 。 ( 3 ) 对大气环境的影响 畜禽养殖场产生的恶臭、粉尘和微生物排入大气后，可通过大气的气流扩散、稀释，氧化和 光化学分解、继而发生沉降、通过降水溶解、被地面植被和土壤吸附等作用而得到净化，但当污 2 中国农业大学硕十学位论文第一章绪论 染物排放量超过大气的自净能力时，将对人和动物造成伤害。其影响主要表现在恶臭、尘埃和微 生物、温室效应等几个方面对环境造成伤害【i “。畜禽养殖业还会排放对全球气温升高影响很大的 温室效应气体，如甲烷( c h 4 ) ，二氧化碳( c 0 2 ) 、氧化氮( n 2 0 ) 等。随着畜牧业产业化的发展， 甲烷释放量会更大，对环境造成的影响也将更加严重。 1 2 2 畜禽粪污水常用处理工艺 规模化养殖场的粪污处理，从资源的合理利用到环境保护，把畜禽粪便作为种可利用的资 源，受到越来越多的关注。随着养殖场规模的不断壮大，粪便的消纳与排放，己从原始的土壤自 然净化，发展到今天利用各种生物净化处理方法，以减少和杜绝畜禽污染公害1 2 ”。目前对畜禽粪 便的处理按处理机理划分，主要包括物理法、化学法和生物法三大类瞄】。而对畜禽场废水的处理 包括自然生物处理法、厌氧处理法、好氧处理法等。 畜禽场粪便处理常规工艺 随着畜禽养殖污染问题的日趋严重，畜禽养殖场污染防治的研究与实践也相继展开。养殖场 粪便的处理方法有很多种，包括干燥制肥、化学氧化除臭、厌氧发酵等处理方式。 通过对国内外对畜禽粪污处理工艺的分析i 闩纳，畜禽粪污常用处理工艺总结如下，见表1 1 。 衰1 1 畜禽粪便常用处理方法 ! ! 竺：! ：! 竺：! ! ! 1 2 1 1 1 巴! ! 型望璺! ! 匹苎垒! 些堡生壁生坚氅 工艺工作棘理 处理效果成本分析 厌茎翼发鼍器委：；：窒誉箸冀鼋氢冀蓁蠡曩兰橥享毒! ：i i i l i 蠹婺雾掣 一次性投资大 生 在有氧条件下，利用 冀瑟：詈些皇蓥塞麦箕票蓑墓处理池体积小、恶臭鉴尘；但需要通气与曝气 能耗大、成本高 法池处理法微生物将有机物转 设各 帕q 化为二氧化碳与水 堆肥法处 对粪便进行堆积处粪便无害化、安全化处理：但历时长、效率低、 理理 产生恶臭、n h l 的挥发损失大降低肥效 成牟低 ( 2 ) 畜禽场污水处理常规工艺 目前应用于实际工程中的养殖场污水处理工艺较多。包括自然生物处理法、厌氧处理法、好 氧处理法等水处理工艺。 通过对国内外畜禽场污水处理工艺的归纳，总结畜禽场粪污水常规处理工艺见表1 2 3 中国农业大学硕十学位论文第一章绪论 表1 2 畜禽场污水处理工艺 工艺工作原理处理效果 成本分析 1 3 植物净化养殖废水的现状及优势 1 3 1 植物净化养殖废水的国内外研究现状 当前，生物治理技术已经成为水质净化所采取的主要方法，面对养猪场废水中有机物、氨氮 浓度高的现状，积极探索成本低、效果好的污水处理工艺迫在眉睫。利用水生植物处理粪污水， 是2 0 世纪7 0 年代以后发展起来的一种自然处理技术，近2 0 年来得到广泛的研究与应用。而且这种 处理工艺已经从最初的生活污水处理发展到处理城市污水和多种工业污水。国内外专家学者通过 对植物净化机理、影响因素、富集特性等方面的研究，为水生植物净化粪污水的实际工程的应用 提供了理论支持。 ( 1 ) 水生植物的富集特性研究 戴全裕田i 等研究了水生植物对废水中银的净化与富集特性，揭示了它们对银的净化和富集的 有关条件，研究结果表明，水生植物对a g 十净化能力和富集能力不同，其顺序为：沉水植物 漂浮 植物 挺水植物。 任安芝口4 j 等做了细绿萍对铅、汞污水的净化作用及其生物学效应的研究，认为细绿萍净化效 4 中国农业大学硕十学位论文 第一章绪论 果与重金属的种类、浓度、植物器官、放养时间和放养量有关。 