一种多孔生态填料系统在重金属和/或氮磷污染养殖废水修复中的应用
阅读：979发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种多孔生态填料系统在重金属和/或氮磷污染养殖废水修复中的应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种多孔生态填料系统在重金属和/或氮磷污染养殖 废 水 修复中的应用。所述多孔生态填料系统包括铺设在人工湿地处理系统底部的 基础 种植层和多孔生态混合土层，所述多孔生态混合土层是指 覆盖 在基础种植层上的活性多孔生态混合填料；所述活性多孔生态混合填料选自沸石、 生物 炭 、复合 微生物 菌剂或小球藻中的一种或几种；在所述多孔生态混合土层上种植有空心菜。本发明针对养殖污水的特点，通过填料 覆盖层 和空心菜的协同作用，能持久有效稳定的降低养殖污水中重金属和氮磷的含量，同时种植的空心菜可作为 青贮 饲料 回归农业生产重新 回收利用 ，达到变养殖、边生产、边修复的效果，运行管理方便，处理成本低，环保性好。，下面是一种多孔生态填料系统在重金属和/或氮磷污染养殖废水修复中的应用专利的具体信息内容。
1.一种多孔生态填料系统在重金属和/或氮磷污染养殖废水修复中的应用，其特征在于，所述多孔生态填料系统包括铺设在人工湿地处理系统底部的基础种植层和多孔生态混合土层，所述多孔生态混合土层是指覆盖在基础种植层上的活性多孔生态混合填料；所述活性多孔生态混合填料选自沸石、生物炭、复合微生物菌剂或小球藻中的一种或几种；在所述多孔生态混合土层上种植有空心菜。
2.根据权利要求1所述应用，其特征在于，所述活性多孔生态混合填料选自沸石、生物炭、复合微生物菌剂或小球藻中的两种或两种以上；优选为生物炭和小球藻的混合物，或者沸石和小球藻的混合物，或者沸石、生物炭、微生物与小球藻的混合物，或者生物炭和微生物的混合物，或者沸石和微生物的混合物。
3.根据权利要求2所述应用，其特征在于，按占待修复养殖废水的质量体积比计算，沸石的添加量占为1～15g/L；所述生物炭的添加量为1～15g/L；所述复合微生物菌剂的添加量为0.05～5g/L；所述小球藻的添加量为0.1～5g/L。
4.根据权利要求3所述应用，其特征在于，所述复合微生物菌剂由枯草芽孢杆菌属、酵母菌、乳酸菌和絮凝菌按照5～10∶2～10∶1～6∶1～5重量比混合而成。
5.根据权利要求1～4任一所述应用，其特征在于，空心菜的品种选自港种青绿梗叶空心菜、中国台湾大叶白骨空心菜、菜农D-95空心菜、泰国竹叶空心菜、泰国尖叶空心菜、港种大白骨空心菜、泰国中叶空心菜、广东纯青柳叶空心菜、青骨柳叶空心菜、江西大叶空心菜、河北大叶空心菜、999青骨柳叶空心菜、玉帅竹叶青空心菜、白梗柳叶空心菜、泰国空心菜、中国台湾白骨柳叶空心菜、中国台湾青梗竹叶空心菜、泰国白梗柳叶空心菜或油青空心菜中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述应用，其特征在于，所述空心菜的品种选自中国台湾大叶白骨空心菜、菜农D-95空心菜、港种青绿梗叶空心菜、泰国竹叶空心菜中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述应用，其特征在于，所述空心菜的种植规格为株行距离15cm×
25cm。
8.根据权利要求1所述应用，其特征在于，所述基础种植层的厚度为5～8cm；所述多孔生态混合土层的厚度为5～10cm。
9.根据权利要求8所述应用，其特征在于，所述基础种植层的材质为河沙、种植土或腐殖质的混合物；所述生物炭的颗粒尺寸为160～200目；所述沸石的直径为0.5～4cm。
10.根据权利要求1所述应用，其特征在于，应用方法为：
向模具中加入基础种植层材料后，将活性多孔生态混合填料和水混合搅拌后，倒入到模具中成型，控制水的添加量占活性多孔生态混合填料质量的5％～10％，使基础种植层表面均匀包裹上一层活性多孔生态混合填料形成多孔生态混合土层，得到模块化的多孔生态填料，然后投入到养殖废水的人工湿地处理系统中，并在所述多孔生态混合土层上种植空心菜。
一种多孔生态填料系统在重金属和/或氮磷污染养殖废水修
复中的应用
技术领域
[0001] 本发明属于畜禽养殖污水修复技术领域。更具体地，涉及一种多孔生态填料系统在重金属和/或氮磷污染养殖废水修复中的应用。
背景技术
[0002] 改革开放以来，我国畜牧业处于高速发展时期，2003年我国畜禽养殖业在农业产值中所占比例由1980年的18％增至34％，目前我国已成为全球最大的肉、蛋生产国，同时禽肉、猪肉和鸡蛋产量均居世界第一位(苏杨，2006)。随着养殖业的不断发展，其走向了规模化、集约化的道路。但规模化养殖带来了粪尿过于集中及冲洗水量过大所引起的污水集中排放的问题，极大的增加了畜禽场地周围的环境压力。早在2002年就有调查表明，有些规模化养猪场向环境中排放的大量污水并未经过任何处理，也有些虽然将污水经过沼气池厌氧发酵后排放，但其中污染物的含量也远超过国家规定的环保标准(金冬霞等，2002)，但问题至今也未解决。
