以空心菜为主的复合人工湿地净化猪场沼液污水的效应

摘要

规模化养殖能够带来较高的经济效益，但同时也带来超标污水集中排放造成的环境污染问题。人工湿地因其具有投资少、易维护等优点，越来越多的被运用到污水处理上。本试验通过田间小区试验筛选空心菜品种，利用模拟人工湿地系统研究空心菜对猪场沼液的净化效果，最后实际应用于增城猪场沼液处理,拟探讨以空心菜为主的复合人工湿地对猪场沼液营养盐和重金属砷（As）、铜（Cu）、锌（Zn）等污染物的净化效果。主要研究结果如下：
　　（1）空心菜品种筛选试验。选取市面常见的19个品种空心菜，通过小区种植试验，对空心菜生物量以及地上、地下As含量进行测定，发现不同品种空心菜生物量及其对As的吸收累积差异较大，19个品种生物量范围是：1.22-19.43g，地上部分As含量范围是：0.73-191.12mg·kg-1，地下部分As含量范围是：78.57-229.76mg·kg-1。试验筛选出了3个相对高累积As品种：台湾大叶白骨空心菜、菜农D-95空心菜、港种青绿梗叶空心菜。因泰国尖叶空心菜生长快、生物量大，地上部分对As的累积量为93.84±18.90mg·kg-1、地下部分对As的累积量为117.33±1.73mg·kg-1，能够满足对猪场沼液中As去除的累积能力的需求，且同时考虑到后续试验材料满足《饲料卫生标准》（GB13078-2001）（As≤10mg·kg-1）的要求，最终选取泰国尖叶空心菜为后续试验材料。
　　（2）模拟人工湿地处理系统试验。以沸石、生物炭、复合微生物菌剂、小球藻单独或组合作为外源添加剂施用，研究其对模拟以空心菜为核心构建的人工湿地系统净化猪场沼液效果的影响，结果发现外源添加剂均对空心菜人工湿地净化猪场沼液的能力有较好的增强效果。其中微生物、小球藻的加入对沼液中的NH4+-N的去除效果强于TP；小球藻能够增强空心菜人工湿地对Z n的净化效果；生物炭、生物炭与微生物菌剂结合等外源添加剂施用能够增强空心菜人工湿地对As的净化效果。各处理对重金属砷（As）、铜（Cu）、锌（Zn）净化效果大小均为：As>Zn>Cu，各处理对Zn、Cu的净化效果均不理想，特别是各处理Cu的去除率均小于1%，因此后续现场试验仅考虑人工湿地对As的净化效果。
　　（3）增城猪场沼液人工湿地现场试验。于规模化猪场实地构建了以空心菜-皇竹草为核心的垂直潜流复合人工湿地，首先通过不同浓度的沼液进水确定人工湿地能够负荷的沼液浓度，再通过在进水沼液中施加复合微生物菌剂；除CK人工湿地单元外，另外两个人工湿地单元分别均匀撒上沸石、生物炭粉末，比较三者进出水的水质，结果表明构建的复合人工湿地在实际应用中能较好的净化猪场沼液，且沸石、生物炭的施加能够增强净化效果。TP、NH4+-N、COD的净化效果表现：沸石>生物炭>CK，As的净化效果是：生物炭>沸石>CK。
　　总之，不同品种的空心菜对As有不同的累积能力，本试验为空心菜品种的选择以及保障农产品的质量安全提供重要的参考。以泰国尖叶空心菜为主的复合人工湿地对猪场沼液有较好的净化效果，其能明显降低沼液中的TP、NH4+-N、COD、As，且沸石、生物炭、复合微生物菌剂、小球藻单独或组合作为外源添加剂施用，能够不同程度的增强人工湿地对沼液的净化效果。人工湿地成本低廉，易于管理，且空心菜、皇竹草的污染物含量均符合饲料安全限量要求可作为青贮饲料回归农业生产，而经人工湿地处理后沼液可更安全用于农业灌溉。本文为探究经济有效的人工湿地植物过滤技术削减沼液中氮磷营养盐及砷污染的问题提供科学参考，具有较强的应用推广价值。

目录

声明

1 前言

1.1研究背景

1.1.1 我国养殖业的发展及其污染现状

1.1.2 沼液的特点及污染问题

1.2 沼液处理技术研究现状

1.3 人工湿地技术研究现状

1.3.1 人工湿地概述

1.3.2 人工湿地基质的选择

1.3.3 人工湿地植物的选择

1.3.4 人工湿地中的微生物

1 .4 研究目的和技术路线

1.4.1 研究目的和意义

1.4.2 技术路线图

2 材料与方法

2.1 供试材料

2.1.1 供试空心菜

2.1.2 供试土壤

2.1.3 试验规模化猪场及供试沼液

2.1.4 供试复合菌剂

2.1.5 供试小球藻

2.2 试验设计

2.2.1 高低累积砷的空心菜品种筛选

2.2.2模拟人工湿地对猪场沼液的净化效果研究

2.2.3 增城猪场复合人工湿地对沼液的净化效果研究

2.3 样品处理与分析

2.3.1 植物样品的处理

2.3.2 As、Cu、Zn的测定

2.3.3 转移系数计算

2.3.4 水质的测定

2.4数据统计与分析

3 结果与分析

3.1 高低累积砷的空心菜品种筛选

3.1.1 As胁迫对不同品种空心菜生物量的影响

3.1.2 不同品种空心菜As含量的差异

3.2模拟人工湿地处理系统对猪场沼液的净化效果研究

3.2.1模拟人工湿地处理系统对水质的净化效果

3.2.2模拟人工湿地处理系统中空心菜累积重金属含量

3.3 室外增城猪场复合人工湿地系统对猪场沼液的净化效果研究

3.3.1 猪场复合人工湿地系统第一阶段水质净化效果

3.3.2 猪场复合人工湿地系统第二阶段水质净化效果

3.3.3 猪场复合人工湿地系统中空心菜及皇竹草中As含量差异

3.3.4 猪场复合人工湿地系统试验阶段基质As含量差异

3.3.5 猪场复合人工湿地第二阶段水质内梅罗指数

4 讨论与结论

4.1 讨论

4.1.1 不同品种空心菜生长差异分析

4.1.2 不同品种空心菜累积As的差异分析

4.1.3 不同添加剂对人工湿地净化效果差异分析

4.1.4 人工湿地系统对沼液中Cu、Zn、As的去除效果分析

4.1.5 空心菜-皇竹草复合人工湿地在实际应用分析

4.2 结论

致谢

参考文献