李宗宇 顏志俊 趙海濤 張明月 鄭盛陽(yáng) 李天鵬 王波

摘要：【目的】探討蚯蚓添加量、布料強(qiáng)度和布料方式等工藝參數(shù)對(duì)蚯蚓生物濾池凈化養(yǎng)殖污水的影響特征，確定濾池規(guī)模化處理畜禽養(yǎng)殖污水的最佳條件，為養(yǎng)殖污水處理提供技術(shù)支撐?！痉椒ā坎捎抿球旧鷳B(tài)濾池技術(shù)凈化養(yǎng)殖污水，測(cè)定水樣中的總氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、硝氮（NO3--N）、總磷（TP）、磷酸鹽（PO43-）、化學(xué)需氧量（COD）、pH和電導(dǎo)率（EC）等指標(biāo)。【結(jié)果】在相同蚯蚓添加量和濾料總量下，單層生態(tài)濾池去除養(yǎng)殖污水中TN、NH4+-N、NO3--N和COD的效果優(yōu)于雙層，但去除PO43-的效果劣于雙層；布料強(qiáng)度為2.25～4.50 m3/m2·d時(shí)，最有利于養(yǎng)殖污水中NH4+-N、TN、TP和COD的去除，但對(duì)NO3--N含量、pH和EC變化無(wú)明顯影響；蚯蚓添加量為0.5 kg/箱的處理對(duì)進(jìn)水TN、NO3--N、NH4+-N、TP、PO43-和COD的平均去除率明顯小于投入量1.0～2.0 kg/箱的處理，但蚯蚓添加量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致出水EC增加?！窘Y(jié)論】蚯蚓生態(tài)濾池能夠持續(xù)高效并相對(duì)穩(wěn)定地去除養(yǎng)殖污水中氮、磷和碳等污染物質(zhì)。綜合成本和效率因素，蚯蚓生態(tài)濾池凈化養(yǎng)殖污水工藝建議采用單層布料，布料強(qiáng)度4.50 m3/m2·d，蚯蚓添加量1.0 kg/箱。

關(guān)鍵詞： 蚯蚓生態(tài)濾池；畜禽養(yǎng)殖污水；布料方式；布料強(qiáng)度；蚯蚓添加量

中圖分類(lèi)號(hào)： X506 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-1191（2017）03-0433-08

0 引言

【研究意義】畜禽養(yǎng)殖污水具有數(shù)量大、氮磷等污染物濃度高等特點(diǎn)，是水環(huán)境的高危污染源，也是導(dǎo)致平原河網(wǎng)區(qū)生態(tài)型缺水的重要因素（付意成等，2010）。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，2010年我國(guó)畜禽養(yǎng)殖糞污化學(xué)需氧量（COD）和氨氮（NH4+-N）排放量分別占全國(guó)總排放量的41.9%和41.5%，養(yǎng)殖污水污染已成為養(yǎng)殖污染最大的癥結(jié)（劉茹等，2012）。因此，研究應(yīng)用蚯蚓生態(tài)濾池技術(shù)對(duì)養(yǎng)殖污水中氮磷進(jìn)行處理，對(duì)規(guī)?；幚硇笄蒺B(yǎng)殖污水具有很好的參考價(jià)值?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】現(xiàn)有的養(yǎng)殖污水處理工藝方法主要包括厭氧處理技術(shù)和好氧處理技術(shù)等。張國(guó)治和姚愛(ài)莉（2000）選用小球藻、顫藻等藻類(lèi)，采用懸浮藻和固定藻法兩種工藝對(duì)豬糞厭氧廢液進(jìn)行凈化處理雖然取得一定的效果，但由于實(shí)驗(yàn)材料等因素限制，沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果。鄧良偉和劉鉻銘（2001）采用內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（IC）工藝處理豬場(chǎng)廢水，其總磷（TP）去除率達(dá)53.8%，COD去除率達(dá)80.3%。生態(tài)濾池是一項(xiàng)當(dāng)前較有效的水處理技術(shù)，通過(guò)利用水生微生物和人工填料上的生物膜形成仿自然生態(tài)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行污水凈化，在處理過(guò)程中，污水與生態(tài)濾池中的濾料相接觸，從而使微生物在濾料表面繁殖形成生物膜，生物膜利用污水中的有機(jī)污染物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行分解代謝，從而使污水得到凈化（肖億群，2003）。生態(tài)濾池處理工藝出水水質(zhì)能夠達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 18918-2002）》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，污泥的排放量也大幅度減少，水資源的回收利用程度提高。目前，國(guó)內(nèi)外已有較多學(xué)者進(jìn)行了生態(tài)濾池研究，并開(kāi)發(fā)出較成熟的生產(chǎn)工藝技術(shù)?，F(xiàn)有工藝方法主要有木炭填料的生態(tài)濾池、陶粒填料的生態(tài)濾池和沸石填料的生態(tài)濾池等，但均不同程度存在著氮磷去除率差、處理工序多、運(yùn)行成本高等問(wèn)題（賈晗等，2008；劉茹等，2012；宋立等，2015）。蚯蚓生態(tài)濾池最早由智利大學(xué)的Jose Toha教授于1992年提出（Bouché and Qiu，1998）。蚯蚓生態(tài)濾池工藝簡(jiǎn)單、處理流程短，具有更高的有機(jī)負(fù)荷承受能力和水力負(fù)荷承受力，處理效果好（王夙等，2010），能夠持續(xù)高效并相對(duì)穩(wěn)定地去除養(yǎng)殖污水中氮、磷和碳等污染物質(zhì)。該工藝運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，高效節(jié)能，具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，環(huán)境效益比較顯著?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前使用蚯蚓作為生態(tài)濾池主體，并以碳元素為填料的研究鮮見(jiàn)報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】采用蚯蚓生態(tài)濾池技術(shù)，研究布料方式、布料強(qiáng)度和蚯蚓密度等工藝參數(shù)的影響特征，尋找蚯蚓生態(tài)濾池規(guī)?；幚硇笄蒺B(yǎng)殖污水的最佳條件，為養(yǎng)殖污水處理提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