[0003] 研究表明，畜禽养殖场排放废水的生物化学需氧量(BOD5)高达2000～8000 mg/L，COD高达5000～20000mg/L，畜禽废水含有大量有机污染物质、悬浮物以及N、P等营养物，以及大量致病的有害病菌，同时含有一定量的有害重金属元素(主要为砷)，可以通过地表径流污染地表水，或者通过土壤渗入地下污染地下水；畜禽粪便污水中的病原微生物、寄生虫卵以及孳生的蚊蝇，随水流动可能导致某些流行病的传播等。而畜禽饲料中添加的高铜、高砷、高锌等微量元素随着粪尿排出体外后，会在土壤中积累，造成土壤的矿物元素和重金属污染。
[0004] 人工湿地系统是一个完整的生态系统，它形成了内部的良好循环并具有较好的经济效益和生态效益。然而人工湿地本身也存在不足之处，比如占地面积大，水力停留时间长，处理效果受温度变化和植物生长成熟程度影响大，缺乏最优化设计规范和参数，有潜在的疾病传播媒介等，因此需要进一步的改进和完善。国内外长期实践工程表明，人工湿地对有机物的去除率较高，但对氮磷的去除率偏低且不稳定，在现有人工湿地技术基础上进一步改进，强化其脱氮除磷效率才能更好的发挥作用。研究表明，增大湿地面积、增设预处理工艺、外加曝气和更换基质填料等方法能够提高人工湿地的氮磷去除效率，但同时也带来了运行成本增加、工艺管理不便的弊端，对于经济基础薄弱的农村来说难以实施。
[0005] 在人工湿地处理系统中，基质填料是系统中重要的营养聚集场所，而粘附在填料上的微生物种群的组成以及数量直接影响着系统的净化效果。不同的基质因其性质不同，对污染物的去除能力也不相同(徐德福等，2007)。然而，目前人工湿地系统的填料仍广泛依赖于天然的碎石、砂子、土壤或碎石、炉渣等材料，但这些材料属于惰性材料，对养殖废水污染物的固定能力较差，这导致由惰性材料构建的人工湿地系统控制养殖废水污染物释放的效率较低。
[0006] 目前国内已逐渐出现利用活性填料控制废水污染的报道及相关专利，如专利 (CN 201810437182.7)《一种禽畜废弃物养分回收兼水质达标工艺方法》、(CN 201210231294.X)《一种基于模块化内置空隙性填料的人工湿地污水处理方法》、 (CN 201710784913.0)《一种高效处理氨氮废水的复合人工湿地系统》、(CN 201210269870.X)《一种反硝化聚磷菌强化人工湿地处理农村生活污水的方法》等，但上述专利普遍存在以下不足：(1)填料的紧密堆积容易导致水体底质状况的完全改变，破坏底栖生物的生存环境，虽然覆盖初期的效果较明显，但因为底栖生境的严重破坏，且难以重建，使修复水体的生态系统退化；(2)填料针对控制的废水释放污染物较为单一，且主要为氮磷，对重金属释放无法做到有效控制；(3)对于人工湿地的水生植物研究大多是集中于景观植物(如以美人蕉、芦苇等作为湿地植物)，而景观植物无法作为养殖场原料重新回收利用，造成资源的浪费；(4)一般是针对轻度污染的生活污水处理及景观水体的恢复，少有针对中、重度污染的养殖废水的研究。这些对于需要控制多种污染物的内源释放的受污染养殖废水的修复来说，显然存在着很大的局限。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于是针对现有养殖废水处理技术和人工湿地技术的不足，提供一种多孔生态填料系统在重金属和/或氮磷污染养殖废水修复中的应用。所述多孔生态填料系统通过多孔生态混合土层协同种植空心菜，能够显著降低养殖废水污染物的含量，持久、稳定的对重金属和/或氮磷污染废水进行原位修复，并且便于重建修复水体生境，种植的空心菜可作为青贮饲料回归农业生产重新回收利用，达到变养殖、边生产、边修复的效果。
[0008] 本发明通过以下技术方案实现：
[0009] 一种多孔生态填料系统在重金属和/或氮磷污染养殖废水修复中的应用，所述多孔生态填料系统包括铺设在人工湿地处理系统底部的基础种植层和多孔生态混合土层，所述多孔生态混合土层是指覆盖在基础种植层上的活性多孔生态混合填料；所述活性多孔生态混合填料选自沸石、生物炭、复合微生物菌剂或小球藻中的一种或几种；在所述多孔生态混合土层上种植有空心菜。
[0010] 本发明经过大量探索和研究，得出了一种可以应用于重金属和/或氮磷污染养殖废水修复的多孔生态填料系统。该多孔生态填料系统通过构建活性填料系统并协同种植水生植物对污染水源进行原位持续修复，主要实施方案是：利用活性多孔生态混合填料在基础种植层-水界面形成一层活性填料覆盖层，所形成的活性填料覆盖层能有效降低养殖废水中重金属以及氮磷的含量，其上种植的植物空心菜可以协同吸收孔隙水及上覆水中的氮磷营养盐及重金属。
[0011] 在一些实施例中，所述活性多孔生态混合填料选自沸石、生物炭、复合微生物菌剂或小球藻中的两种或两种以上；优选为生物炭和小球藻的混合物，或者沸石和小球藻的混合物，或者沸石、生物炭、微生物与小球藻的混合物，或者生物炭和微生物的混合物，或者沸石和微生物的混合物。本发明中通过投加沸石、生物炭、复合微生物菌剂或小球藻填料，加强了植物、基质和微生物之间的相互作用，同时加强了对湿地的强化作用，有效提高了污水中重金属及氮磷素的去除效率。
