環(huán)境生物技術處理畜禽養(yǎng)殖廢水的生物學效應研究.pdf

1、近年來，隨著規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，畜禽排泄物和其他廢棄物的產生量隨之快速增加，造成環(huán)境污染，使畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展與環(huán)境污染的矛盾日益凸現，其本身也成為畜禽養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的制約因素。畜禽養(yǎng)殖污染已成為當前繼工業(yè)污染、生活垃圾污染后的第三大污染源。畜禽養(yǎng)殖污染源來自于從畜禽體內排出的有害氣體、糞便及其分解產生的臭氣、動物體表掉落的毛屑以及養(yǎng)殖場站的沖洗廢水。畜禽養(yǎng)殖污染治理難度大，方法較多，其中環(huán)境生物學方法是凈化畜禽養(yǎng)殖廢水的核心技術

2、。本文探討了好氧微生物和人工濕地技術處理畜禽養(yǎng)殖廢水的生物學效應。 好氧微生物處理主要研究在短程硝化反硝條件下的脫氮效果，探討了間歇好氧系統中pH、氨氮負荷和碳氮比(C/N)、溶解氧(DO)幾種運行參數對形成HNO<,2>積累的影響，在SBR系統中實現短程硝化的途徑，以及如何通過改變間歇式好氧系統的運行參數和模式來實現穩(wěn)定亞硝酸的積累。 人工濕地試驗在四川農業(yè)大學教學科研園區(qū)的畜禽養(yǎng)殖污水處理站的水平流人工濕地系統中進行

3、，濕地植物采用蘆葦(Phragmites australis(clav．)Trin)，以及在濕地處理中未見報的水山姜(Alpinia aquatuca(Koen．)Rosc)，基質采用紫色土、河沙、礫石。研究了濕地系統在畜禽養(yǎng)殖廢水中的脫氮除磷作用；采用兩種濃度畜禽廢水(高濃度畜禽廢水原水和經一倍稀釋的畜禽廢水)處理蘆葦，對蘆葦的蘆葦根系活力、丙二醛(MDA)含量、葉綠素含量、游離脯氨酸含量、超氧化物歧化酶(SOD)及過氧化物酶(POD

4、)活性等生理特性的影響進行了測試；對高濃度畜禽廢水污染脅迫下，濕地植物蘆葦的RAPD指紋圖譜的變化進行了研究。 研究結果表明： (1)pH值大于9時，影響亞硝酸細菌的活性，使亞硝酸鹽積累減小。pH值通過影響分子態(tài)游離氨(FA)濃度來影響亞硝酸鹽的積累過程，pH值為8．5時達到最好的脫氮效果，亞硝酸積累量大，而此時磷去除效果相對也較好，主要是好氧反硝化菌在對除磷起作用?？刂七\行過程中的曝氣量、pH值一定時，氨氮負荷較高有利

5、于亞硝酸的積累，并且也有較好的脫氮效果，但如果過高卻會抑制亞硝酸細菌的活性，而硝酸細菌的活性有所提高。保持進水穩(wěn)定的氨氮負荷、DO和pH值，進水的COD值變化對亞硝酸積累也有影響，當C/N=7時亞硝酸積累量大，脫氮率、除磷率和COD去除率均高。 (2)SBR系統中，保持F/M、C/N、pH、MLSS和溫度恒定的情況下，DO濃度與三氮濃度有良好的相關性，當DO為3.0mg/L時，亞硝基氮的積累率達到了85％，出水氨氮為0mg/L，

6、達到了良好的短程硝化反硝化目的。保持DO值為2.0mg/L-7.0mg/L下，SBR系統運行良好，除7.0mg/L外，其他濃度下，總氮去除率都達到了99％以上，COD去除率保持在95％左右，出水水質很好。磷的去除率隨DO值的增高總體下降并呈反常波動，DO值為0.5-1.0mg/L時，在短程硝化反硝化系統中總磷的去除率能夠達到90％。 (3)土壤對磷的吸附隨著振蕩時間的增加而增加，沙和礫石的吸附量在振蕩時間為8小時最大；Langm

7、uir方程，Freundlish方程，Temkin方程都能很好擬合人工濕地基質對磷的等溫吸附數量，其中Langmuir等溫式的擬合程度最好；三種基質在磷吸附上不存在競爭吸附。人工濕地對磷的去除主要機理是基質對磷的吸附，土壤的吸附量大于河沙，礫石的吸附量最小。規(guī)?；斯竦刂?，基質對磷的吸收是沿床體方向逐漸增大的。畜禽養(yǎng)殖廢水對N、P在植物器官中的分布有一定的影響。水山姜根的吸氮能力最好，蘆葦地上部分吸氮能力好于地下部分。對于吸磷來說，水

8、山姜除磷能力不明顯，蘆葦葉的吸磷效果最好。 (4)對于氮磷的去除，有植物系統的去除率要高于無植物系統，通過方差分析，這種差異并不明顯，說明濕地中植物去除并非脫氮除磷的主要原因。復合床的除去率均高于單獨的植物床(NO<,2><'->-N除外)。 (5)一級處理工藝(氣浮塔)和二級處理工藝(CASS池)出水按不同比例混合，對模擬人工濕地的脫氮除磷能力有一定影響：對于TP的去除，蘆葦(Phragmitesaustralis)、