為了給蚯蚓營(yíng)造較好的生存環(huán)境，本研究將水稻秸稈與土壤按照4∶1體積比混合制成蚯蚓生態(tài)濾池填料，以供蚯蚓棲息。水稻秸稈和土壤取自江蘇省揚(yáng)州市揚(yáng)州大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)牧場(chǎng)，水稻秸稈粉碎規(guī)格寬<2 mm、長(zhǎng)<1 cm，秸稈總氮（TN）9.8 g/kg、TP 1.3 g/k、總碳（TC）41.6%；土壤為黏質(zhì)壤土，過(guò)5 mm目篩，土壤TN 0.96 g/kg、TP 1.24 g/kg、TC 0.24%、pH 6.68。試驗(yàn)用蚯蚓為赤子愛(ài)勝蚓（大平2號(hào)），由江蘇省揚(yáng)州農(nóng)業(yè)環(huán)境安全技術(shù)服務(wù)中心蚯蚓繁育基地提供。試驗(yàn)用污水為揚(yáng)州大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)牧場(chǎng)奶牛養(yǎng)殖污水，主要是牛尿和圈舍沖洗污水。

1. 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)裝置為蚯蚓生態(tài)濾池（圖1）。主體由0.6 m×0.4 m×0.6 m的試驗(yàn)箱構(gòu)成，箱上部有布水器，箱底部有均勻排列的排水孔，便于處理后的污水下滲收集。蚯蚓生態(tài)濾池主體從上至下依次包含緩沖層、消解層和礫石層。緩沖層位于濾池上表層，厚3～5 cm，由玻璃纖維構(gòu)成，起到緩沖和二次布水的作用；消解層位于中層，厚20 cm，是濾池核心，依據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)由不同種類(lèi)填料構(gòu)成，是蚯蚓生活的介質(zhì)；礫石層位于底層，厚10～12 cm，由直徑3～5 cm的鵝卵石構(gòu)成，起到承托和緩沖作用。

根據(jù)不同蚯蚓投加量、加料方式和加料強(qiáng)度設(shè)H1～H6 6個(gè)處理：H1：蚯蚓投加量1.0 kg/箱，布料強(qiáng)度2.25 m3/m2·d；H2：蚯蚓投加量1.0 kg/箱，布料強(qiáng)度4.50 m3/m2·d；H3：蚯蚓投加量1.0 kg/箱，布料強(qiáng)度9.00 m3/m2·d；H4：蚯蚓投加量0.5 kg/箱，布料強(qiáng)度4.50 m3/m2·d；H5：蚯蚓投加量2.0 kg/箱，布料強(qiáng)度4.50 m3/m2·d；H6：裝置由上下兩個(gè)生態(tài)濾池疊加而成，上面為A床、下面為B床，A床和B床的濾料是其他處理的一半，蚯蚓投加量均為1.0 kg/箱，均勻分布于A床和B床，布料強(qiáng)度4.50 m3/m2·d，A床布料，B床收集。以布料前的畜禽養(yǎng)殖污水為對(duì)照。

養(yǎng)殖污水由奶牛養(yǎng)殖圈舍直接排入初沉池沉淀24 h后，上清液用水泵抽提加入生態(tài)濾池自動(dòng)布料器的儲(chǔ)存箱中備用。采用自動(dòng)布料器間隙式布料，每天8：00、16：00和24：00各布料1次，每次布料負(fù)荷為1.5 m3/m2，每天布料總負(fù)荷為4.5 m3/m2·d。每天中午14：00取處理后的出水樣品檢測(cè)水質(zhì)指標(biāo)，連續(xù)取樣22 d。