[0012] 在一些优选实施例中，按占待修复养殖废水的质量体积比计算，所述沸石的添加量为1～15g/L，优选5～10g/L；所述生物炭的添加量为1～15g/L，优选5～ 10g/L；所述复合微生物菌剂的添加量为0.05～5g/L，优选0.1～1.5g/L；所述小球藻的添加量为0.1～5g/L，优选0.16～3.5g/L。综合考虑多方面因素，包括多孔生态混合土层的流动性、分散性、黏性等性质，保证其能够很好的直接覆盖于基础种植层而形成多孔生态混合土层，而且要能够适合于空心菜生长，以及多孔生态混合土层与空心菜对重金属和氮磷污染物的协同控制和去除作用，得出上述实施范围。
[0013] 在一些实施例中，所述复合微生物菌剂由枯草芽孢杆菌属、酵母菌、乳酸菌和絮凝菌按照5～10∶2～10∶1～6∶1～5重量比混合而成。
[0014] 在一些优选实施例中，所述复合微生物菌剂的活菌总数≥5.0×109cfu·g-1，优选5.0×109～5.0×1010cfu·g-1。
[0015] 在一些实施例中，所述空心菜的品种选自港种青绿梗叶空心菜、中国台湾大叶白骨空心菜、菜农D-95空心菜、泰国竹叶空心菜、泰国尖叶空心菜、港种大白骨空心菜、泰国中叶空心菜、广东纯青柳叶空心菜、青骨柳叶空心菜、江西大叶空心菜、河北大叶空心菜、999青骨柳叶空心菜、玉帅竹叶青空心菜、白梗柳叶空心菜、泰国空心菜、中国台湾白骨柳叶空心菜、中国台湾青梗竹叶空心菜、泰国白梗柳叶空心菜或油青空心菜中的一种或几种。
[0016] 在另一些优选实施例中，所述空心菜的品种选自中国台湾大叶白骨空心菜、菜农 D-95空心菜、港种青绿梗叶空心菜、泰国竹叶空心菜中的一种或几种。本发明经过广泛而深入的研究，发现积累As含量较高的4个品种(中国台湾大叶白骨空心菜、菜农D-95空心菜、港种青绿梗叶空心菜、泰国竹叶空心菜)转运系数均大于1，即地上部分As含量高于地下部分，其中除泰国竹叶空心菜转运系数为1.08，地上部分As含量略高于地下部分。且中国台湾大叶白骨空心菜、菜农D-95空心菜、港种青绿梗叶空心菜生物量较高，均大于10g。因此，综合来看，相对高累积 As的空心菜品种是中国台湾大叶白骨空心菜、菜农D-95空心菜、港种青绿梗叶空心菜、泰国竹叶空心菜。
[0017] 在一些优选实施例中，所述空心菜的种植规格为株行距离15cm×25cm。
[0018] 在一些优选实施例中，所述基础种植层的厚度为5～8cm，优选6cm；所述多孔生态混合土层的厚度为5～10cm，优选5～8cm。
[0019] 在一些优选实施例中，所述多孔生态混合土层的孔隙率>30％，优选33％～ 38％。
[0021] 在一些优选实施例中，所述生物炭包括麦麸、玉米秸秆炭或小麦秸秆炭中的一种或几种，优选为麦麸。
[0022] 在一些优选实施例中，所述生物炭的颗粒尺寸为160～200目；所述沸石的直径为0.5～4cm。
[0023] 在一些优选实施例中，所述沸石包括丝光沸石和/或方沸石。
[0024] 在一些优选实施例中，所述小球藻以对数生长期的小球藻藻液的形式加入。
[0025] 在一些优选实施例中，将小球藻按照常规培养获得种子液，然后按照1：10 的体积比转入小球藻驯化培养基，培养12小时，得到小球藻液。可按投入量为(2～10)×108CFU的投入量直接向人工湿地中加入小球藻液，也可将小球藻液离心后取沉淀称重加入。
[0026] 在一些实施例中，利用上述多孔生态填料系统在重金属和/或氮磷污染养殖废水修复的方法为：
[0027] 向模具中加入基础种植层材料后，将活性多孔生态混合填料和水混合搅拌后，倒入到模具中成型，控制水的添加量占活性多孔生态混合填料质量的5％～ 10％，使基础种植层表面均匀包裹上一层活性多孔生态混合填料形成多孔生态混合土层，得到模块化的多孔生态填料，然后投入到养殖废水的人工湿地处理系统中，并在所述多孔生态混合土层上种植空心菜。
[0028] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0029] (1)本发明针对畜禽养殖污水的特点，利用活性多孔生态混合填料和空心菜对湿地的协同强化作用，经吸附、离子交换、植物吸收转运和微生物降解等过程，降低水体中的重金属、有机物、氮、磷等污染物的含量，使出水水质指标总磷(TP)、氨氮(NH4+-N)、COD达到《畜禽养殖业污染物排放标准》(DB 44/613-2009)标准，同时As、Cu、Zn含量指标达到《污水综合排放标准》(GB 8978-88)标准。
[0030] (2)本发明所述的多孔生态填料系统采用的活性填料为沸石、生物炭、复合微生物菌剂、小球藻，或者他们的混合物，该活性填料可以有效的吸收养殖废水中的重金属和/或氮磷，能够做到一次覆盖，多重控制。
[0031] (3)本发明所述的多孔生态填料系统中种植于多孔生态混合土层之上的空心菜不仅可以有效的协同多孔生态混合土层降低重金属和/或氮磷的含量，并有助于恢复修复水体生境，改善水体质量，且具有良好的景观效果，同时种植的空心菜可作为青贮饲料回归农业生产重新回收利用，达到变养殖、边生产、边修复的效果。
