焦蓉婷,林玲,沈強(qiáng)
(1.浙江竟成環(huán)境咨詢有限公司,浙江 杭州 311100;2.平陽縣水產(chǎn)技術(shù)推廣站,浙江 溫州 325400)
我國(guó)水產(chǎn)品產(chǎn)量居全球首位,約占全球總產(chǎn)量的2/3[1]。國(guó)內(nèi)大宗淡水魚主要有青、草、鰱、鳙、鯉、鯽、魴等品種,產(chǎn)量占國(guó)內(nèi)水產(chǎn)品總量的30.3%,在市場(chǎng)供給中起到了關(guān)鍵作用[2]。與此同時(shí),養(yǎng)殖產(chǎn)量的快速增長(zhǎng)導(dǎo)致養(yǎng)殖水體污染嚴(yán)重,水體氮、磷、氨氮含量超標(biāo),進(jìn)而影響到水產(chǎn)品的食物安全,并且通過食物鏈傳遞對(duì)人類的飲食健康構(gòu)成了威脅。因此養(yǎng)殖尾水修復(fù)成為近年來國(guó)內(nèi)外的關(guān)注熱點(diǎn),目前水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水修復(fù)方法主要有化學(xué)修復(fù)法、物理修復(fù)法和生物修復(fù)法。前兩種修復(fù)方法目的明確[3],但是成本高、消耗大,并且可能造成二次污染,限于小試階段。生物修復(fù)法則是利用水生植物、動(dòng)物、微生物等自身代謝活動(dòng)吸收廢水中有機(jī)污染物、氮磷元素等,達(dá)到凈水的目的。相比較其它修復(fù)方法來說,生物修復(fù)法具有費(fèi)用低,無二次污染等特點(diǎn)[4]。
藻類用于污水處理的研究始于20世紀(jì)60年代,其具有原料豐富,成本低,易操作,吸附量大等特點(diǎn)[5],其中以小球藻最為常用。在大宗淡水魚養(yǎng)殖體系中加入小球藻,淡水魚可利用小球藻蛋白質(zhì)中的促生長(zhǎng)物質(zhì)和天然免疫物質(zhì),增強(qiáng)自身的抗病能力;小球藻亦可降解水中氨氮、硫化氫、亞硝酸鹽等有害物質(zhì)[6-8],增加水體溶氧量。大薸俗稱水蓮花、水白菜,為多年生浮水草本,適宜在中性或微堿性水中生長(zhǎng)。夏秋季節(jié),大薸是對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中的P元素及其它污染物去除效果最好的植物材料之一[9-13]。之前有關(guān)小球藻和大漂的污水凈化修復(fù)能力已有很多研究。該試驗(yàn)基于前人對(duì)小球藻和大漂的凈水能力的研究,嘗試將兩者聯(lián)合凈化處理大宗淡水魚養(yǎng)殖廢水,通過分析各處理凈化效果的差異,為大宗淡水養(yǎng)殖廢水凈化修復(fù)提供新的方法和依據(jù)。
用塑料桶(3 L)作培養(yǎng)器。取12個(gè)塑料桶并依次標(biāo)號(hào),每桶放入2 L養(yǎng)殖水。試驗(yàn)設(shè)置空白對(duì)照組、大漂組、小球藻組、小球藻+大漂聯(lián)合組4個(gè)組別。每組各設(shè)置3個(gè)平行塑料桶,其中1~3號(hào)塑料桶為空白對(duì)照,4~6號(hào)塑料桶分別放入等量3株大漂,7~9號(hào)塑料桶分別放人等量小球藻100 mL,10~12號(hào)塑料桶分別放入等量小球藻100 mL+大漂3株。置于通氣環(huán)境中培養(yǎng)。
小球藻購(gòu)自中科院水生所淡水藻種庫(kù),實(shí)驗(yàn)前采用BG-11培養(yǎng)基預(yù)培養(yǎng),使之處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。大漂采自溫州該地鄉(xiāng)村河道,挑選生長(zhǎng)健康、大小均一的植株進(jìn)行預(yù)培養(yǎng),去除黃葉、腐根,將根部用自來水沖洗,然后在蒸餾水中饑餓處理48 h。大宗淡水魚養(yǎng)殖廢水取自平陽某淡水魚養(yǎng)殖基地。