1. 3 測(cè)定項(xiàng)目

測(cè)定水樣品的TN、NH4+-N、硝氮（NO3--N）、TP、磷酸鹽（PO43-）、COD、pH和電導(dǎo)率（EC）等指標(biāo)。TN采用過(guò)硫酸鉀氧化—紫外分光光度法測(cè)定，NH4+-N采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定，NO3--N采用紫外分光光度法測(cè)定，TP采用過(guò)硫酸鉀氧化—鉬藍(lán)比色法測(cè)定，PO43-采用異丁醇萃取—鉬藍(lán)比色法測(cè)定，COD采用高錳酸鉀法測(cè)定，pH采用pH計(jì)直接測(cè)定，EC采用電導(dǎo)儀直接測(cè)定（魯如坤，2000）。試驗(yàn)中空白實(shí)驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)曲線及有效數(shù)字的取舍均按照規(guī)定進(jìn)行。去除率計(jì)算公式如下：

去除率（%）=（進(jìn)水濃度-出水濃度）/進(jìn)水濃度×100

1. 4 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010整理，以SPSS 18.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，各處理間使用Duncans進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2. 1 工藝參數(shù)對(duì)去除養(yǎng)殖污水氮素的影響

2. 1. 1 工藝參數(shù)對(duì)去除養(yǎng)殖污水NO3--N的影響 圖2為不同處理時(shí)間對(duì)NO3--N去除率的影響，圖3為不同工藝對(duì)NO3--N平均去除率的影響。試驗(yàn)中進(jìn)水NO3--N含量為59.8～62.1 mg/L，根據(jù)去除率公式可計(jì)算得出，H1、H2和H3的平均去除率分別為53.8%、57.0%和55.5%，說(shuō)明蚯蚓生態(tài)濾池去除NO3--N具有較好的耐布料強(qiáng)度沖擊能力。H2和H6的濾料種類(lèi)、數(shù)量及濾池中的蚯蚓數(shù)量均相同，不同的是H2有一層蚯蚓消解層，H6有雙層蚯蚓消解層。從圖3可看出，H2的NO3--N去除率始終高于H6。可見(jiàn)，在填料量和蚯蚓量相同的情況下，單層消解層對(duì)NO3--N的去除效果優(yōu)于雙層。H4、H2和H5的蚯蚓添加量（0.5、1.0和2.0 kg/箱）依次增加，但H2與H5對(duì)NO3--N的平均去除率（55.3%）十分接近，H4對(duì)NO3--N平均去除率（48.3%）小于H2和H5?？梢?jiàn)，低蚯蚓添加量處理不利于進(jìn)水NO3--N的去除。綜合上述分析可知，蚯蚓生態(tài)濾池去除進(jìn)水NO3--N的建議工藝為單層布料，布料強(qiáng)度4.50 m3/m2·d，蚯蚓添加量1.0 kg/箱。

2. 1. 2 工藝參數(shù)對(duì)去除養(yǎng)殖污水NH4+-N的影響 圖4為不同處理時(shí)間對(duì)NH4+-N去除率的影響，圖5為不同工藝對(duì)NH4+-N平均去除率的影響。試驗(yàn)中進(jìn)水NH4+-N為253.5～278.9 mg/L，由圖4和圖5可知，H1去除率從75.0%上升到95.0%，之后趨于穩(wěn)定；H2的平均去除率為92.5%；H3的去除率總體趨勢(shì)為先升高后下降，其平均去除率為76.2%，說(shuō)明在布料強(qiáng)度為2.25和4.50 m3/m2·d時(shí)生態(tài)濾池對(duì)NH4+-N的去除效果較優(yōu)，而布料強(qiáng)度為9.00 m3/m2·d處理NH4+-N的效果較差，說(shuō)明9.00 m3/m2·d的布料強(qiáng)度已超過(guò)裝置處理NH4+-N能夠承受的最佳布料強(qiáng)度。H2對(duì)NH4+-N的去除率始終高于H6，H6的平均去除率為85.0%，單層消解層的H2對(duì)NH4+-N的去除效果高于雙層消解層的H6；H2與H5對(duì)NH4+-N的去除率相差不明顯，平均去除率分別是92.5%和91.6%；而H4的NH4+-N去除率隨試驗(yàn)時(shí)間推延而減小，說(shuō)明在一定范圍內(nèi)NH4+-N的去除效果隨著蚯蚓密度的增加而增加。綜合上述分析可知，蚯蚓生態(tài)濾池去除進(jìn)水NH4+-N的建議工藝為單層布料，布料強(qiáng)度4.50 m3/m2·d，蚯蚓添加量1.0 kg/箱。