[0033] 图1为室内模拟人工湿地试验现场示意图。
具体实施方式
[0034] 以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。实施方式中简单参数的替换不能一一在实施例中赘述，但并不因此限制本发明，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，应被视为等效的置换方式，都应包含在本发明范围内。
[0035] 除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
[0036] 除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
[0037] As、Cu、Zn的测定
[0038] (1)植物样：称取0.2g植物干样，加8mL硝酸+2mL 30％过氧化氢，经微波消解(CEM Mars6)后，用双道原子荧光光度计(AFS-230E，北京科创海光仪器有限公司)测定消解液中As含量，用原子吸收分光光度计 (ZEEnit700P，德国耶拿)测定消解液中Cu、Zn含量。
[0039] (2)水样：取5mL水样，加5mL硝酸，经微波消解(CEM Mars6)后，用双道原子荧光光度计(AFS-230E，北京科创海光仪器有限公司)测定消解液中As含量，用原子吸收分光光度计(ZEEnit700P，德国耶拿)测定消解液中Cu、 Zn含量。
[0040] 转移系数计算
[0041] 转移系数＝地上部分As含量/地下部分As含量
[0042] 水质的测定
[0043] 总磷：钼酸铵分光光度法(GB 11893-89)；
[0044] 氨氮：次氯酸钠–水杨酸分光光度法(HJ 534—2009)；
[0045] CODCr：微波消解-重铬酸钾法，参照Dharmadhikari(Dharmadhikari et al., 2005)的方法，取3mL水样于消解罐中，加入1.5mL重铬酸钾标准溶液(1/6 K2CrO7＝
0.2500mol/L)、0.06g硫酸汞、4.5mL硫酸-硫酸银溶液(500mL浓硫酸中加入5g硫酸银)，经微波消解(CEM Mars6)15min后，滴加3滴试亚铁灵指示液，用硫酸亚铁铵标准溶液[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0.1mol/L]滴定；
0.2500mol/L)、0.06g硫酸汞、4.5mL硫酸-硫酸银溶液(500mL浓硫酸中加入5g硫酸银)，经微波消解(CEM Mars6)15min后，滴加3滴试亚铁灵指示液，用硫酸亚铁铵标准溶液[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0.1mol/L]滴定；
[0046] pH：pH计(PB-10，Sartorius)直接测定。
[0047] 小球藻菌种购于中国水产科学研究院珠江水产研究所，在对数生长期按1：10加于无氮的BG11培养基，在光强2700Lx，温度28℃的条件下培养10天至对数生长期，然后用100mL的离心管在转数为3000转的条件下离心后取沉淀称重。
[0048] 实施例1空心菜品种的筛选
[0049] 1、方法
[0050] (1)试验在华南农业大学生态系农场水泥池(长1m×宽1m×高0.65m) 中进行，15个水泥池，将水泥池内均分成4个小区(每个小区面积长0.5m×宽 0.5m)，共有个小区60块，19个供试空心菜品种均重复3次共需57块小区(空余3小块不种植物)，将19种不同空心菜品种的种子各20粒随机播种于各小区中，待植株长出第1片真叶后定苗4株。试验期间不定期(1～2d)向水泥池中加入等量自来水。定植60d(2015年4～6月)后，在各池4株空心菜中任取一株测定19个空心菜品种的生物量以及砷含量。
[0051] (2)供试水泥池土壤来自华南农业大学生态学系农场的耕作层。土壤采集后剔除碎石、枯叶等杂物，自然风干，过2mm筛后混匀备用。水泥池小区As 污染土壤浓度设置为人工再添加50mg As·kg-1(以三氧化二砷加入，按耕作层 30cm计算)，种植一季水稻老化As后，取样检测其基本理化性质，见表1。
[0052] 表1供试土壤的理化性质
[0053]
[0054] (3)植物样品的处理：将整株空心菜地上部与地下部(根系)分开，依次用自来水、蒸馏水、去离子水完全洗净后用吸水纸把植株表面水分吸干，装入信封，编号后置于60℃烘箱中烘干至恒重，称干重。然后用粉碎机将空心菜地上部及地下部粉碎，贮存于封口袋中待总As含量分析。
[0055] 转移系数＝地上部分As含量/地下部分As含量。
[0056] 2、结果
[0057] (1)As胁迫对不同品种空心菜生物量的影响
[0058] 表2 19个品种空心菜的生物量
[0059]
