野菠菜湿地对猪场废水的净化作用

程 燕，吴淑君，张明星

（湖北工程学院，湖北 孝感  432000）

野菠菜湿地对猪场废水的净化作用

程 燕，吴淑君，张明星

（湖北工程学院，湖北 孝感  432000）

文内主要考察野菠菜对猪场废水中污染物的净化能力。采用花盆栽培法测试野菠菜在猪场废水中的生长特性及其对N、P、COD、Zn、 Cu 和 As的去除率。结果表明：该植物对N、P、COD的去除率可达82.64%，而对Cu的清除率可达95.50%，均具有明显的清除作用。试验中将采集的猪场废水分低、中、高3浓度批次，盆栽实验中其最低去除率可达64.34%，其由此可见，野菠菜对猪场废水有较强的耐污能力和较好的净化效果，可用于人工湿地处理猪场废水。

野菠菜；重金属；猪场废水；净化效果

自2000年来，我国养猪业发展迅速，各地规模化猪场频频崛起，成为生产主流。然而，养猪业通常用水来冲洗猪栏粪尿，排放的废水中含有丰富的有机物、氨氮和SS、重金属，已成为污染的最主要来源之一。

在养猪生产中由于经济利益的驱动，加之监管措施的不力和科学知识普及的不足，滥用、超量使用Cu、Zn 等重金属的现象普遍存在。Cu、Zn在动物体内吸收量较少［1］，大多数随动物排泄物进入废水或粪便，最终进入环境，因此在畜禽养殖废水排放前必须对Cu、Zn 等予以去除。

规模化养殖场使用的饲料普遍会添加适量的Zn、Cu和As等重金属元素，它们可以刺激动物生长，提高畜产品产量，从而降低养殖成本，具有较好的经济效益［2］，如猪饲料中加入 0.28～ 0.72 mg/kg的 Cd，1.27～6.56 mg/kg的As［3］。大部分重金属被猪摄入消化后会直接通过排泄物排出［4］，使粪污中含有较高量的重金属。猪场一般在离城市较远的郊区，周围有农田，当养猪场废水处理不当混入养猪场外池塘、河流时，利用其灌溉农田时，废水中的重金属也会随之进入土壤，当土壤重金属含量超过其环境容量时，就会毒害作物，影响作物品质和产量，并通过植物进入食物链，被动物吸收而富集，并最终危害动物和人类的健康和生命，产生不可预见的后果。

由此，必须采用一定的措施去除猪场废水中的重金属，常用的方法是化学沉淀法［5］，但其操作复杂且易产生二次污染。植物吸收法是一种新兴的推广方法，通过植物吸收污水水体中的重金属，既简单又可以美化环境，还可以得到副产品［6-8］。1977年德国学者Kickuth提出的植物“根区法”理论推动人工湿地污水处理方法的研究［9］。人工湿地处理猪场废水，可以将废水中的悬浮物、有机物、N、P和重金属等不同程度的去除，其具有建造和运行费用低、维护简单、耐污染负荷冲击以及景观美化等优点。其净化原理主要是植物对重金属的吸附作用，涉及一系列的物理和化学、生物反应。野菠菜，一年生草本，高40～100 cm。茎直立，粗壮，分枝，有明显沟纹，无毛，中空，在我国大部分地区均可见到其踪迹。本文主要讨论野菠菜对猪场废水中重金属的净化效果。

1　材料与方法

1.1材料

本试验所用野菠菜取自湖北省某猪场废水出水口附近，用水为某猪场经过预处理及厌氧消化的出水，其中：化学需氧量CODCr质量浓度：630～1 800 mg/L，-N质量浓度：142～264 mg/L，总P质量浓度：17.18～34.58 mg/L，Zn质量浓度：16.27～34.71 mg/L，Cu质量浓度：9.34～24.55 mg/L，As质量浓度：5.71～ 13.62 mg/L，pH 7.0～ 8.0，使用时根据需要用自来水稀释。野菠菜为猪场周边水沟采集标本净化繁殖。

1.2方法

准备上口半径为20.5 cm的塑料盆18个，塑料盆上放入均匀分布有9个定植孔的半径为18.0 cm，厚为3.5 cm的泡沫板。试验分为7批，分为低（猪场废水稀释1倍）、中（猪场废水）、高（猪场废水浓缩1倍）浓度3批废水，每批分为A、B、C、D、E五个试验组和一个对照组，每批试验开始时在试验组和对照组都注入等量的猪场废水50 mL，区别在试验组植入水葫芦。试验周期为25 d，每5 d检测一次废水，主要检测指标是：总氮（TN），碱性过硫酸钾氧化——紫外分光光度法氨氮 ；总磷（TP），过硫酸钾消解——钼锑抗分光光度法；pH，膜电极法；化学需氧量（COD），重铬酸钾法； Zn、 Cu 和 As ，ICP法测定［10-13］。通过此检测，观察野菠菜对猪场废水净化作用。

采集株高15 cm左右、每株质量8～12 g的野菠菜幼苗，将根部泥土洗净、称量，选取净重10 g左右的幼苗并记重。将幼苗移栽到塑料盆中，用泡沫板固定，分别注入低、中、高浓度的废水，放置在实验室靠窗试验台上，在5 d、10 d、15 d、20 d、25 d时测定废水中各项指标。实验过程中，保持各盆内水量，并不定时用纯净水补充因根吸收和蒸发的水量。