試驗(yàn)開始后,每隔5 d測(cè)定總氮,總磷,氨氮,以及COD值,試驗(yàn)共持續(xù)20 d。總氮,總磷,氨氮,COD的測(cè)定分別采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法、鉬酸銨分光光光度法、水楊酸分光光度法、高錳酸鉀法[14]。
UV-7502 PC紫外線可見分光光度計(jì)。
所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用平行測(cè)定結(jié)果的均值,采用Origin 7.5軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
2.1.1 不同處理廢水中總氮的變化情況 由圖1不同處理廢水中總氮含量隨時(shí)間的變化情況可見:空白對(duì)照組中水體的TN去除率為15.03%,低于其他處理組;小球藻處理組、大漂處理組去除養(yǎng)殖廢水中總氮含量的效果相差不大,效率分別為68.87和71.18%;小球藻—大漂聯(lián)合處理組中水體含氮量由原來3.28 mg/L減少至0.2 mg/L,去除率達(dá)到78.03%。
圖1 不同處理污水中總氮濃度隨時(shí)間的變化
2.1.2 不同處理水體中總磷的變化情況 由圖2不同處理廢水中總磷含量隨時(shí)間的變化情況可見:養(yǎng)殖水體中原TP的濃度為0.092 mg/L,實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,對(duì)照組TP濃度下降了7.63%;小球藻組的TP去除率為66.71%;大漂組的TP去除率為72.12%。TP的去除速度有先慢后快的趨勢(shì),與TN的去除速度的變化趨勢(shì)相類似。其中小球藻聯(lián)合大漂處理組對(duì)TP的去除效率最高,由原來濃度0.092 mg/L降低至0.016 mg/L,去除率高達(dá)82.38%。
圖2 不同處理污水中總磷濃度隨時(shí)間的變化
2.1.3 不同處理水體中氨氮的變化情況 由圖3不同處理廢水中氨氮含量隨時(shí)間的變化情況可見:空白對(duì)照組水體中的氨氮含量小范圍波動(dòng),其它處理組都呈現(xiàn)出不斷減少的趨勢(shì)。其中效果最顯著的是小球藻聯(lián)合大漂處理組,水體中氨氮含量降低65.05%,小球藻處理組中氨氮去除率為48.3%,大漂處理組為53.43%。
圖3 不同處理污水中氨氮濃度隨時(shí)間的變化
2.1.4 不同處理水體中COD的變化情況 由圖4不同處理廢水中COD含量隨時(shí)間的變化情況可見:試驗(yàn)周期內(nèi),空白組中COD含量由8.318 mg/L下降到8.160 mg/L,COD含量下降了1.89%,變化不明顯。而其他處理組都呈先大幅下降,隨后減緩下降的趨勢(shì)。其中小球藻處理組COD含量減少9.013%,大漂處理組減少10.09%,兩組對(duì)COD含量的影響相接近。相比而言,小球藻聯(lián)合大漂養(yǎng)殖水組的減少量為11.98%,效果最好。
圖4 不同處理污水中CODMn濃度隨時(shí)間的變化
從圖1至圖4可以看出,與其他處理組相比,空白組含氮量、含磷量、氨氮量、化學(xué)需氧量沒有呈明顯下降的趨勢(shì),但是TN的含量依然有所下降,這可能是由于水體固有的微生物硝化-反硝化作用、氨態(tài)氮揮發(fā)、含有機(jī)氮顆粒物沉降導(dǎo)致的,且空白組TN去除率始終低于其他實(shí)驗(yàn)組。大漂處理組相較于小球藻處理組在上的去除率更好,從植物學(xué)的觀點(diǎn)來看,植物體利用根系吸收水體中溶解性的磷酸鹽、硝酸鹽和銨鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來進(jìn)行自身生長(zhǎng)和組織的合成;另一方面大漂的根系中存在著大量的微生物需依靠分解水體中的有機(jī)物來維持生長(zhǎng),這使得大漂在有機(jī)物豐富的水體中具有較強(qiáng)的凈化能力。10 d后,隨著水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的缺乏,大漂開始生長(zhǎng)緩慢,其除氮、磷、氨氮、COD的能力逐漸減弱。