[0060] 注：所有数据均为均值±标准误(n＝3)，同一列不同小写字母表示品种间显著差异(p<0.05)。
[0061] 由表2可知，19个品种空心菜地上部分生物量(以干重计)范围是1.22～ 19.43g，均值为9.26g，生物量最大的品种是泰国尖叶空心菜，生物量最小的品种是青骨柳叶空心菜，相差15.93倍，其中泰国尖叶空心菜生物量与泰国竹叶空心菜、中国台湾白骨柳叶空心菜、江西大叶空心菜、999青骨柳叶空心菜、青骨柳叶空心菜这5个品种生物量差异达显著水平(p<0.05)；而中国台湾青梗竹叶空心菜生物量与999青骨柳叶空心菜、青骨柳叶空心菜这两个品种生物量差异达显著水平(p <0.05)；而其余品种生物量之间没有显著差异(p>0.05)；地下部分生物量范围是 0.63～4.12g，相差5.6倍，均值是1.79g，19种空心菜品种间地下部分生物量差异达显著水平(p<0.05)。
[0062] (2)不同品种空心菜As含量的差异
[0063] 表3空心菜地上部与地下部中As累积的品种差异
[0064]
[0065] 注：所有数据均为均值±标准误(n＝3)，同一列不同小写字母表示品种间显著差异(p<0.05)。
[0066] 由表3可知，空心菜品种间As含量差异很大，其中地上部分As含量最高的是港种青绿梗叶空心菜为191.12mg·kg-1，As含量最低的是油青空心菜为0.73 mg·kg-1；地下部分As含量最高的是中国台湾白骨柳叶空心菜为229.76mg·kg-1，含量最低品种为青骨柳叶空心菜达78.57mg·kg-1。且19个空心菜品种的转运系数差异明显，最低的中国台湾白骨柳叶空心菜为0.004，最高的港种青绿梗叶空心菜为2.19。其中中国台湾大叶白骨空心菜、菜农D-95空心菜、港种青绿梗叶空心菜、泰国竹叶空心菜4个品种的转运系数大于1。
[0067] 实施例2室内模拟人工湿地处理系统对猪场沼液的净化效果研究
[0068] 1、方法
[0069] 试验在华南农业大学农学院环境生态试验室进行，试验以长×宽×高＝0.5× 0.3×0.4的透明玻璃缸为容器，底层铺4cm的河沙用以固定空心菜的根系，每个玻璃缸种植
6株长势一致空心菜(株高15cm)。试验共计30d(2016年10～ 11月)，分两个阶段进行，每个阶段15d。室内模拟人工湿地试验现场示意图见图1。
6株长势一致空心菜(株高15cm)。试验共计30d(2016年10～ 11月)，分两个阶段进行，每个阶段15d。室内模拟人工湿地试验现场示意图见图1。
[0070] 其中，复合微生物菌剂由枯草芽孢杆菌属、酵母菌、乳酸菌、絮凝菌按照 7.5∶6∶3∶2.5重量比混合而成。性状为粉末状。活菌总数≥5.0×109cfu·g-1。
[0071] 供试沼液来自某广东某养猪场，为猪场冲舍废水经隔渣固液分离后，再经厌氧沼气发酵处理后排出的废水，性质如表4、表5所示。
[0072] 表4试验二第一阶段沼液(A)水质
[0073]
[0074] 表5试验二第二阶段沼液(B)水质
[0075]
[0076] (1)第一阶段：按水：沼液＝3：1的比例加入12L水、6L沼液，试验共8 个处理。处理如表6所示。
[0077] 表6室内模拟人工湿地试验设计处理组
[0078]
[0079]
[0080] 每个处理重复三次，共24个处理。试验期间每隔5天用自来水补充各玻璃缸中蒸发的水分以保持每个玻璃缸恒定的水样体积。处理15天后沿水面两个节处收割空心菜的地上+部分。于试验的第1、3、5、7、10、15天测量水中的TP 及NH4-N的含量，第5、10、15天测定水中的COD含量。试验结束后测定植物样及水样中的Cu、Zn、As含量。
[0081] (2)第二阶段：在第一阶段的第15天收割空心菜的地上部分结束后补充 12L的沼液(B)，其余处理不变。试验为期15天，试验期间每隔5天用自来水补充各玻璃缸中蒸发的水分以保持每个玻璃缸恒定的水样体积。于试验的第1、 5、10、15天测量水中的TP及NH4+-N的含量，第1、7、15天测定水中的COD 含量。试验结束后测定植物样及水样中的Cu、Zn、As含量。
[0082] 另外，本实验中以下所有数据均为均值±标准误(n＝3)，同一列不同小写字母表示处理间显著差异(p<0.05)，同一行不同大写字母表示不同时间显著差异(p<0.05)。T1代表沸石；T2代表生物炭；T3代表沸石+微生物；T4代表沸石+小球藻；T5代表生物炭+微生物；T6代表生物炭+小球藻；T7代表沸石 +生物炭+微生物+小球藻。
[0083] 2、室内模拟人工湿地处理系统对TP的去除效果
[0084] (1)第一阶段
[0085] 表7室内模拟人工湿地系统第一阶段TP含量变随时间化情况(mg/L)
[0086]
[0087]
[0088] 由表7可知，室内模拟人工湿地处理系统第一阶段各处理TP的去除率在 71.60％～92.11％之间，净化能力大小为：T6(生物炭+小球藻)>T7(沸石+生物炭+ 微生物+小球藻)>T5(生物炭+微生物)>T2(生物炭)＝T3(沸石+微生物)>T4(沸石+小球藻)>T1(沸石)>CK。