2. 1. 3 工藝參數(shù)對(duì)去除養(yǎng)殖污水TN的影響 圖6為不同處理時(shí)間對(duì)TN去除率的影響，圖7為不同工藝對(duì)TN平均去除率的影響。試驗(yàn)中進(jìn)水TN為424.9～449.5 mg/L，由圖6和圖7可知，H1與H2的去除率差距不明顯，而H3對(duì)TN的去除效果稍差，其平均去除率為84.8%。說(shuō)明布料強(qiáng)度為2.25和4.50 m3/m2·d時(shí)，生態(tài)濾池能較好的去除TN；H2和H6的平均去除率分別為89.9%和86.0%，說(shuō)明單層消解裝置對(duì)TN的去除效果要優(yōu)于雙層；H2與H5對(duì)TN的去除效果十分接近；H4對(duì)TN的去除效果明顯較低，其平均去除率為77.7%，說(shuō)明低蚯蚓添加量處理不利于進(jìn)水TN的去除。綜合上述分析可知，蚯蚓生態(tài)濾池去除進(jìn)水TN的建議工藝為單層布料，布料強(qiáng)度4.50 m3/m2·d，蚯蚓添加量1.0 kg/箱。

2. 2 工藝參數(shù)對(duì)去除養(yǎng)殖污水磷素的影響

2. 2. 1 工藝參數(shù)對(duì)去除養(yǎng)殖污水PO43-的影響 圖8為不同處理時(shí)間對(duì)PO43-去除率的影響，圖9為不同工藝對(duì)PO43-平均去除率的影響。試驗(yàn)中進(jìn)水PO43-為27.0～28.7 mg/L，由圖8和圖9可知，H1、H2和H3對(duì)PO43-的平均去除率分別為46.8%、47.6%和52.7%，說(shuō)明布料強(qiáng)度越大吸附能力越強(qiáng)，高布料強(qiáng)度的去除率高于低布料強(qiáng)度，但布料強(qiáng)度超過(guò)裝置的承載能力后吸附能力不再增加；H2和H6的平均去除率分別為47.6%和53.8%，說(shuō)明在填料量相等的情況下雙層消解層比單層消解層去除PO43-效果好；H5對(duì)PO43-的平均去除率（54.8%）最高，H4的平均去除率（44.6%）最低，說(shuō)明蚯蚓密度的增加對(duì)PO43-的去除有促進(jìn)作用。綜合上述分析可知，蚯蚓生態(tài)濾池去除進(jìn)水PO43-的建議工藝為雙層布料，布料強(qiáng)度9.00 m3/m2·d，蚯蚓添加量2.0 kg/箱。

2. 2. 2 工藝參數(shù)對(duì)去除養(yǎng)殖污水TP的影響 圖10為不同處理時(shí)間對(duì)TP去除率的影響，圖11為不同工藝對(duì)TP平均去除率的影響。試驗(yàn)中進(jìn)水TP為42.8～45.9 mg/L，由圖10和圖11可知，H2對(duì)TP的去除率明顯高于H1和H3，且H3對(duì)TP的去除效果優(yōu)于H1，說(shuō)明布料強(qiáng)度為4.50 m3/m2·d時(shí)對(duì)TP的去除效果最佳；H2和H6對(duì)TP平均去除率分別為73.9%和74.2%，相差不明顯，說(shuō)明在相同的填料量和蚯蚓密度下，消解裝置對(duì)TP的去除沒(méi)有明顯影響；H5、H2和H4對(duì)TP的平均去除率分別為76.0%、73.9%和53.1%，說(shuō)明增加蚯蚓投加量有利于進(jìn)水TP的去除。綜合上述分析可知，蚯蚓生態(tài)濾池去除進(jìn)水TP的建議工藝為單層布料，布料強(qiáng)度4.50 m3/m2·d，蚯蚓添加量2.0 kg/箱。

2. 3 工藝參數(shù)對(duì)去除養(yǎng)殖污水COD的影響

圖12為不同處理時(shí)間對(duì)COD去除率的影響，圖13為不同工藝對(duì)COD平均去除率的影響。試驗(yàn)中進(jìn)水COD為114.8～119.7 mg/L，由圖12和圖13可知，在H1、H2和H3中，H2對(duì)COD的去除效果最佳，其平均去除率為48.7%，說(shuō)明布料強(qiáng)度為4.50 m3/m2·d時(shí)對(duì)COD的去除效果最佳；H2的平均去除率比H6高，H6對(duì)COD平均去除率為33.8%，說(shuō)明在填料量和蚯蚓添加量相同的情況下，單層蚯蚓消解層對(duì)COD的去除效果更佳；H5、H2和H4對(duì)COD去除效果依次下降，說(shuō)明蚯蚓密度的增加能夠明顯提高COD的降解效果。綜合上述分析可知，蚯蚓生態(tài)濾池去除進(jìn)水COD的建議工藝為單層布料，布料強(qiáng)度4.50 m3/m2·d，蚯蚓添加量2.0 kg/箱。