9、水山姜和復合床都在進水比為7:3時最大；對于COD的去除，三種濕地床均在進水比為8:2時最大；對于NH<,4><'+>-N的去除，三種濕地床均在進水比為5：5時最大。C/N比對模擬人工濕地的脫氮能力也有一定影響：蘆葦床氨氮去除的最佳碳氮比為1:1：水山姜床氨氮去除的最佳碳氮比為3:1；復合床氨氮去除的最佳碳氮比為4:1。另外，模擬人工濕地的除磷能力隨著基質中FeCl<,3>含量的增加而增強。 (6)通過對污水處理站人工濕地不同部

10、位基質的硝化、反硝化強度研究發(fā)現：人工濕地系統硝化能力在床體前端最低，反硝化能力在床體前端最大；硝化和反硝化速率均在0-8h時最大；硝化與反硝化強度具有較明顯的分層現象，上層強度高于下層，并且沿床體方向呈現負相關；不同的碳源對反硝化強度有影響：不加碳源<5倍碳源<3倍碳源。通過定期對其不同部位的水質進行監(jiān)測，各污染物濃度沿床體方向是不斷降低的，而且其降解效率隨著時間和部位的變化而變化。對于氨氮來說，8月份的時候除氨氮的效果最好，在前端降

11、解最快；除磷效果在7月份的時候最好，在濕地后半部分降解最快。 (7)采用兩種濃度畜禽廢水(高濃度畜禽廢水原水和經一倍稀釋的中濃度畜禽廢水)脅迫濕地植物蘆葦，研究其對蘆葦葉片和根系生理特性的影響。結果表明，兩種濃度畜禽廢水對蘆葦的生理特性的影響相似，但脅迫強度不同，各生理指標在長時間連續(xù)脅迫下的變化幅度為高濃度畜禽廢水大于中濃度畜禽廢水，說明高濃度畜禽廢水較中濃度畜禽廢水對蘆葦的生理影響更為強烈。人工濕地試驗地中生長的蘆葦，除MD

12、A含量和SOD活性較江河河心灘清水中自然生長狀態(tài)下生長的蘆葦低外，其余生理指標均較高。 (8)在兩種濃度畜禽廢水脅迫下蘆葦SOD活性明顯上升；POD活性在脅迫初始時急速下降，到中后期則逐步恢復到脅迫前的水平：CAT活性則在整個處理期間逐漸下降。POD活性的變化趨勢說明脅迫初期蘆葦受到的傷害較大，隨著脅迫時間的延長，蘆葦對畜禽廢水的脅迫逐漸產生適應性，脅迫未能引起蘆葦體內有害物質H202的大量積累。SOD活性明顯上升說明蘆葦在畜禽

13、廢水脅迫下其體內產生了大量的超氧陰離子自由基(〇<,2>)，要消除〇<,2>帶來的危害必然會生成產物H<,2>O<,2>，而POD和CAT活性的變化趨勢說明POD和CAT并未能起到因消除〇<,2>帶來的危害而產生的H<,2>O<,2>的作用，因此推測蘆葦體內存在另一種保護機制消除H<,2>O<,2>累積帶來的危害，這種保護機制可能是一些非酶促活性氧清除系統在發(fā)生作用。 (9)在畜禽廢水脅迫下，蘆葦根系活力明顯上升、MDA含量緩慢

14、下降、游離脯氨酸含量在急速下降后穩(wěn)定在一個較低水平。畜禽廢水脅迫條件下蘆葦根系活力上升有利于蘆葦抵抗脅迫所帶來的危害，增加抗氧化能力；在長達近一個月的脅迫中蘆葦根系活力仍然維持在一個較高水平，說明蘆葦的生長狀況未受到較大影響；MDA是膜脂過氧化的重要產物，MDA的緩慢降低顯示了蘆葦在畜禽廢水污染脅迫下，細胞膜系統并未遭受大的破壞，細胞膜脂過氧化作用較小，具體表現為電解質滲漏減小，質膜透性降低。脯氨酸含量的下降則說明蘆葦并未能夠啟動脯氨酸

15、含量的累積機制來增強對畜禽廢水脅迫的抗逆性，不利于蘆葦抵抗逆境的傷害，但從另一個角度說明蘆葦受到的傷害較小，蘆葦對畜禽廢水脅迫具有較強的抗逆性。 (10)總葉綠素含量在兩種濃度畜禽廢水脅迫下都呈現緩慢下降的趨勢，而葉綠素a/b值則均呈現上升趨勢；總葉綠素含量緩慢下降說明蘆葦葉片光合作用受到部分影響，蘆葦葉片有衰老跡象，但并未對蘆葦的生長狀況產生較大影響。葉綠素a/b值上升是由于葉綠素b下降幅度比葉綠素a下降幅度更大所致。因此，葉

16、綠素a/b值應受到葉綠素a和葉綠素b兩種因素共同作用，單純把葉綠素a/b值下降作為衡量植物葉片衰老的重要指標是有一定適用范圍的。 (11)從畜禽廢水脅迫下蘆葦的生理指標的變化結果顯示出，高濃度和中濃度畜禽廢水脅迫對蘆葦的生長狀況影響較小，表現了較強的抗逆性和耐受性。在160個隨機引物中進行篩選，找到三個能夠擴增出差異且重復性較好的RAPD引物：$74、S516和S14，說明在高濃度畜禽廢水長期污染脅迫下蘆葦在DNA水平上產生了變