[0089] 由试验的去除率大小：T3>T4>T1，T6>T5>T2；可以知道沸石、生物炭与复合微生物菌剂结合对空心菜人工湿地系统的净化效果的增强与沸石、微生物单独添加相比有一定的优势，且不同组合的去除效果不一致，但也并不意味着添加的填料越多净化效果越好。
[0090] (2)第二阶段
[0091] 表8室内模拟人工湿地系统第二阶段TP含量变随时间化情况(mg/L)
[0092]
[0093] 由表8可知，室内模拟人工湿地处理系统第二阶段各处理TP的去除率在 64.13％～82.03％之间，净化能力大小为：T4(沸石+小球藻)>T6(生物炭+小球藻)>T7(沸石+生物炭+微生物+小球藻)>T2(生物炭)>T3(沸石+微生物)> CK>T1(沸石)>T5(生物炭+微生物)。
[0094] 综上，各处理在试验第一阶段对TP的去除效果比第二阶段好，空心菜湿地处理系统对沼液TP的净化有一定的效果，沸石、生物炭的吸附效果随时间的增长而降低，有一定的吸附极限，但无论是第一阶段还是第二阶段，沸石与小球藻的组合、生物炭与小球藻的组合添加到空心菜湿地系统对TP都保持较好的去除效果。
[0095] 3、室内模拟人工湿地处理系统对NH4+-N的去除效果
[0096] (1)第一阶段
[0097] 表9室内模拟人工湿地系统第一阶段NH4+-N含量变随时间化情况(mg/L)[0098]
[0099] 由表9可知，第一阶段各处理NH4+-N去除率在88.01％～99.55％之间，净化能力大小为：T7(沸石+生物炭+微生物+小球藻)>T3(沸石+微生物)>T5(生物炭 +微生物)>T6(生物炭+小球藻)>T4(沸石+小球藻)>T1(沸石)>T2(生物炭)>CK。
[0100] (2)第二阶段
[0101] 表10室内模拟人工湿地系统第二阶段NH4+-N含量变随时间化情况(mg/L)[0102]
[0103]
[0104] 由表11可知，第二阶段各处理NH4+-N的去除率在69.67％～100.00％之间，净化能力大小为：T7(沸石+生物炭+微生物+小球藻)＝T4(沸石+小球藻)>T6(生物炭+小球藻)>T3(沸石+微生物)>T5(生物炭+微生物)>T2(生物炭)>T1(沸石)> CK。
[0105] 综上，除T4、T6、T7处理在第二阶段试验对NH4+-N的去除效果好于第一阶段外，其余处理均是在第一阶段比第二阶段对NH4+-N有更好的去除效果，空心菜人工湿地对NH4+-N有较好的去除效果，且无论是第一阶段还是第二阶段沸石、生物炭、复合微生物菌剂、小球藻+叠加使用对NH4-N都有最好的去除效果。
[0106] 4、室内模拟人工湿地处理系统对COD去除效果
[0107] (1)第一阶段
[0108] 表11室内模拟人工湿地系统第一阶段COD含量变随时间化情况(mg/L)
[0109]
[0110] 由表11所示，第一阶段各处理COD去除率在80.32％～84.11％之间，净化能力大小为：T7(沸石+生物炭+微生物+小球藻)>T5(生物炭+微生物)>T3(沸石+ 微生物)＝T4(沸石+小球藻)＝T6(生物炭+小球藻)>T1(沸石)>T2(生物炭)>CK。
[0111] (2)第二阶段
[0112] 表12室内模拟人工湿地系统第二阶段COD含量变随时间化情况(mg/L)
[0113]
[0114] 由表12可知，第二阶段各处理COD的去除率在95.10％～98.77％之间，净化能力大小为：T6(生物炭+小球藻)>T5(生物炭+微生物)>T1(沸石)>T4(沸石+小球藻)>T7(沸石+生物炭+微生物+小球藻)>T3(沸石+微生物)>CK>T2(生物炭)。
[0115] 综上，各处理在第二阶段对COD的去除效果比第一阶段的去除效果要好，前期各处理对COD的去除效果差异不大，后期微生物菌剂、小球藻与生物炭结合使用对COD的去除表现出明显的优势。
[0116] 5、室内模拟人工湿地处理系统对As去除效果
[0117] (1)第一阶段
[0118] 表13第一阶段对水中As去除效果(As：μg/L)
[0119]
[0120]
[0121] 由表13可知，室内模拟人工湿地处理系统试验第一阶段各处理对水中As 的去除率在74.61％～83.89％之间，去除率最高的是T5，去除率最低的是T1。
[0122] (2)第二阶段
[0123] 表14第二阶段对水中As去除效果(As：μg/L)
[0124]
[0125] 微生物菌剂与生物炭叠加施用以及沸石、生物炭、微生物菌剂、小球藻叠加施用于空心菜人工湿地系统都表现出对As有较好的去除效果。第二阶段各处理对水中As的去除率在35.38％～74.09％之间。
[0126] 综上，空心菜人工湿地系统对重金属As有显著的去除效果。
[0127] 6、室内模拟人工湿地处理系统中空心菜累积重金属含量
[0128] 表15室内第一阶段空心菜地上部分重金属含量(mg/kg)
[0129]
[0130]
[0131] 上述结果表明，沸石、生物炭作为吸附剂添加到空心菜人工湿地系统能降低空心菜对Cu、Zn、As的累积效果，且沸石对Cu的累积效果的降低较为明显。