2. 4 工藝參數(shù)對(duì)養(yǎng)殖污水pH和EC的影響

圖14為不同處理時(shí)間養(yǎng)殖污水pH變化特征，圖15為不同工藝對(duì)養(yǎng)殖污水pH的影響特征。試驗(yàn)中進(jìn)水的pH為8.2～8.3，水質(zhì)呈弱堿性，由圖14和圖15可知，所有裝置的出水pH均升高，H3的pH比H1和H2稍低，說(shuō)明較小的布料強(qiáng)度有利于水pH升高；H2和H6的pH變化差異不明顯，說(shuō)明消解裝置單層或雙層對(duì)pH影響不明顯；H2、H4和H5的pH變化無(wú)明顯規(guī)律，表明蚯蚓添加密度對(duì)pH影響不明顯。綜合上述分析可知，較高的布料強(qiáng)度有利于進(jìn)水和出水pH的穩(wěn)定，布料方式和蚯蚓添加密度對(duì)出水pH變化無(wú)明顯影響。

圖16為不同處理時(shí)間養(yǎng)殖污水EC變化特征，圖17為不同工藝對(duì)養(yǎng)殖污水EC的影響特征。試驗(yàn)中進(jìn)水的EC為10.2～11.5 μS/cm，由圖16和圖17可知，H3、H1和H2的EC消減量依次增大，說(shuō)明布料強(qiáng)度為4.50 m3/m2·d時(shí)生態(tài)濾池對(duì)電解質(zhì)的去除效果最佳；H2與H6的出水EC非常接近，說(shuō)明在其他條件相同時(shí)，單層消解層與雙層消解層對(duì)電解質(zhì)的去除幾乎沒(méi)有影響；H5的出水EC（3.6 μS/cm）最高，H2與H4的出水EC相差很小，說(shuō)明蚯蚓密度的增加反而會(huì)減少裝置對(duì)電解質(zhì)的去除量。綜合上述分析可知，蚯蚓生態(tài)濾池降低進(jìn)水EC的建議工藝為單層布料，布料強(qiáng)度4.50 m3/m2·d，蚯蚓添加量0.5 kg/箱。

3 討論

本研究結(jié)果表明，生態(tài)濾池的工藝參數(shù)對(duì)其凈化畜禽養(yǎng)殖污水的效果有明顯影響。布料強(qiáng)度分別為2.25、4.50和9.00 m3/m2·d的3個(gè)處理對(duì)NO3--N的平均去除率相差不到5%，說(shuō)明以秸稈和土壤混合物作為生態(tài)濾池填料，對(duì)NO3--N的耐負(fù)荷沖擊能力較強(qiáng)。其中，9.00 m3/m2·d的布料強(qiáng)度超過(guò)了裝置處理NH4+-N或TN能夠承受的最佳布料強(qiáng)度，是由于較大的布料強(qiáng)度產(chǎn)生的水力及氣流剪切對(duì)工程床中的生物膜帶來(lái)沖擊，導(dǎo)致對(duì)生長(zhǎng)條件要求苛刻的氨氧化細(xì)菌及硝化細(xì)菌活性下降，細(xì)菌數(shù)量增長(zhǎng)緩慢，從而降低了硝化能力（段秀舉，2006），而較小的布料強(qiáng)度有利于硝化作用（Green et al.， 1997； Schwager and Boller， 1997）。

生態(tài)濾池對(duì)磷素和COD的去除率隨布料強(qiáng)度的增加先增大后減小，對(duì)EC的影響也呈同樣的變化趨勢(shì)。蚯蚓是常見(jiàn)的土壤動(dòng)物，具有提高土壤通氣性、透水性、促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化等生態(tài)學(xué)功能（邢美燕，2008），污水土地處理系統(tǒng)中蚯蚓活動(dòng)顯著改善了系統(tǒng)的通氣狀況，有利于提升好氧功能微生物活性，系統(tǒng)的運(yùn)行效率在蚯蚓和微生物協(xié)同作用下得到提高（羅固源，1997）。蚯蚓抵御環(huán)境脅迫的能力在一定范圍內(nèi)，隨著布料強(qiáng)度的增大而增強(qiáng)（Xing et al.，2010），并且當(dāng)布料強(qiáng)度很小時(shí)，有機(jī)負(fù)荷也較低，導(dǎo)致微生物繁殖所需的養(yǎng)分不足，微生物活性降低，從而對(duì)污染物的去除效果較低（郭天鵬等，2002）；當(dāng)布料強(qiáng)度提高到4.50 m3/m2·d，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的增加促進(jìn)了微生物的生長(zhǎng)，也加強(qiáng)了水流對(duì)填料表面生物膜的沖刷，促進(jìn)生物膜的更新，微生物活性得到很大的增強(qiáng)，從而提高了生物濾池對(duì)污染物的去除效果（蘭善紅等，2007）；但當(dāng)布料強(qiáng)度增加到9.00 m3/m2·d，加強(qiáng)了水力剪切力，使生物膜易于脫落，降低了污染物的去除效果，且當(dāng)污水投加量超過(guò)了蚯蚓的承受能力，蚯蚓體內(nèi)自由基的平衡被打破，引起蚯蚓各方面機(jī)能下降（Fang and Zheng，2002），也會(huì)影響生態(tài)濾池整體對(duì)污染物的去除效果。

