環(huán)境生物技術(shù)處理畜禽養(yǎng)殖廢水的生物學(xué)效應(yīng)研究.pdf

1、近年來，隨著規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，畜禽排泄物和其他廢棄物的產(chǎn)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(xiàn)，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(dāng)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(nèi)排出的有害氣體、糞便及其分解產(chǎn)生的臭氣、動(dòng)物體表掉落的毛屑以及養(yǎng)殖場(chǎng)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(xué)方法是凈化畜禽養(yǎng)殖廢水的核心技術(shù)

2、。本文探討了好氧微生物和人工濕地技術(shù)處理畜禽養(yǎng)殖廢水的生物學(xué)效應(yīng)。 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(tǒng)中pH、氨氮負(fù)荷和碳氮比(C/N)、溶解氧(DO)幾種運(yùn)行參數(shù)對(duì)形成HNO<,2>積累的影響，在SBR系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)短程硝化的途徑，以及如何通過改變間歇式好氧系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和模式來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定亞硝酸的積累。 人工濕地試驗(yàn)在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)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(tǒng)中進(jìn)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(bào)的水山姜(Alpinia aquatuca(Koen．)Rosc)，基質(zhì)采用紫色土、河沙、礫石。研究了濕地系統(tǒng)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(jīng)一倍稀釋的畜禽廢水)處理蘆葦，對(duì)蘆葦?shù)奶J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(jìn)行了測(cè)試；對(duì)高濃度畜禽廢水污染脅迫下，濕地植物蘆葦?shù)腞APD指紋圖譜的變化進(jìn)行了研究。 研究結(jié)果表明： (1)pH值大于9時(shí)，影響亞硝酸細(xì)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(shí)達(dá)到最好的脫氮效果，亞硝酸積累量大，而此時(shí)磷去除效果相對(duì)也較好，主要是好氧反硝化菌在對(duì)除磷起作用。控制運(yùn)行過程中的曝氣量、pH值一定時(shí)，氨氮負(fù)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(huì)抑制亞硝酸細(xì)菌的活性，而硝酸細(xì)菌的活性有所提高。保持進(jìn)水穩(wěn)定的氨氮負(fù)荷、DO和pH值，進(jìn)水的COD值變化對(duì)亞硝酸積累也有影響，當(dāng)C/N=7時(shí)亞硝酸積累量大，脫氮率、除磷率和COD去除率均高。 (2)SBR系統(tǒng)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(guān)性，當(dāng)DO為3.0mg/L時(shí)，亞硝基氮的積累率達(dá)到了85％，出水氨氮為0mg/L，

6、達(dá)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(tǒng)運(yùn)行良好，除7.0mg/L外，其他濃度下，總氮去除率都達(dá)到了99％以上，COD去除率保持在95％左右，出水水質(zhì)很好。磷的去除率隨DO值的增高總體下降并呈反常波動(dòng)，DO值為0.5-1.0mg/L時(shí)，在短程硝化反硝化系統(tǒng)中總磷的去除率能夠達(dá)到90％。 (3)土壤對(duì)磷的吸附隨著振蕩時(shí)間的增加而增加，沙和礫石的吸附量在振蕩時(shí)間為8小時(shí)最大；Langm

7、uir方程，F(xiàn)reundlish方程，Temkin方程都能很好擬合人工濕地基質(zhì)對(duì)磷的等溫吸附數(shù)量，其中Langmuir等溫式的擬合程度最好；三種基質(zhì)在磷吸附上不存在競(jìng)爭(zhēng)吸附。人工濕地對(duì)磷的去除主要機(jī)理是基質(zhì)對(duì)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(zhì)對(duì)磷的吸收是沿床體方向逐漸增大的。畜禽養(yǎng)殖廢水對(duì)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?shù)厣喜糠治芰糜诘叵虏糠?。?duì)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(duì)于氮磷的去除，有植物系統(tǒng)的去除率要高于無植物系統(tǒng)，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(fù)合床的除去率均高于單獨(dú)的植物床(NO<,2><'->-N除外)。 (5)一級(jí)處理工藝(氣浮塔)和二級(jí)處理工藝(CASS池)出水按不同比例混合，對(duì)模擬人工濕地的脫氮除磷能力有一定影響：對(duì)于TP的去除，蘆葦(Phragmitesaustralis)、