[0132] 表16室内第二阶段空心菜As含量(mg/kg)
[0133]
[0134] 由表16可知，室内模拟人工湿地处理系统第二阶段空心菜地上、地下部分累积As含量大小为：地下部分>地上部分。
[0135] 综上，沸石、生物炭作为吸附剂添加到空心菜人工湿地系统中能够减少空心菜对重金属Cu、Zn、As的累积量，所有处理空心菜累积Cu含量都符合《饲料中Cu的允许量》(GB 26419-2010)中仔猪配合饲料(Cu≤200mg/kg)以及生长肥育猪前期配合饲料(20kg～60kg体重)(Cu≤150mg/kg)标准；所有处理空心菜累积Zn含量都符合《饲料中锌的允许量》(NY
929-2005)；所有处理空心菜累积As含量都符合《饲料卫生标准》(GB 13078-2001)(As≤
10mg·kg-1)。因此，空心菜人工湿地处理中湿地植物空心菜可以作为青贮饲料回归农业生产。
929-2005)；所有处理空心菜累积As含量都符合《饲料卫生标准》(GB 13078-2001)(As≤
10mg·kg-1)。因此，空心菜人工湿地处理中湿地植物空心菜可以作为青贮饲料回归农业生产。
[0136] 实施例3活性多孔生态填料的制备和应用
[0137] 1、原料：市购的沸石、生物炭、复合微生物菌剂(由枯草芽孢杆菌属、酵母菌、乳酸菌和絮凝菌混合而成)和小球藻。
[0138] 2、原料处理：将沸石和生物炭粉碎、过筛、清洗，选取直径为0.5～4cm 的沸石，将生物炭过160目筛，以目标孔隙率>30％设计，按占待修复养殖废水的质量体积比计算，沸石的添加量为5g/L，生物炭的添加量为5g/L，复合微生物菌剂的添加量为0.1g/L，小球藻的添加量为0.16g/L，将沸石、生物炭、复合微生物菌剂、小球藻和水(控制水的添加量占活性多孔生态混合填料质量的8％) 搅拌混合得到活性多孔生态混合填料。
[0139] 3、制备：向模具中加入河沙形成基础种植层，控制基础种植层厚度为6cm；将步骤(2)得到的活性多孔生态混合填料直接覆盖在基础种植层上，使基础种植层表面均匀包裹上一层活性多孔生态混合填料形成多孔生态混合土层，控制多孔生态混合土层厚度为8cm，即可得到活性多孔生态填料。
[0140] 4、应用
[0141] 本实施例实施地点在广州增城地区某公司养猪场的人工湿地进行。该养猪厂每天排放废水量约为500m3，主要包括猪尿、部分猪粪和猪舍冲洗水，属于高浓度有机废水，而且悬浮物和氨氮含量大。主要污染物年平均浓度为：COD＝11400 mg/L，总磷＝25mg/L，氨氮＝417mg/L，As＝108μg/L，Cu＝7mg/L，Zn＝0.8mg/L。具体步骤为：
[0142] 在启动运行期，将上述步骤(3)制备的活性多孔生态填料投加于人工湿地中。并在人工湿地上种植泰国尖叶空心菜。在运行过程中，将生活污水和养猪场废弃物经固液分离产生的有机废水，经酸碱度调节后依序进入黑膜沼气池、DST 微生物选择塘厌氧发酵池、DST深度处理生化池处理后，再进入人工湿地，污水在人工湿地内的水力停留时间10天。经人工湿地处理后的水进入絮凝沉淀池进行沉淀处理后进入排水池。通过空心菜、沸石、生物炭微生物和小球藻之间的相互作用，经吸附、离子交换、植物吸收转移等过程，有效降低水体中的重金属 (主要是As、Cu、Zn)、有机物、氮、磷等污染物的含量。
[0143] 实施例4活性多孔生态填料的制备和应用
[0144] 1、原料：市购的沸石、生物炭、复合微生物菌剂(由枯草芽孢杆菌属、酵母菌、乳酸菌和絮凝菌混合而成)和小球藻。
[0145] 2、原料处理：将沸石和生物炭粉碎、过筛、清洗，选取直径为0.5～4cm 的沸石，将生物炭过200目筛，以目标孔隙率>30％设计，按占待修复养殖废水的质量体积比计算，沸石的添加量为10g/L，生物炭的添加量为10g/L，复合微生物菌剂的添加量为1.5g/L，小球藻的添加量为3.5g/L，将沸石、生物炭、复合微生物菌剂、小球藻和水(控制水的添加量占活性多孔生态混合填料质量的 8％)搅拌混合得到活性多孔生态混合填料。
[0146] 3、制备：向模具中加入种植土形成基础种植层，控制基础种植层厚度为6cm；将步骤(2)得到的活性多孔生态混合填料直接覆盖在基础种植层上，使基础种植层表面均匀包裹上一层活性多孔生态混合填料，从而形成多孔生态混合土层，控制多孔生态混合土层厚度为5cm，即可得到活性多孔生态填料。
[0147] 4、应用
[0148] 本实施例实施地点在广州增城地区某公司养猪场的人工湿地进行。该养猪厂每天3
排放废水量约为500m ，主要包括猪尿、部分猪粪和猪舍冲洗水，属于高浓度有机废水，而且悬浮物和氨氮含量大。主要污染物年平均浓度为：COD＝11400 mg/L，总磷＝25mg/L，氨氮＝
417mg/L，As＝108μg/L，Cu＝7mg/L，Zn＝0.8mg/L。具体步骤为：
排放废水量约为500m ，主要包括猪尿、部分猪粪和猪舍冲洗水，属于高浓度有机废水，而且悬浮物和氨氮含量大。主要污染物年平均浓度为：COD＝11400 mg/L，总磷＝25mg/L，氨氮＝
