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豬場廢水處理技術

隨著養豬業的發展，養豬業產生的環境污染問題已經相當嚴重，其廢水幾乎污染了所有的河流和湖泊，原因是豬排泄物含有高濃度氮、磷和有機質。有效降低水體中的氮和磷已成為目前現代水處理領域的一項新課題和研究熱點。生態浮床技術是采用現代農藝和生態工程措施綜合集成的水面無土種植植物技術，是富營養化水體原位修復的、經濟有效的、可行的綠色方法。

近年來有不少關于漂浮栽培生菜來處理各種廢水（包括豬場廢水）研究和報道，但是關于漂浮生菜對高濃度豬場廢水的研究報道少見，尤其是豬場廢水漂浮栽培對生菜品質的影響和研究鮮見報道。為此，筆者擬利用飄浮栽培的方法來種植生菜，以考察生菜在漂浮植物修復系統中生長的適應性及其對污水中的總氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、硝態氮（NO3--N）、總磷（TP）、可溶性磷（SP）和COD的去除效果；同時，該試驗探討豬場廢水作無土栽培營養液采收的生菜品質與一般土培生菜的差異，以確定是否可以放心食用，以期為生菜在高濃度豬場廢水處理中的應用提供參考。

1 材料與方法
 
1.1 供試植物
 
直葉生菜lettuce（Sativa L. var. longigolia lam.），是葉用萵苣的俗稱，屬菊科萵苣屬。草本作物，適宜春秋冬季種植。

1.2 供試水樣
 
取自漳州某研究所附近豬場的廢水，為豬場沖舍廢水經隔渣固液分離后，再經厭氧沼氣發酵后所排出的廢水，其主要指標為：pH 6.5~7.5、TN 9.84 mg/L、NH4+-N 8.41 mg/L、NO3--N 1.32 mg/L、TP 4.52 mg/L、SP 2.70 mg/L、COD 78.52 mg/L。

1.3 供試土樣
 
采自福建省閩南師范大學附近的菜地，土樣采集后，置于陰涼干燥處自然風干，磨碎，過1.7 mm篩，備用，測定方法參照文獻。經測定，土壤的pH=4.83、有機質質量分數為2.52%，每1 kg土壤中含有堿解氮74.3 mg、速效磷156.5 mg、速效鉀 50.8 mg。

1.4 試驗方法
 
試驗地點在閩南師范大學附近的簡易造型塑料大棚內，在尺寸為500 mm×455 mm×390 mm的透明塑料箱內盛50 L廢水，每箱內水面上放置1塊聚苯乙烯泡沫塑料板作為漂浮栽培的定植板，尺寸為495 mm×450 mm×50 mm，在定植板上開4個直徑為8 cm的定植孔，孔間距為25 cm×15 cm，在定植孔中相應放入與定植孔孔徑相適配的塑料定植杯（上口徑120 mm、下口徑100 mm、高90 mm，底部開孔隙），每個杯中定植1棵長勢一致的健壯小苗直葉生菜。每箱為1重復，每一處理3次重復。再以放置了不定植植物的泡沫板的3箱水樣為對照。試驗日期為2012年10月18日—2012年11月14日，期間每隔7 d用自來水補充蒸發的水分，以保持每個塑料箱恒定的水樣體積。每周采水樣1次，采樣前稱水樣質量，用差減法計算每周耗水量及水質指標的凈化率。每次取樣100 mL，取樣前攪動使水缸內的水樣混和均勻。實驗結束后對生菜進行收割、稱重并進行相關植物指標的測定。

土培采用上口徑300 mm、下口徑240 mm、高600 mm的紅色塑料桶，紅色塑料桶盛10 kg土樣，每桶種植直葉生菜2棵，種植3桶作為3個重復，每桶施用N、P2O5、K2O質量分數均為15%的復合肥5 g。

1.5 測定項目與方法
 
水質指標：TN采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定，TP采用過硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法測定，COD采用重鉻酸鉀法測定，NH4+-N采用納氏試劑光度法測定，NO3--N采用紫外分光光度法測定，SP采用鉬銻抗分光光度法測定。

植株樣：全氮采用H2SO4-H2O2消化-蒸餾法測定，全磷采用H2SO4-H2O2消化-鉬銻抗比色法測定，粗脂肪采用索式抽提法測定，粗纖維采用酸堿洗滌法測定，銅、鋅采用原子吸收光譜法測定。

數據處理：采用Excel 2007軟件進行數據計算，SPSS 12.0統計軟件進行數據分析，顯著性水平設定為α=0.05。

2 結果與分析
 
2.1 種植生菜對廢水水質的影響
 
種植生菜對廢水水質的影響見表 1。

表1 種植生菜過程中廢水水質的變化

 