王忠全等1 2 5 1 采用蕹菜、油菜，美人蕉、水葫芦、水花生、水浮莲6 种适应人工湿地的植物， 在水培条件下研究它们对h g c d 、p b 、c r 、c u 、z n 共6 种重金属的适应性，结果表明该6 种试验 植物对6 种重金属综合耐性由强到弱的排序为美人蕉一水葫芦一油菜一水浮莲一蕹菜一水花生。 陈源高口6 1 等应用蕹菜、丝瓜、茭白、水芹、西洋菜处理啤酒废水和黄洒废水。检测分析了植 物体中4 种常量金属元素、1 8 种稀有金属元素以及1 0 种重金属元素含量变化。结果表明，污染水 体中水培蔬菜的金属元素富集水平不同。稀有元素平均富集量总体上高于陆生蔬菜；重金属元素 富集系数大多在l o 倍左右，与陆生蔬菜重金属元素含量相比，两者均在同一水平，低于国家2 0 0 1 年l o 月1 日执行的蔬菜农产品安全质量标准。 黄亮【2 7 l 等在湖北省武湖、太白湖、梁子湖、长湖、斧头湖、西凉湖、涨度湖、江西省赤湖， 以及位于湖北安徽交界的龙感湖等位于长江中游的湖泊，中采集了9 种水生植物进行监测和分析， 结果表明，水生植物对重金属( z n 、c r 、p b 、c d 、c o 、n i 和c u ) 有很强的富集能力。 达良俊【2 ”等在绥宁河中投放风眼莲，监测凤眼莲各部位对重金属的富集情况，结果表明，根 部的富集能力远大于茎叶部。 浙江大学的研究人员l 挣) 通过对水生植物高羊茅的重金属吸收与转化能力的研究表明，经过高 羊茅处理后，重金属的存在形式与量都发生了变化，被交换以及植物吸收的c u 含量 碳酸盐c u 残留c u 。 a h m e ta k ，圳等运用芦苇及毛莨两种水生植物对土耳其苏丹沼泽地植物富集重金属的情况 进行研究，结果表明，芦苇富集能力明显强于毛莨，重金属在植物体内的分布情况为根 茎 叶。 ( 2 ) 水生植物的净化能力及环境功能研究 庞金华1 3 ”等研究认为，水葫芦和水蕹菜不但去除c o d 和氮素的能力好，而且还具有一定的脱 色能力，而且对悬浮物也有一定去除效果，并认为用水葫芦和水蕹菜净化有机废水是经济有效而 值得提倡的。 李芳柏p 2 等采用漂浮栽培美人蕉，蕹菜、水稻、野生稻等4 种植物，进行了化粪池废水处理 的静态试验。结果表明。废水中c o d 、b o d 5 、总氮、总磷等污染物得到较好的净化，污染物去 除率明显高于对照。4 种植物的净化能力和净化效果综合评价结果为，美人蕉 蕹菜 水稻 野生稻， 美人蕉、蕹菜对化粪池废水的净化能力强。 高吉喜p ”等在7 、8 月份，对云南滇池流域茨菰、茭白、菹草、水花生、金鱼藻、满江红及菱 角七种植物对水体中n 、p 的净化能力进行了研究，结果显示：满江红、茭白、茨菰和菹草4 种植 物对p 具有较高的净化能力；茨菰、茭白、菹革和水花生则对n 保持有较高的净化效率。在对上述 几种植物的去n 、去p 、易成活性和适用性( 即经济价值) 进行综合分析评定后，高吉喜等人认为， 茨菰和茭白最优，金鱼藻、水花生和满江红次之，菹草和菱角最差。 辛晓云p 4 噜用水生植物凤眼莲、草芦、香蒲、菹草、浮萍等对山西省长治市氧化塘的废水作 净化实验，结果证明，草芦去n h 3 - n 最高达9 3 6 ，风眼莲去c o d 最高达6 3 8 2 ，菹草去总磷高 达9 6 o 。 