417mg/L，As＝108μg/L，Cu＝7mg/L，Zn＝0.8mg/L。具体步骤为：
[0149] 在启动运行期，将上述步骤(3)制备的活性多孔生态填料投加于人工湿地中。并在人工湿地上种植泰国尖叶空心菜。在运行过程中，将生活污水和养猪场废弃物经固液分离产生的有机废水，经酸碱度调节后依序进入黑膜沼气池、DST 微生物选择塘厌氧发酵池、DST深度处理生化池处理后，再进入人工湿地，污水在人工湿地内的水力停留时间10天。
[0150] 实施例5活性多孔生态填料的制备和应用
[0151] 1、原料：市购的沸石、生物炭、复合微生物菌剂(由枯草芽孢杆菌属、酵母菌、乳酸菌和絮凝菌混合而成)和小球藻。
[0152] 2、原料处理：将沸石和生物炭粉碎、过筛、清洗，选取直径为0.5～4cm 的沸石，将生物炭过200目筛，以目标孔隙率>30％设计，按占待修复养殖废水的质量体积比计算，沸石的添加量为15g/L，生物炭的添加量为15g/L，复合微生物菌剂的添加量为5g/L，小球藻的添加量为5g/L，将沸石、生物炭、复合微生物菌剂、小球藻和水(控制水的添加量占活性多孔生态混合填料质量的5％) 搅拌混合得到活性多孔生态混合填料。
[0153] 3、制备：向模具中加入种植土形成基础种植层，控制基础种植层厚度为8cm；将步骤(2)得到的活性多孔生态混合填料直接覆盖在基础种植层上，使基础种植层表面均匀包裹上一层活性多孔生态混合填料，从而形成多孔生态混合土层，控制多孔生态混合土层厚度为10cm，即可得到活性多孔生态填料。
[0154] 4、应用
[0155] 本实施例实施地点在广州增城地区某公司养猪场的人工湿地进行。该养猪厂每天排放废水量约为500m3，主要包括猪尿、部分猪粪和猪舍冲洗水，属于高浓度有机废水，而且悬浮物和氨氮含量大。主要污染物年平均浓度为：COD＝11400 mg/L，总磷＝25mg/L，氨氮＝417mg/L，As＝108μg/L，Cu＝7mg/L，Zn＝0.8mg/L。具体步骤为：
[0156] 在启动运行期，将上述步骤(3)制备的活性多孔生态填料投加于人工湿地中。并在人工湿地上种植泰国尖叶空心菜。在运行过程中，将生活污水和养猪场废弃物经固液分离产生的有机废水，经酸碱度调节后依序进入黑膜沼气池、DST 微生物选择塘厌氧发酵池、DST深度处理生化池处理后，再进入人工湿地，污水在人工湿地内的水力停留时间10天。
[0157] 实施例6活性多孔生态填料的制备和应用
[0158] 1、原料：市购的沸石、生物炭、复合微生物菌剂(由枯草芽孢杆菌属、酵母菌、乳酸菌和絮凝菌混合而成)和小球藻。
[0159] 2、原料处理：将沸石和生物炭粉碎、过筛、清洗，选取直径为0.5～4cm 的沸石，将生物炭过200目筛，以目标孔隙率>30％设计，按占待修复养殖废水的质量体积比计算，沸石的添加量为1g/L，生物炭的添加量为1g/L，复合微生物菌剂的添加量为0.1g/L，小球藻的添加量为0.16g/L，将沸石、生物炭、复合微生物菌剂、小球藻和水(控制水的添加量占活性多孔生态混合填料质量的5％) 搅拌混合得到活性多孔生态混合填料。
[0160] 3、制备：向模具中加入种植土形成基础种植层，控制基础种植层厚度为5cm；将步骤(2)得到的活性多孔生态混合填料直接覆盖在基础种植层上，使基础种植层表面均匀包裹上一层活性多孔生态混合填料，从而形成多孔生态混合土层，控制多孔生态混合土层厚度为5cm，即可得到活性多孔生态填料。
[0161] 4、应用
[0162] 本实施例实施地点在广州增城地区某公司养猪场的人工湿地进行。该养猪厂每天排放废水量约为500m3，主要包括猪尿、部分猪粪和猪舍冲洗水，属于高浓度有机废水，而且悬浮物和氨氮含量大。主要污染物年平均浓度为：COD＝11400 mg/L，总磷＝25mg/L，氨氮＝417mg/L，As＝108μg/L，Cu＝7mg/L，Zn＝0.8mg/L。具体步骤为：
[0163] 在启动运行期，将上述步骤(3)制备的活性多孔生态填料投加于人工湿地中。并在人工湿地上种植泰国尖叶空心菜。在运行过程中，将生活污水和养猪场废弃物经固液分离产生的有机废水，经酸碱度调节后依序进入黑膜沼气池、DST 微生物选择塘厌氧发酵池、DST深度处理生化池处理后，再进入人工湿地，污水在人工湿地内的水力停留时间10天。
[0164] 最后测得实施例3～6排水池的出水水质指标总磷(TP)、氨氮(NH4+-N)、 COD均达到《畜禽养殖业污染物排放标准》(DB 44/613-2009)标准，同时As、 Cu、Zn含量指标均达到《污水综合排放标准》(GB 8978-88)标准。且实施例 3和实施例4重金属As的去除效果好于实施例5和6。
[0165] 本发明上述实施例中污水在黑膜沼气池、DST微生物选择塘厌氧发酵池、 DST深度处理生化池、絮凝沉淀池的处理时间，养殖污水处理领域的技术人员可以根据实际污染情况进行适当调整。
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