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我国是畜禽养殖行业大国,而畜禽养殖废水经过处理达到畜禽养殖废水排放标准后依然含有高浓度的氮素、磷素、碳水化合物,并且还含有一定量的残留兽用抗生素以及抗生素抗性基因。水生植物滤床(APFB)技术是一种利用水生植物对污染水体直接进行净化的原位处理技术,不仅可以净化污水,还能产出经济作物。虽然水生植物滤床还未应用于净化畜禽养殖废水,但其诸多优点能满足畜禽养殖废水的处理要求。本文以西洋菜和空心菜两种水生蔬菜作为研究对象,对水生植物滤床去除氮磷的工艺特性进行了研究,包括水力负荷、栽培水位及植物的收割频率等因素对污染物去除效果的影响;探讨了抗生素胁迫对空心菜生理特性的影响;分析了抗生素在水生植物滤床系统内的去除效果、抗性基因含量水平以及抗生素浓度与抗性基因含量的相关性。本研究主要内容如下:
⑴考察了水力负荷、栽培水位对氮磷去除效果的影响。结果表明,最佳水力负荷为0.05 m3·(m2·d)-1,在此负荷下,水生植物滤床系统在低水位条件下对污染物的去除效果比高水位时的去除效果好,最佳栽培水位宜控制在10 cm左右。
⑵通过考察植物收割频率对水中氮磷去除率、对植物产出量以及植物对氮磷吸收量的影响,为确定植物最佳收割方式提供相关依据。西洋菜滤床系统中,增大收割频率会降低系统TN和TP的去除效果,即45 d收割1次的氮磷处理效果比30d收割1次的氮磷处理效果好,而且每45 d收割1次的西洋菜总产出量最高(2.17 Kg·m-2);空心菜滤床系统中,收割频率对污染物去除有明显影响,每15d收割1次时的COD、TN、TP的去除效果最好,空心菜总产出量也最高(3.12 Kg·m-2)。因此,西洋菜宜每45 d收割1次,空心菜宜每15d收割1次。
⑶通过考察抗生素胁迫对空心菜生理特性的影响,探明了空心菜能适应的抗生素浓度范围。土霉素(OTC),磺胺二甲基嘧啶(SM2)和环丙沙星(CIP)三种抗生素在浓度为0.1~1000μg·L-1范围内,低浓度(<1.0μg·L-1)抗生素对空心菜生长具有刺激效应;高浓度(>50μg· L-1)抗生素对空心菜生长具有毒性效应,抑制空心菜生长。
⑷通过考察水生植物滤床对抗生素的去除效果,评价了水生植物滤床对抗生素的去除能力。APFB系统对OTC、SM2和CIP三种抗生素均有较好的去除效果, OTC、SM2和CIP在种植西洋菜的APFB系统中的去除率分别为90.42±3.74%、78.35±5.22%、88.72±5.37%;种植空心菜的APFB系统的去除率分别为92.70±1.52%、89.62±1.93%、94.96±4.51%,其去除率高于种植西洋菜的APFB系统。