 對于廢水中氮元素的變化，由表 1可見，對照組中NH4+-N的含量隨時間的延長而呈逐漸下降的趨勢，而NO3--N含量則呈逐漸上升的趨勢，說明NH4+-N在自然條件下會通過硝化作用轉化為NO3--N。對照組中TN濃度也隨時間的延長而逐漸降低，這可能是由于水體本身的自凈化作用，一部分NO3--N通過反硝化作用轉化為氣態氮散失了，或者部分氮素被顆粒物質吸附而帶入水體下部造成的。而28 d之后污水中的這種自凈化作用對NH4+-N和TN的去除率分別只有29.37%和23.78%，說明大部分氮素仍然保留在污水中。對比種植組與對照組，28 d之后污水中的NH4+-N和TN含量降低幅度種植組均比對照組大得多，其中種植組的NH4+-N去除率為59.45%，TN去除率為51.73%，與污水自凈化作用比較，種植生菜對NH4+-N去除率的貢獻量達30.08%，對TN去除率的貢獻量達27.95%。雖然種植組的NO3--N去除率與對照組的相比差異不顯著，但就總體而言，種植生菜對去除廢水中的氮的效果非常顯著。

對于廢水中磷元素的變化，從表 1可知，無論是種植組還是對照組，廢水中TP和SP濃度都隨時間的延長而逐漸降低。對照組的TP含量降低是由于污水中的顆粒沉降而將磷帶入水體下部，但污水中漂浮種植植物之后TP、SP含量都顯著降低，并且都顯著低于對照組同一時期的含量，與初始的濃度比較，在種植生菜28 d之后，種植生菜對TP、SP去除率的貢獻量分別達21.02%、15.56%。可見，飄浮種植生菜對TP、SP的去除效果很顯著。

對于廢水中COD的變化，從表 1可知，種植組和對照組的COD均隨時間的延長慢慢降低。這是由于污水中的有機物在自然條件下受到微生物的分解逐步轉化為無機物所致，而種植組的污水COD在28 d內降低幅度更大，去除率達60.15%，比對照組的要高得多，這可能是由于：一方面種植的植物可以直接吸收小分子的有機物，另一方面可能是種植的植物促進了有機物的直接降解所造成的。可以說漂浮栽培生菜對于COD的降低所起的作用是顯著的。

2.2 土培和廢水中漂浮栽培直葉生菜的生長狀況
 
生菜對低溫、長日照的要求并不十分嚴格，是半耐寒性的蔬菜，性喜溫和、涼爽的氣候。生菜對氮素營養的要求較高。對比了土培和廢水中漂浮栽培直葉生菜的生長狀況，結果表明，培養28 d后，采用土培的單棵生菜平均質量（鮮重）由初始時的25.50 g增加到167.00 g，增加141.50 g；水培的單棵生菜平均質量由初始時的25.28 g增加到199.34 g，增加174.06 g。這說明生菜能很好地適應該豬廠供試水樣，同時實驗結果表明，在漂浮栽培植物修復系統中種植生菜，不需要添加任何外加營養，而依靠廢水中本身所含的營養物質就可以進行生產。

2.3 不同栽培方式對直葉生菜品質影響
 
根據我國《農產品安全質量 無公害蔬菜安全要求》和《蔬菜中硝酸鹽限量》中對蔬菜或無公害蔬菜硝酸鹽含量及重金屬含量的規定，1 kg葉類蔬菜中硝酸鹽的最高限量為3 000 mg，亞硝酸鹽的最高限量為4 mg。有研究表明，豬場厭氧消化液能顯著降低生菜、油菜等葉菜組織中的硝酸鹽含量，也能降低果蔬體內硝酸鹽的累積。

對比了生菜在水培和土培兩種栽培方式中主要參數的含量

表2 不同栽培方式下生菜地上部品質對比
 

 

 注：TN、P、Zn、Cu、粗纖維均以干重計，其他均以鮮重計。

由表 2可以看出，除了NO2--N、維生素C的含量在標準范圍之內水培稍微高于土培，TN、NO3--N、P、Zn、Cu以及粗纖維的含量均是水培顯著低于土培，尤其是水培中NO3--N的含量遠遠低于土培，這與楊鴻雁的研究結果一致。生菜體內的這些元素含量均低于或相當于土培的，而且均沒有超過國家規定標準，因而可以放心食用。具體參見yangzhchao.com更多相關技術文檔。

3 結論
 
經過28 d種植之后，生菜對供試豬場廢水中TN、NH4+-N、TP、SP、COD的去除率分別達51.73%、59.45%、57.52%、41.11%、60.15%，其貢獻量分別達27.95%、30.08%、21.02%、15.56%、20.64%。研究表明，飄浮栽培直葉生菜對廢水中的氮、磷營養物質和有機污染物具有較強的吸收去除能力和改善水質的能力。

通過與土培試驗作對比及相關品質指標的測定分析，在供試濃度的廢水中栽培直葉生菜的生物量顯著高于土壤栽培的生物量，而且生產植株體內NO3--N、P、Zn、Cu等含量均顯著低于土培后的生菜，因而可以放心食用。

本試驗結果顯示了在豬場廢水中漂浮栽培生菜，既能凈化水質又能實現無公害化生產蔬菜，起到了一舉兩得的作用。