人工湿地及湿地植物对电镀废水的净化和修复效果研究

来源 :浙江师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pengxianwei1986
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人工湿地作为一种生态化污水处理技术,具有出水水质稳定、基建和运行费用低、技术含量低、维护管理方便、耐冲击负荷强和具有美学价值等优点在世界范围内得到了迅速发展。该技术适合我国国情,尤其适合广大农村、中小城市的生活污水处理,在工业废水处理中的应用也正在不断受到重视。湿地植物作为人工湿地生态修复工程中最明显的生物特征,在其中发挥着重要作用,它不但可以去除污染物质,而且还具有生态美学和经济价值。电镀废水中含有较多有毒物质,一直是环境检测的重要检测项目,不经及时检测、处理而排放,直接严重地危害环境及人类的生存。本文采用人工湿地中试系统对电镀废水中主要污染物(重金属)的净化和修复效果进行研究,并对其应用过程中存在的问题进行后续研究,以期为利用绿色生态修复技术控制水污染、改善水环境提供科学依据。通过对上述研究结果的分析,可得出以下一些结论:1.通过在垂直流-水平潜流人工湿地系统进行采样和分析研究其对电镀废水中COD、悬浮物(SS)、重金属Cr、Zn、Fe、Mn、Ni、Cu等的去除效果。结果表明,该系统是一个稳定的自适应系统,对电镀废水的净化效果相当明显。对COD的去除率超过58%,对悬浮物的去除率超过90%,对Cr、Zn、Fe、Mn、Ni、Cu等重金属元素的净化效果较好,其去除率大小依次为Zn>Cr>Fe>Cu>Ni>Mn,出水能达标排放。对重金属的去除途径的分析表明:植物吸收、微生物降解和基质物理化学吸附作用是复合人工湿地系统去除重金属的主要途径。2.通过对人工湿地剖面分析,发现重金属主要富积于上层基质。对植物采样发现二级湿地(水平潜流湿地)中千屈菜(Lythrumsalicaria)、藨草(Scirpus triqueter)、美人蕉(Canna indica)长势最好,黄菖蒲(Iris pseudoacorus)正常生长,芦苇(Phragmites australis)几乎停止生长,而一级湿地(垂直流湿地)中水葫芦(Eichhornia crassipes)、稗草(Echinochloa crusgalli)生长较缓慢。植物对电镀废水的净化和修复,因植物种类、部位、生物量、重金属种类等而不同。一级湿地中水葫芦对电镀废水的净化和修复效果强于稗草,二级湿地中藨草、美人蕉对电镀废水的净化和修复效果最好,其中藨草对Zn、Mn、Ni的转运系数和富集系数均大于1,美人蕉对Cr、Zn、Ni、Cu的转运系数>1,对Zn、Mn的富集系数>1。通过分析,二级湿地植物优势明显,其中藨草、美人蕉、黄菖蒲、千屈菜是值得推荐的修复中低浓度电镀废水优势种,在人工湿地系统污染物负荷较高的一级湿地应尽可能选用多种抗逆性强的湿地植物品种组合栽植。3.本研究中的人工湿地处理系统在冬季出现植物枯萎死亡或生长休眠而导致功能下降的现象,而选用冬季生长旺盛的植物类型,可有效维持和提高湿地处理电镀重金属废水的效果,因此通过水培法研究了黑藻(Hydrilla verticillata)、水芹(Oenanthe javanica)、灯心草(Juncuseffuses)、石菖蒲(Acorus gramineus)、鹅观草(Roegneria kamoji)在不同稀释倍数的模拟电镀废水(含Cr、Zn、Fe、Mn、Ni、Cu)中的耐性和吸收积累的差异。结果表明,5种植物在高浓度模拟电镀废水中不能存活;低、中浓度中黑藻、水芹各生长指标与对照相比不显著,鹅观草生长受到抑制。重金属胁迫下,5种植物的根系活力(TTC)除石菖蒲外均明显下降,丙二醛含量(MDA)除水芹外都高于对照组,表明重金属逆境对植物造成了不同程度的伤害;而黑藻、水芹、灯心草、石菖蒲在不同浓度下游离Pro、可溶性糖(SS)比对照组大,则是它们具有一定逆境耐性的表现。植物体内的重金属含量都随着处理浓度的增加而增加,Cr、Zn、Fe、Mn主要积累于植物的地下部分,Ni、Cu主要积累于植物的地上部分,水芹、石菖蒲对各金属的吸收量最大。综合分析,水芹最适于冬季修复低、中浓度电镀废水,石菖蒲、黑藻、灯心草次之,鹅观草修复能力最差。4.利用傅立叶红外光谱技术探寻冬季净化电镀废水优势植物水芹对电镀废水中重金属的吸收和积累机理的研究表明:水芹器官各组分吸附重金属前后的峰形基本不变,只有某些参与重金属吸附的官能团如羟基(3328~3361 cm-1)、羧基(1402~1440 cm-1)、酰胺基(1620~1645 cm-1)等的吸收峰发生了不同程度的位移。水芹对重金属的耐性有一个界限,当超过此界限,植物会受到伤害,如水芹在高浓度重金属处理下其不同器官红外光谱的某些特征峰的吸光值迅速降低,也可间接反映溶液中的重金属浓度过高,抑制了它的吸收积累重金属能力。采用FTIR法鉴别水生植物对重金属的处理比常规方法更具代表性,为植物修复的开展提供了有力的证据支持。5.研究了湿地常见外来入侵植物水花生(Alternantheraphiloxeroides)、水葫芦对电镀废水污染湿地的响应和对该污染湿地的影响。实验结果表明,水花生、水葫芦对电镀重金属离子有一定的耐受性,并有不同程度的吸收。水花生对电镀废水中重金属的去除效果为Zn>Fe>Cu>Cr>Ni>Mn,水葫芦对电镀废水中重金属的去除效果为Cu>Zn>Fe>Cr>Mn>Ni。综合分析两种植物的生长、生理及对重金属的去除能力,发现水葫芦比水花生更适用于电镀废水修复。
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