單層蚯蚓消解層比雙層蚯蚓消解層對(duì)氮素的去除效果更佳，其原因可能是由于雙層消解層使每一層填料厚度變薄，填料接觸空氣面積增加使填料中含氧量增加，抑制了硝酸鹽還原酶的形成，同時(shí)氧可作為電子受體，在與硝酸鹽的競(jìng)爭(zhēng)中削弱了反硝化作用（易彪，2008），從而減少了對(duì)NO3--N的去除。雙層消解層同樣不利于以降解有機(jī)物為主的異養(yǎng)菌生長(zhǎng)（Fdz-Polanco et al.，2000），因此單層消解層對(duì)COD的去除效果也優(yōu)于雙層消解層。消解層厚度變薄使每一層的截留效果都極大降低，而截留效果不佳致使生長(zhǎng)緩慢、世代周期長(zhǎng)的硝化菌不能很好地在濾池內(nèi)富集（邢美燕等，2008），因此對(duì)NH4+-N的處理效果也較差。蚯蚓土壤填料生態(tài)濾池對(duì)生活污水中各污染物凈化效果良好，濾池二級(jí)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高了污水處理的穩(wěn)定性，改善了出水水質(zhì)（馬長(zhǎng)德等，2015）。由于對(duì)磷素的去除主要依靠蚯蚓的攝食、填料的物理吸附及與其中的某些礦物（Ca、Mg、Fe等）形成沉淀（王榮等，2010），因此在填料和蚯蚓添加量相同的情況下，單層蚯蚓消解層與雙層蚯蚓消解層對(duì)磷素的去除效果無(wú)明顯差別，消解層的厚度對(duì)pH和EC也無(wú)明顯影響。

秸稈和土壤混合填料對(duì)氮素和磷素的去除率隨蚯蚓密度的增加先增大后趨于平穩(wěn)，是由于當(dāng)蚯蚓密度較低時(shí)，濾料多孔結(jié)構(gòu)難以形成，不能充分發(fā)揮生態(tài)濾池對(duì)污染物的去除作用；而蚯蚓密度過(guò)高會(huì)發(fā)生種群內(nèi)的空間和食物爭(zhēng)奪，影響污水的處理效率（Arancon et al.，2004），過(guò)分擁擠會(huì)影響蚯蚓的生長(zhǎng)和繁殖，進(jìn)而影響對(duì)污染物的處理效果（Dominguez and Edwards， 1997），因此蚯蚓添加量從1.0 kg/箱增加到2.0 kg/箱對(duì)氮素、磷素的去除效果無(wú)明顯促進(jìn)作用。生態(tài)濾池對(duì)COD的去除率隨蚯蚓密度的增加明顯增大，是由于蚯蚓通過(guò)粉碎、消化、排泄對(duì)有機(jī)物分解做出直接貢獻(xiàn)，且通過(guò)挖掘、穿插為其他微生物分解有機(jī)物創(chuàng)造條件（Cortez and Bouche， 2001），其作用僅次于微生物（吳文良等，2001；李云樂(lè)等，2006）。蚯蚓密度的變化對(duì)pH無(wú)明顯影響，但蚯蚓密度過(guò)大會(huì)使污水的EC增大，是由于蚯蚓密度增加，排出的蚓糞增加，蚓糞溶于污水中隨水排出（Elvira et al.，1998；邊靜，2008），致使EC增大。

本研究的試驗(yàn)周期僅為22 d，因此蚯蚓生態(tài)濾池的長(zhǎng)期運(yùn)行效果需要進(jìn)一步的探討；另外，應(yīng)進(jìn)一步探究蚯蚓生態(tài)濾池處理養(yǎng)殖污水的最佳條件，并對(duì)填料進(jìn)行改進(jìn)，以得出更好的處理?xiàng)l件。

4 結(jié)論

蚯蚓生態(tài)濾池能夠持續(xù)高效并相對(duì)穩(wěn)定去除養(yǎng)殖污水中氮、磷和碳等污染物質(zhì)。綜合成本和效率因素，蚯蚓生態(tài)濾池凈化養(yǎng)殖污水工藝建議采用單層布料，布料強(qiáng)度4.50 m3/m2·d，蚯蚓添加量1.0 kg/箱。

參考文獻(xiàn)：

邊靜. 2008. 蚯蚓微生物生態(tài)濾床處理垃圾滲濾液的應(yīng)用研究[D]. 昆明： 昆明理工大學(xué).