李寒娥口5 1 等以广东本地植物风眼莲、水龙核水浮莲为供试植物处理城镇污水，试验期间夏季 的环境气温在2 8 5 ( 2 - - 3 5 6 ，水温2 6 1 c 3 0 2 c ，实验期间的原水水质c o d 值为2 8 7 0 0 m g l ，t n 浓度为2 3 4 2 m g l ，t p 的浓度为3 8 7 m g l ，n h 4 + - n 的浓度为2 7 5 8 m g l 试验表明，试验期间有植物 5 中国农业大学硕十学位论文 第一辛绪论 的装置比无植物的装置去除c o d ，t p 、 i n 及n i - 1 4 + n 的能力强。在夏季两种或两种以上的水生漂 浮植物组合对c o d 的去除率比单独一种植物去除c o d 的效率高。 黄承才p q 在富营养化水栽培下研究1 4 种野生植物光合和营养吸收的关系，结果表明，植物的 日光合量大小顺序与植物对环境因子的响应一致，井认为芦苇、早熟禾、杭州石荠宁、鸭儿芹、 风眼莲、水芹共六种植物对富营养化水体具有较好的净化能力，可作为优先选择的人工湿地工程 植物。 牛晓音、葛滢p 7 1 等在杭州市郊区选用了萱草、石菖蒲、鸭跖草、空心菜、灯芯草作为供试植 物净化富营养化水体，实验条件分为6 0 光照及全光照。结果表明，空心菜在两种光照条件下净 化能力均很好，因此是净化富营养水的有效植物；灯芯草为喜阳物种，在全光照条件下对富含氮 的污水有较好的净化作用；鸭跖草为耐阴物种，在一定遮阴条件下对污水有很好的净化效果；萱 草、石菖蒲效果较差，但在光照条件较好时也可适当用于富营养水的治理。 余远松1 3 0 l 等运用风眼莲水生生物系统处理大型养猪场废水，实验条件为废水c o d 浓度为 8 0 0m g ，l ，总氮浓度为6 0 0m g l ，凤眼莲覆盖面积占总面积7 0 ，气温为2 5 c ，实验结果表明， 经过3 0 天的养殖，废水c o d 下降至2 4 8m 叽，去除率达6 9 ；总氮下降至1 5 0m g r l ，去除率达7 5 。 风眼莲对氮元素的吸收量大。 华南农业大学廖新悌p 9 i 教授从野外采集1 2 种植物，种在不同浓度猪场废水中作水培观察，并 从耐污力、地上部生物量、根系、景观、易管理等5 方面指标分别给予综合评定。筛选结果表明， 风车草可以在c o d 2 8 0 0 m g l 、n h 3 - n 3 9 0 m g l 以下猪场废水中生长，香根草可以在c o d1 3 0 0 m g l 、 n i t 3 - n2 0 0 m g ，l 以下的猪场废水中生长，风车草和香根草最适合用作猪场废水处理的人工湿地植 物。 李淑兰l 帅l 等从c o d 、n h 3 - n 、t n 、t p 四个方面分析了空心菜、水稻、水葫芦三种饲料植物 水生环境处理猪场厌氧废液的水质变化规律。结果表明，三种饲料植物水生环境对猪场厌氧废液 的c o d 去除率：空心菜 水稻 水葫芦；列 n h 3 - n 的去除率：水葫芦 水稻 空心菜；对t n 的去除 率：空心菜 水稻 水葫芦；对t p 的去除率：水葫芦 空心菜 水稻。 埃及的m m a l ih ”等，选用t 3 3 类6 0 0 余种水生植物种植于4 2 个不同的地段，监测河流及水 渠的富营养化情况。结果表明，运用水生植物作为指示植物对环境中总有机氮( t o n ) 监测效果 不明显，但是对环境中可溶解性磷( s r p ) 的监测效果明显。 土耳其的m e f y e mb e k l i o g l u l 4 2 1 等，通过对一条富营养化的浅湖为期4 年的监测发现，在引进大 型水生植物后，水质得到明显改善，浮游动物及大型蚤生长密度大增，同时植物和水生动物和谐 相处，生长茂盛。 h u a n gp e i s h e n g t ”l 等对太湖水生植物的修复功能的研究表明，没有种植浮叶植物菱的地段水 体中底泥的再次释放率比有浮叶植物菱的地段高得多。 ( 3 ) 影响水生植物生长及净化效率的主要因素研究 唐晓燕m 】等对水生维管束植物在水质挣化中的作用、影响因素、水生植物的综合利用，及其 在水污染监测中的作用等方面进行了分析研究，认为多种植物组合比单种植物能更好地实现对水 体的净化，通过温度、水深的调控，可以使水生维管束植物对水质的净化效果加强。 籍国东m 】等采用自由表面流芦苇湿地处理超稠油废水，工艺流程为：预处理原废水一调节池 一配水系统一芦苇床一集水渠一排放。结果表明，对于年平均进水c o d4 5 9 1 6 m g l ，b o d 6 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 3 3 5 2m 扎，t n1 3 7 4m p j l 时，该系统的去除率分别为：c o d8 3 1 8 ，石油类9 4 8 6 ，b o d 8 8 3 7 ，t n8 8 3 6 ，p h 值由7 8 7 降至7 7 7 。 牛晓音【3 7 】等对营草、石苍蒲、空心菜、灯芯草等水生植物进行水培的静态试验试验用水经 过厌氧消化后的养猪场废水结果表明，萱草、石菖蒲在遮阴条件下对t n 、t p 、n 0 3 的去除率 均低于全光照条件；鸭跖草在遮阴条件下的去除效果远远好于全光照条件；空心菜在两种光照条 件下的去除效果均好，但在遮阴条件下略好于全光照条件；灯芯草在全光照条件下的去除效果大 大好于遮阴条件。研究结果表明光照是影响水生植物净化效率的一个重要因素。 阿根廷的a a d b i ia r m e l l i n a | “l 等研究认为养殖密度也是水生植物生长的重要因素。该实验 在9 个1 2 m 2 大小的聚乙烯池塘里漂浮种植沉水植物和鱼类，通过对养殖密度梯度的调控来研究鱼 类的密度对沉水植物生长影响及相互关系。结果表明只有将养殖密度控制在1 0 0k g h a 以下时，水 生植物才能给鱼类提供充足的食物，同时也不至于疯长引起环境改变。 埃及的a b d e l - h a m i d 、a k h e d r l 4 7 通过对m a n z a l a 湖泊中水生植物的研究认为，盐度、 溶解氧、p h 、c i 、n 0 3 ，p 0 3 都将会影响水生植物在湖泊中的分布及生长态势。 爱沙尼亚的a n uk i s a n d t 4 a l 等对k a i a v e r e 湖及p r o s s a 湖的研究认为湖水中氧含量的多少不仅影 响植物的生长，而且决定着底泥磷的释放程度。 c 4 ) 水生植物的克藻机理的研究 马为民n g l 等研究了金鱼藻、水毛茛、哥伦比亚萍3 种高等水生植物分泌物对铜绿微囊藻生长 的影响。实验在1 0 0 0m l 烧杯中进行。培养温度为3 2 - 3 4 c ，自然光照。结果表明，金鱼藻、水毛 茛对铜绿微囊藻有很好的抑制效果，可作为控制蓝藻水华的研究和应用植物。而哥伦比亚萍效果 不是很好。 金朝晖p q 等研究了风眼莲根系提取物对藻类的抑制作用研究，结果表明，风眼莲根系中确实 含有抑藻物质，其乙醚、丙酮和乙酸乙酯提取物均有一定的抑藻活性，其中丙酮提取物活性最好。 李修岭p 1 唔用水龙、水禾、风眼莲、竹叶菜净化超营养化湖水，培养用水取自武汉东湖的庙 湖，属超富营养化的湖水，其t n 浓度为1 0 0 0m g l ，t p 浓度为0 9 9m g l 。结果表明，不同植物对 超富营养化湖水中浮游藻类生物量都有较大影响。实验第2 6 d 显示各培养缸内的浮游藻类生物量 下降明显，水龙下降9 0 ，水禾下降8 3 ，风眼莲下降8 5 ，竹叶菜下降8 1 ；即水龙、风眼莲、 水禾、竹叶菜对浮游藻类生物量影响力依次降低。 