加入小球藻和大漂的聯(lián)合處理組比單獨(dú)大漂或者小球藻的處理效果要好,可能是因?yàn)閮烧咧g可形成一個(gè)相處促進(jìn)的體系環(huán)境。有研究證明部分植物的淺生根區(qū)可為低等植物或微生物構(gòu)建良好生長(zhǎng)的環(huán)境[15-17]:大漂根部所吸附的污染物質(zhì)可通過根系小球藻的凈化而得到降解,同時(shí)大漂根部又能分泌小球藻生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。小球藻亦能增強(qiáng)植物光合作用能力,機(jī)體活力和代謝能力,進(jìn)一步促進(jìn)大漂對(duì)氮、磷、氨氮的吸收。
圖4可看到小球藻聯(lián)合大漂組對(duì)COD的去除率偏低,可能是大漂和小球藻生長(zhǎng)進(jìn)入衰老凋謝階段,仍具有一定的凈化水體功能,但凈化功能大大降低。大漂聯(lián)合小球藻使水體的有機(jī)物含量增加,在氧氣相對(duì)不充足的情況下不僅無法有效的促進(jìn)廢水污染物的降解,反而在一定程度上會(huì)引起水質(zhì)的惡化。
隨著大宗淡水魚養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展,如何有效處理養(yǎng)殖廢水,防止水污染已成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的瓶頸。該文研究了小球藻-大漂聯(lián)合修復(fù)養(yǎng)殖廢水的效果,經(jīng)過20 d的處理試驗(yàn),得出以下結(jié)論:①大漂、小球藻都有一定的脫氮除磷、去氨氮、去有機(jī)物的能力。小球藻、大漂對(duì)大宗淡水魚養(yǎng)殖廢水中TN的去除率分別為68.87%、71.18%,TP的去除率分別為 66.71%、72.12%的去除率分別為48.3%、53.43%,COD分別減少9.01%、10.09%。②二是小球藻、大漂兩者聯(lián)合修復(fù)大宗淡水魚養(yǎng)殖廢水的能力高于兩者自身,TN去除率達(dá)78.03%,TP去除率達(dá)82.38%去除率為65.05%,COD減少11.98%。小球藻聯(lián)合大漂對(duì)水體氮、磷、氨氮[18]和有機(jī)物的去除效果均存在促進(jìn)作用,可使水質(zhì)得到較大改善。
養(yǎng)殖水體污染已成為制約我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的主要問題之一,改善水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境除了使用物理和化學(xué)方法外,采用生物修復(fù)技術(shù)已成為近年來行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。與此同時(shí),目前國(guó)內(nèi)的生物修復(fù)技術(shù)仍未成熟,關(guān)于生物聯(lián)合修復(fù)水體的研究很少,各類植物和微生物之間的相互作用原理還未取得實(shí)質(zhì)性的認(rèn)識(shí),所以水生植物、動(dòng)物或微生物聯(lián)合修復(fù)養(yǎng)殖水體的相關(guān)研究具有重要意義。此外在大宗淡水養(yǎng)殖過程中,寄生蟲、細(xì)菌性、病毒性等疾病發(fā)病率較高,但目前我國(guó)適用于大規(guī)模淡水魚免疫的疫苗手段仍處于初始狀態(tài),導(dǎo)致養(yǎng)殖水體污染無法從根本上去除,這需要在生產(chǎn)中盡快改革傳統(tǒng)大宗淡水魚養(yǎng)殖技術(shù),建立高效環(huán)保、節(jié)能減排的養(yǎng)殖模式,攻克養(yǎng)殖尾水凈化修復(fù)難題。