Bian J. 2008. Study on the application of microbial ecological filter bed for treatment of landfill leachate[D]. Kunming： Kunming University of Science and Technology.

鄧良偉，陳鉻銘. 2001. IC工藝處理豬場(chǎng)廢水試驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)沼氣， 19（2）： 12-15.

Deng L W， Chen G M. 2001. Treatment of pig wastewater using internal circulation reactor[J]. China Biogas，19（2）： 12-15.

段秀舉. 2006. 一體化生物濾池處理城鎮(zhèn)污水生產(chǎn)性試驗(yàn)研究[D]. 重慶：重慶大學(xué).

Duan X J. 2006. Research on productive experiment of integrated biological filter for multiple wastewater treatment[D]. Chong-

qing：Chongqing University.

付意成，徐文新，付敏. 2010. 我國(guó)水環(huán)境容量現(xiàn)狀研究[J]. 中國(guó)水利，（1）： 26-31.

Fu Y C， Xu W X， Fu M. 2010. Research on the water environment capacity status in China[J]. China Water Resources， （1）： 26-31.

郭天鵬， 汪誠(chéng)文， 陳呂軍，胡紀(jì)萃，靳志軍， 劉旭， 周洪江， 陳玉才， 李強(qiáng)利. 2002. 升流式曝氣生物濾池深度處理城市污水的工藝特性[J]. 環(huán)境科學(xué)， 23（1）： 58-61.

Guo T P， Wang C W， Chen L J， Hu J C， Jin Z J， Liu X， Zhou H J， Chen Y C， Li Q L. 2002. Municipal wastewater treatment using the up-biological aerated filter[J]. Environmental Science， 23（1）： 58-61.

賈晗，吳若菁，黃婧，陳巖松. 2008. 生物法處理畜禽養(yǎng)殖污水的研究現(xiàn)狀與展望[J]. 水處理技術(shù)，34（7）： 7-11.

Jia H， Wu R J， Huang J，Chen Y S. 2008. Review and forecast on biology treatment technology of intensive livestock waste-

water[J]. Technology of Water Treatment， 34（7）： 7-11.

蘭善紅， 陳錫強(qiáng)， 梁謀會(huì)，張熾輝. 2007. 新型填料曝氣生物濾池處理生活污水的研究[J]. 中國(guó)給水排水， 23（9）： 77-80.

Lan S H， Chen X Q， Liang M H， Zhang C H. 2007. Research on biological aerated filter using new media for domestic sewage treatment[J]. China Water & Wastewaster， 23（9）： 77-80.

李云樂(lè)， 喬玉輝， 孫振鈞，張瑞清，龐軍柱. 2006. 不同土壤培肥措施下農(nóng)田有機(jī)物分解的生態(tài)過(guò)程[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 26（6）： 1933-1939.

Li Y L， Qiao Y H， Sun Z J， Zhang R Q， Pang J Z. 2006. The eco-process of agricultural organic matter decomposition under different soil conditions[J]. Acta Ecologica Sinica， 26（6）： 1933-1939.

劉茹，宋英豪，王煥升. 2012. 畜禽養(yǎng)殖污水污染治理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 環(huán)境保護(hù)科學(xué)， 38（4）： 19-21.

Liu R， Song Y H， Wang H S. 2012. Current situation and development trend of livestock and poultry wastewater treatment[J]. Environmental Protection Science， 38（4）： 19-21.

魯如坤. 2000. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社.

Lu R K. 2000. Analysis Methods for Soil Agrochemistry[M]. Beijing： China Agricultural Science and Technology Press.

羅固源. 1997. 有機(jī)污水蚯蚓土地處理[J]. 中國(guó)給水排水， 13（2）： 40-42.

Luo G Y. 1997. Land treatment of organic sewage by earthworm[J]. China Water and Wastewaster， 13（2）： 40-42.

馬長(zhǎng)德， 呂厚甫， 盧金玉， 馬娜， 高鏡清， 陳少華. 2015. 蚯蚓土壤填料生態(tài)濾池處理生活污水[J]. 環(huán)境工程， 33（3）： 37-41.

Ma C D， Lü H F， Lu J Y， Ma N， Gao J Q， Chen S H. 2015. Study on hybrid soil packing vermifiltration for treatment of domestic sewage[J]. Environmental Engineering， 33（3）： 37-41.

宋立， 劉刈， 王智勇，蒲小東， 鄧良偉. 2015. 豬場(chǎng)污水處理與綜合利用技術(shù)[J]. 中國(guó)畜牧雜志， 51（10）： 51-57.

Song L， Liu Y， Wang Z Y， Pu X D， Deng L W. 2015. Technology of swine wastewater treatment and utilization[J]. Chinese Journal of Animal Science， 51（10）： 51-57.