c a r s t e n l a s s e n i ”1 等利用水生植物净化富营养化湖水为期6 个月动态试验表明，有水生植物的 区域其藻类生物量为3 5 5 9 ，c m 2 ，仅为空白区域的6 5 。即使是光照条件不好的区域水生植物区域 藻群生物量也大大少于空白区域。 加拿大的、r c f o n i q u e g o s s e l a i n l ”i 的研究表明，影响s t l a w r e n c e 河里海藻生物量的最大因素是河 流水位的的高低、光照及生植物的覆盖密度。而水生植物的种类、水温对海藻生物量影响较小。 1 3 2 植物净化养殖废水的优势 一般来说，几乎所有的水生维管束植物都能净化污水。水体污染物主要有重金属污染、农药 污染、有机物污染、非金属如氮、磷、砷、硼等污染及放射性元素如锶、镭、铀等污染。这些污 染成分，有的是植物生长所必需的元素。有的则能被植物以其巨大的体表吸附。水生植物对这些 7 中国农业大学硕t 学位论文 第一帝绪论 污染物的净化包括附着、吸收、积累和降解几个环节。同时运用水生植物吸收氮磷的特性以及监 测植物水体内水生动物种类、植物覆盖指数等指标还可以作为监测环境富营养化的新手段i ”心l 。 ( 1 ) 净化周期短、净化能力突出 许多水生植物净化周期较短，通常一两天就可达到较高的净化率，明显减轻水污染。水生植 物的生长旺盛与否与净化率也有关，在夏秋季，喜温水生植物因生长旺盛而表现出较高的净化效 率，但到了深秋和冬季，它们大多处于衰老或死亡阶段，因而净化作用也显著减弱或停止【”】；而 耐寒水生植物情况却正好相反。因此，充分利用这两类习性不同的水生植物对废水进行净化处理， 即可较好地解决水生植物冬季净化问题。 ( 2 ) 环境影响小、成本低 利用水生植物的自然修复技术是一个自然强化过程，其最终产物是h 2 0 、c 0 2 、脂肪酸等， 不会对环境造成二次污染或引起污染物的转移，通过收割水生植物可以使污染物永久地去除。同 时可现场进行。减少了物理法、化学法处理污水的设施投资，因此成本非常低。 ( 3 ) 适应性强、观赏价值高 水生植物易于生长、适应性强，可以大面积处理畜禽养殖污水；在各个区域都可以因地制宜 选择当地物种建立氧化塘，人工湿地等生物处理系统，易于推广；水生植物的栽培能给人一种清 新、雅致之感，水生植物不仅可以观花、赏叶，还可以欣赏水中倒影，具有很高的观赏价值。在 实际工程中，可以配置多种水生植物，使水景妙趣横生，构成一种独特，耐人寻味的意境。 ( 4 ) 具有较高的环境效益及经济效益 水生植物的环境效益主要表现在运用水生植物修复系统处理畜禽废水时，水生植物根系生长 的微生物形成生物膜，废水中的悬浮物被根系拦截，同时通过生物膜的吸附、同化、异化作用去 除有机物，植物根系周围会因为氧的传递释放形成好氧、缺氧、厌氧三个区域，使废水中氮磷不 但能通过植物和微生物的营养物吸收，而且还可以通过硝化、反硝化作用将它们去除。最后通过 植物的收割和基质的更换将污染物永久地去除。同时可以将水生植物塘与水产养殖业结合起来， 为广大农村带来经济收入。收割后的水生植物可作为畜禽饲料和沼气池发酵原料，有些水生植物 如芦苇在我国是一种具有经济价值的工业原料旧，因而要充分利用。 1 4 课题研究目标及内容 当前，污水的生物治理技术已经成为水质净化所采取的主要方法，面对养猪场废水中有机物、 氨氮浓度高的现状。采用常规的物理化学方法和厌氧一好氧生物处理方法，投资大很难在畜禽养 殖业中推广应用。同时对氨氮的处理难以达到满意的效果。而采用漂浮栽培水生植物修复系统对 粪污水净化处理具有可观的生态效益及经济效益。