2　结果分析

2.1野菠菜对N、P、COD的去除效果

表1　低、中、高浓度猪场废水中N、P、COD、Zn、Cu、As的含量和pH

由图1可知，野菠菜对猪场废水中的N、P、COD有明显的清除效果。从（a～c，随着实验时间的延长，N、P、COD的浓度均出现明显的减小，且趋势先增加后减小，在0～5 d时候，野菠菜刚移植入塑料盆中，需要一段适应生长环境，故在此时测得的清除效果不明显（清除率为0.06%～0.12%）；在10～20 d时，野菠菜生长迅速，对废水中的N、P、COD表现出明显的吸收能力（清除率最高为N的达82.64%）；在20～25 d时，野菠菜对废水中的N、P、COD的吸收能力呈现饱和状态（P ＜0.05%）。

从图2可知，野菠菜对猪场废水中N、P、COD的清除率随着时间的推移，逐渐增加，在25 d时候达到最大。图2中，野菠菜在低、中、高3类猪场废水中对N、P、COD的清除率均表现为增速先增加后减小，在10～15 d最大。低浓度废水的清除效果高于高度浓度废水（N的清除率：P低=82.64% ＞P中=72.56%＞P高=51.22%；P的清除率：P低=71.97%＞P中=61.37% ＞P高=41.11%；COD的 清 除 率：P低=75.91%＞ P中=67.54%＞ P高=56.73%），野菠菜对N的去除率高于P、COD，且野菠菜对低浓度废水的去除效果明显高于高浓度废水。

2.2野菠菜对Zn、Cu、As的去除效果

从图3可知，野菠菜对猪场废水中Zn、Cu、As均有清除作用，且随着实验天数的增加，清除效果越加明显。野菠菜对低浓度猪场废水的Zn、Cu、As清除率分别为94.20%、95.51%、 87.91%；野菠菜对中浓度猪场废水的Zn、Cu、As清除率分别为89.30%、91.37%、80.95%；野菠菜对高浓度猪场废水的Zn、Cu、As清除率分别为75.52、75.13%、64.34%。其中，野菠菜对低浓度猪场废水的清除效果强于中、高浓度废水，且Cu的去除效果强于Zn、As，3种金属的去除率在高浓度废水中也大于64.34%，在低浓度废水中更可达95.50%，故野菠菜对3种金属均有明显的去除效果。

由图4可知，野菠菜对猪场废水中Zn、Cu、As的清除效果各不相同，废水中Cu的清除率可达 75.13%～ 95.5%，而 Zn、As 的 清 除 率 是75.52%～94.20%、64.34%～87.91%；其去除率的增加幅度均为先增加后减小，在15 d时候达到最大，其后去除率趋于平衡，体现了野菠菜的一个生态平衡过程。

2.3野菠菜对pH的降低效果

从图5可知，随着野菠菜处理猪场废水时间的增长，pH出现不同程度的降低，说明野菠菜吸收了废水中的碱性离子，使废水趋于中性，pH降低率可达2.55%～3.84%，对废水的再利用具有重大意义。

图1　野菠菜分别对低、中、高浓度猪场废水中N、P、COD 的清除效果

图2　野菠菜对猪场废水中N、P、COD的清除效果

图3　野菠菜分别对低、中、高浓度猪场废水中Zn、Cu、As的清除效果

图4　野菠菜对猪场废水中Zn、Cu、As的清除效果

3　野菠菜湿地对猪场废水的清除效果

湿地生态系统是由一些适合污染环境条件下生存的以大型水生植物为主的高、低等生物和处于水饱和状态的基质组成的人工复合体污染生态系统［14］。相对于天然湿地来说，其生态系统的群落结构和种群结构要简单的多，但其按照管理者意愿进行污水处理的功能却更强［15-16］。可以说，这类人工湿地生态系统的生理功能，就在各种湿地生物的共同参与下，将进入湿地系统的污染物质除去，同时这些污染物也是湿地生物的营养物质，经过系统内各环节的“新陈代谢”，进行分解、吸收、转化、利用，达到去除目的。

图5　野菠菜对猪场废水处理过程中pH的变化

本试验采用野菠菜作为猪场湿地生态系统，将猪场废水处理厂的出水引导种植野菠菜的淤泥滩上，并在出水口和淤泥滩下游排水口设置监测点。

从表2可知，随着时间的推移，各指标呈现减小趋势，野菠菜的清除效果越加明显，在25 d时候最大清除率为Zn，可达92.74%，与其在实验室测试中的89.30%，相差P＜5%，说明野菠菜的处理效果达到了预期设想，而且由于湿地淤泥的吸附作用，会滞留部分的金属离子，其处理效果会高于实验室试验。

4　结果分析

由以上试验可知，野菠菜对猪场废水中的无机物及重金属都有一定清除效果，其中对金属离子的清除效果高于N、P、COD，其效率可达95.5%，最低清除率也可达64.34%，说明使用野菠菜对猪场废水有特别的再处理效果，特别是对其中的重金属清除的效果更明显。实际的生活中，常采用物理、化学及其结合方法净化猪场废水，可以治理和回收废水中的重金属，但由于生物法处理重金属废水成本低、效益高、易管理、无二次污染、有利于生态环境的改善［17］。另外，通过基因工程、分子生物学等技术应用，可使生物具有更强的吸附、絮凝、整治修复能力。因此生物法中植物处理废水具有更加广阔的发展前景。

表2　经野菠菜湿地排水口后的N、P、COD、Zn、Cu、As的含量和pH

综上所述，在环境问题层出不穷，形势日趋严峻的情况下，怎样使猪场废水在处理后达到国家标准，完成环保部门的要求，使一项非常严酷的挑战。随着科学技术的不断革新，我们相信各种科技方法会日新月异，学科之间也会交融发展，应用于污水中无机物、重金属处理的技术会越来越科学，最大限度实现资源的再利用，从而使我国的环保事业走上一个新的起点。

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2016-03-28）

程燕（1987-），女，硕士，教师，研究方向为食品安全与加工，E-mail：1158046007@qq.com