王榮， 賀鋒， 徐棟， 武俊梅， 吳振斌. 2010.人工濕地基質(zhì)除磷機(jī)理及影響因素研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)， 33（6E）：12-18.

Wang R， He F， Xu D， Wu J M， Wu Z B. 2010. The study on the mechanisms and influencing factors of substrates in constructed wetland removing phosphorus[J]. Environmental Science & Technology， 33（6E）： 12-18.

王夙，鄒斌，楊健， 邢美燕. 2010. 蚯蚓生物濾池的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J]. 中國(guó)給水排水， 26（8）： 20-24.

Wang S， Zou B， Yang J， Xing M Y. 2010. Research and application progress of vermibiofilter[J]. China Water & Was-

tewater， 26（8）： 20-24.

吳文良， 喬玉輝， 徐芹， 陳鍇. 2001. 華北鹽漬化改造區(qū)農(nóng)田蚯蚓生態(tài)學(xué)研究——以河北省曲周縣為例[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 21（7）：1109-1113.

Wu W L， Qiao Y H， Xu Q， Chen K. 2001. An ecological study on earthworm in farmland of salinity trans-forming area in north China plain[J]. Acta Ecologica Sinica， 21（7）： 1109-1113.

肖億群. 2003. 蚯蚓生物濾池污水處理技術(shù)研究[D]. 上海：上海師范大學(xué).

Xiao Y Q. 2003. Study on vermibiofilter disposing sewage technology[D]. Shanghai：Shanghai Normal University.

邢美燕. 2008. 蚯蚓生物濾池處理城市合流污水工藝性能研究[D]. 上海：同濟(jì)大學(xué).

Xing M Y. 2008. Study on the performance of vermi-biofilter for municipal wastewater treatment[D]. Shanghai： Tongji University.

邢美燕， 楊健， 馬小杰， 陳巧燕. 2008. 蚯蚓生物濾池的硝化性能及其影響因素研究[J]. 中國(guó)給水排水， 24（3）： 9-12.

Xing M Y， Yang J， Ma X J， Chen Q Y. 2008. Study on nitrifi-

cation performance of its influencing factors[J]. China Water & Wastewaster， 24（3）： 9-12.

易彪. 2008. 曝氣生物濾池脫氮除磷性能研究[D]. 武漢：華中科技大學(xué).

Yi B. 2008. Study on biological aerated filter for phosphorus and nitrogen removal[D]. Wuhan： Huazhong University of Science and Technology.

張國(guó)治，姚愛(ài)莉. 2000. 藻類(lèi)對(duì)豬糞厭氧廢液的凈化作用[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 13（S1）：105-112.

Zhang G Z， Yao A L. 2000. Study on purification treatment of anaerobic digested slurry by means of planting economic algae[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences， 13（S1）：105-112.

Arancon N， Edwards C， Bierman P， Welch C， Metzger J D. 2004. Influences of vermicomposts on field strawberries： 1. effects on growth and yields[J]. Bioresource Technology， 93（2）： 145-153.

Bouché M B， Qiu J P. 1998. Concrete contribution of earthworms in the environmental study[J]. Doc Pedozool Integrol， （3）： 225-252.

Cortez J， Bouche M. 2001. Decomposition of Mediterranean leaf litters by Nicodrilus meridionalis（Lumbricidae） in laboratory and field experiments[J]. Soil Biology and Biochemistry， 33（15）： 2023-2035.

Dominguez J， Edwards C. 1997. Effects of stocking rate and mois-

ture content on the growth and maturation of Eisenia andrei（Oligochaeta） in pig manure[J]. Soil biology and biochemistry， 29（S3-4）： 743-746.

Elvira C， Sampedro L， Benítez E， Nogales R. 1998. Vermicomposting of sludges from paper mill and dairy industries with Eisenia andrei： A pilot-scale study[J]. Bioresource Technology， 63（3）： 205-211.

Fang Y Z， Zheng R L. 2002. Theory and Application of Free Radical Biology[M]. Beijing：Science Press：56-78.

Fdz-Polanco F， Méndez E， Urue a M， Villaverde S， García P A. 2000. Spatial distribution of heterotrophs and nitrifiers in a submerged biofilter for nitrification[J]. Water Research， 34（16）： 4081-4089.

Green M， Friedler E， Ruskol Y， Safrai M. 1997. Investigation of alternative method for nitrification in constructed wetlands[J]. Water Science and Technology， 35（5）： 63-70.

Schwager A， Boller M. 1997. Transport phenomena in intermittent filters[J]. Water Science and Technology，35（6）：13-20.

Xing M Y， Li X W， Yang J. 2010. Treatment performance of small-scale vermifilter for domestic wastewater and its relationship to earthworm growth， reproduction and enzymatic activity[J]. African Journal of Biotechnology，9（1）：7513-7520.

（責(zé)任編輯 鄧慧靈）