利用水生植物生长过程中直接吸收营养物质、 根系过滤等去除机理，可以去除水体中多余的有机物、氮磷等物质以达到净化污水和恢复水体水 质的目的。同时收获后植物可以作为工业原料，具有较高的经济价值。而植物的生物学特性决定 了植物生长受到粪污水浓度的限制。因此本试验针对的是厌氧后出水的后续处理。探索植物在净 化低浓度粪污水过程中的机理和规律为今后大规模应用植物净化粪污水提供依据和参考。 本课题针对的是植物净化低浓度粪污水的试验研究，主要研究内容是： ( 1 ) 植物的净化能力研究及耐污性分析 8 中国农业大学硕十学位论文 第一帚绪论 试验在三个不同粪污水浓度下进行，分析植物对粪污水各个指标的净化率。探讨植物的净化 效率及耐污能力。 ( 2 ) 影响植物生长及净化能力主要因素分析 为了探讨植物在净化过程中污染物对植物净化能力、生长状况的影响，运用s p s s 软件对污染 物降解过程中原指标的线性组合进行主成分分析，从而确定各个指标在降解过程中所占的权重。 ( 3 ) 植物降解粪污水过程中参数影响相关性分析 水生植物的国内外研究现状表明，在植物对粪污水净化过程中，影响水体中p h 因素很多。粪 污水污染物的降解并非全靠植物的吸收，而是在多个因子相互作用下变化的结果。因此在植物生 长过程中通过连续监测空白水体浓度变化、粪污水各指标浓度变化情况，以分析粪污水中污染物 降解的相关性。 9 中国农业大学硕十学位论文第二幸植物净化粪污水的试验安排 第二章植物净化粪废水的试验安排 2 1 试验植物的选定 全世界水生植物计有8 7 科1 6 8 属1 0 2 2 种，中国水生维管束植物计有6 1 科1 4 5 属4 0 0 余种及变种， 适宜北方生长的约有3 5 科8 0 余属1 8 0 余种，具园林观赏价值的有3 i , q - 4 2 属1 1 5 种。广泛分布在海拔 3 5 0 m 以下不同纬度的水域中p q 。如何在这么繁多的水生植物中筛选适应于当地区域的水生植物 就成了亟待解决的课题。植物筛选时应考虑植物的生物学特性、植物修复技术类型、目标污染物 的特点、栽培形状与栽培方式等。首先要考虑的因素是植物的生物学特性及其表现出的修复速率。 一般要求选用的植物抗病性、抗寒性、抗旱性、酎盐性，化学耐性和耐胁迫强，不易遭受病虫害。 对一个长期稳定的植物修复系统来说，植物的再繁殖能力也是重要的考虑因素。因此，选取植物 时最好选用那些无扩散能力的植物，同时从生态系统恢复的角度看，应尽量选用土著植物，避免 采用外来物种”q 。 国内外在实际工程中利用香蒲等水生植物净化污水的报道很多i “l ，这些在实际工程中大量 水生植物的利用及其在污水净化中的研究为本课题提供了理论基础。对植物的研究次数可用研究 频度来衡量。朱斌1 6 ”等通过对国内外水生植物利片j 的频度进行统计( 9 0 篇文献) 。具体统计见表 2 一l 表2 - i 净化誉营养化水体的水生植物研究频度统计 ! ! ! ：! ! 垡! ! ! 竺! ! 塑! 鲤! 墼a ! ! ! g ! ! 驾业! 翌苎! 罂e ! 丝墅兰! 丛坐! 塑! 型鲤匹：l 立! ! 竺p 然些! 序号研究频度统计水生植物名称生态类型 li风眼莲( e i c h h o r i n ac r a s s i p e s )浮水植物 2 2芦苇( p r a g m i t i sc o o n o n i st r i n )挺水植物 33喜早莲子草( a l t e m a n t h e r ap h i l o x e r o i d c s )挺水或湿生植物 4 4香蒲( t y p h al i n n s p p )挺水植物 55 菹革( p o t a m o g c t o