9、水山姜和復(fù)合床都在進(jìn)水比為7:3時(shí)最大；對(duì)于COD的去除，三種濕地床均在進(jìn)水比為8:2時(shí)最大；對(duì)于NH<,4><'+>-N的去除，三種濕地床均在進(jìn)水比為5：5時(shí)最大。C/N比對(duì)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(fù)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(zhì)中FeCl<,3>含量的增加而增強(qiáng)。 (6)通過對(duì)污水處理站人工濕地不同部

10、位基質(zhì)的硝化、反硝化強(qiáng)度研究發(fā)現(xiàn)：人工濕地系統(tǒng)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(shí)最大；硝化與反硝化強(qiáng)度具有較明顯的分層現(xiàn)象，上層強(qiáng)度高于下層，并且沿床體方向呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)；不同的碳源對(duì)反硝化強(qiáng)度有影響：不加碳源<5倍碳源<3倍碳源。通過定期對(duì)其不同部位的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，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(shí)間和部位的變化而變化。對(duì)于氨氮來說，8月份的時(shí)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(shí)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(jīng)一倍稀釋的中濃度畜禽廢水)脅迫濕地植物蘆葦，研究其對(duì)蘆葦葉片和根系生理特性的影響。結(jié)果表明，兩種濃度畜禽廢水對(duì)蘆葦?shù)纳硖匦缘挠绊懴嗨?，但脅迫強(qiáng)度不同，各生理指標(biāo)在長(zhǎng)時(shí)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(duì)蘆葦?shù)纳碛绊懜鼮閺?qiáng)烈。人工濕地試驗(yàn)地中生長(zhǎng)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(zhǎng)狀態(tài)下生長(zhǎng)的蘆葦?shù)屯?，其余生理指?biāo)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(shí)急速下降，到中后期則逐步恢復(fù)到脅迫前的水平：CAT活性則在整個(gè)處理期間逐漸下降。POD活性的變化趨勢(shì)說明脅迫初期蘆葦受到的傷害較大，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，蘆葦對(duì)畜禽廢水的脅迫逐漸產(chǎn)生適應(yīng)性，脅迫未能引起蘆葦體內(nèi)有害物質(zhì)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(nèi)產(chǎn)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(huì)生成產(chǎn)物H<,2>O<,2>，而POD和CAT活性的變化趨勢(shì)說明POD和CAT并未能起到因消除〇<,2>帶來的危害而產(chǎn)生的H<,2>O<,2>的作用，因此推測(cè)蘆葦體內(nèi)存在另一種保護(hù)機(jī)制消除H<,2>O<,2>累積帶來的危害，這種保護(hù)機(jī)制可能是一些非酶促活性氧清除系統(tǒng)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(gè)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?shù)挚姑{迫所帶來的危害，增加抗氧化能力；在長(zhǎng)達(dá)近一個(gè)月的脅迫中蘆葦根系活力仍然維持在一個(gè)較高水平，說明蘆葦?shù)纳L(zhǎng)狀況未受到較大影響；MDA是膜脂過氧化的重要產(chǎn)物，MDA的緩慢降低顯示了蘆葦在畜禽廢水污染脅迫下，細(xì)胞膜系統(tǒng)并未遭受大的破壞，細(xì)胞膜脂過氧化作用較小，具體表現(xiàn)為電解質(zhì)滲漏減小，質(zhì)膜透性降低。脯氨酸含量的下降則說明蘆葦并未能夠啟動(dòng)脯氨酸

15、含量的累積機(jī)制來增強(qiáng)對(duì)畜禽廢水脅迫的抗逆性，不利于蘆葦?shù)挚鼓婢车膫?，但從另一個(gè)角度說明蘆葦受到的傷害較小，蘆葦對(duì)畜禽廢水脅迫具有較強(qiáng)的抗逆性。 (10)總?cè)~綠素含量在兩種濃度畜禽廢水脅迫下都呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)，而葉綠素a/b值則均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；總?cè)~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(duì)蘆葦?shù)纳L(zhǎng)狀況產(chǎn)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(yīng)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(biāo)是有一定適用范圍的。 (11)從畜禽廢水脅迫下蘆葦?shù)纳碇笜?biāo)的變化結(jié)果顯示出，高濃度和中濃度畜禽廢水脅迫對(duì)蘆葦?shù)纳L(zhǎng)狀況影響較小，表現(xiàn)了較強(qiáng)的抗逆性和耐受性。在160個(gè)隨機(jī)引物中進(jìn)行篩選，找到三個(gè)能夠擴(kuò)增出差異且重復(fù)性較好的RAPD引物：$74、S516和S14，說明在高濃度畜禽廢水長(zhǎng)期污染脅迫下蘆葦在DNA水平上產(chǎn)生了變