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        不同基質(zhì)人工濕地去除電鍍重金屬(Cr,Zn)的研究*

        2016-10-28 02:31:35張曉斌劉鵬李星
        工業(yè)安全與環(huán)保 2016年9期
        關(guān)鍵詞:煤渣沸石去除率

        張曉斌 劉鵬 李星

        (1.湘潭市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院 湖南湘潭 411100, 2.浙江師范大學(xué)植物學(xué)實(shí)驗(yàn)室 浙江金華 321004)

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        環(huán)境管理與咨詢

        不同基質(zhì)人工濕地去除電鍍重金屬(Cr,Zn)的研究*

        張曉斌1劉鵬2李星2

        (1.湘潭市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院湖南湘潭 411100,2.浙江師范大學(xué)植物學(xué)實(shí)驗(yàn)室浙江金華 321004)

        選取沸石、煤渣、沸石+煤渣作為基質(zhì),研究3種不同基質(zhì)人工濕地對電鍍重金屬(Cr,Zn)污水的凈化效果。結(jié)果表明,3種基質(zhì)對于重金屬Cr,Zn均有明顯的去除效果,去除率都在74%以上;煤渣和沸石發(fā)生了協(xié)同作用,對重金屬Cr的去除效果好于其單獨(dú)使用;種植植物的煤渣與沸石混合基質(zhì)人工濕地去除重金屬Cr,Zn能力優(yōu)于種植植物的沸石基質(zhì)人工濕地。

        煤渣沸石人工濕地重金屬

        0 引言

        人工濕地是一種廉價有效的水處理系統(tǒng),不僅可降解城市污水、暴雨徑流和農(nóng)業(yè)溢流中的有機(jī)和營養(yǎng)物質(zhì)[1-2],還可去除礦渣水和特殊行業(yè)污水中的金屬[3-5]?;|(zhì)是人工濕地的重要組成部分,選擇合適的人工濕地基質(zhì)材料,是構(gòu)建人工濕地,提高人工濕地凈化能力的關(guān)鍵。

        本文結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)的研究結(jié)論,根據(jù)金華地區(qū)的實(shí)際情況,通過對模擬人工濕地中不同基質(zhì)組合的研究以及處理前后重金屬(Cr,Zn) 含量、植物的生長狀況,進(jìn)一步探究3種不同基質(zhì)人工濕地對電鍍重金屬 (Cr,Zn)污水的凈化效果,同時探討基質(zhì)與植物的相互作用,為人工濕地實(shí)際應(yīng)用于工業(yè)廢水處理(尤其是小型工廠)提供理論基礎(chǔ)。

        1 材料和方法

        1.1材料

        基質(zhì):沸石(購于金華欣生沸石開發(fā)有限公司,主要成分為絲光沸石),煤渣,沸石+煤渣。

        植物:黃花鳶尾,千屈菜,燈心草,香蒲,菖蒲和睡蓮。

        金華市清湖電鍍廠排放的污水中Cr,Zn等濃度很高,都超出了國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。供試污水中的重金屬濃度按照該廠污水實(shí)際濃度配制。污水中主要重金屬的原始質(zhì)量濃度見表1。

        表1 污水中重金屬的原始質(zhì)量濃度 mg/L

        1.2實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行

        1.2.1小型模擬人工濕地(潛流型)的構(gòu)建

        在白色塑料箱(長60 cm,寬46 cm,高45 cm)底部設(shè)置一出水口,直徑為1.00 cm,在底部放置直徑3~5 cm左右的礫石作為濾水層,厚度為8 cm,其上鋪1~2層10目左右的塑料窗紗,用以阻隔上層基質(zhì)堵塞礫石孔隙;在塑料窗紗上面放置所選的人工濕地基質(zhì),厚度約15 cm,其中煤渣+沸石基質(zhì)以1∶1配比,再在基質(zhì)上鋪一層細(xì)沙,厚約6~8 cm。另設(shè)計(jì)一個高位水箱,用于進(jìn)水。水生植物采用移栽的方式。

        1.2.2實(shí)驗(yàn)處理和裝置運(yùn)行

        人工濕地構(gòu)建后連續(xù)運(yùn)行一周,檢查裝置是否漏水,測量裝置的實(shí)際水容量以及蒸發(fā)量。待裝置運(yùn)行穩(wěn)定后,移入相同種類、數(shù)量以及長勢基本相同的植物,并設(shè)置對照,具體如下:

        (1)CK組:無植物和基質(zhì),僅污水自然修復(fù)處理;

        (2)對照組處理:栽入植物,基質(zhì)和污水;

        (3)實(shí)驗(yàn)組處理:無植物,加入基質(zhì)和污水。

        以上基質(zhì)均表示基質(zhì)的不同組合。(包括1種、2種的不同組合)。待植物生長一段時間后(4 d),向模擬人工濕地中加入自配污水,日進(jìn)水3 L。在處理1,3,7,13 d后采樣。

        1.3測定項(xiàng)目及方法

        (1)重金屬元素含量測定。主要對不同基質(zhì)人工濕地中的Cr,Zn含量變化進(jìn)行測定,用ICP測定。

        (2)植物生長狀況的觀測。主要對移栽在不同基質(zhì)上的植物生長狀況進(jìn)行定期觀察并記錄。

        2 結(jié)果與分析

        2.1不同基質(zhì)對重金屬的凈化效果比較

        Cr和Zn是電鍍廢水中的主要重金屬污染物,其含量往往是國家最高排放標(biāo)準(zhǔn)的幾十倍。基質(zhì)對于重金屬具有良好的去處效果,不同的基質(zhì)以及基質(zhì)組合對于不同的重金屬去除效果也不相同。

        2.1.1不同基質(zhì)對Cr,Zn的去除效果比較

        從圖1和圖2可以看出,所選的基質(zhì)以及基質(zhì)搭配對于污水中的Cr,Zn均有明顯的去除效果,去除率都在74%以上。其中煤渣+沸石處理組對于廢水中Cr的去除率達(dá)到91.3%,煤渣與沸石基質(zhì)搭配使用比單一基質(zhì)去除Cr的效果更好,可能在不同的基質(zhì)之間存在著相互的促進(jìn)作用。但煤渣+沸石處理組對于廢水中Zn的去除率只有90%,低于煤渣、沸石組。

        2.1.2植物對不同基質(zhì)去除Cr,Zn效果的影響

        植物是人工濕地中不可或缺的部分。分析圖3、圖4、圖5和圖6,在沸石組以及煤渣+沸石組中,植物與基質(zhì)相互促進(jìn),凈化效果明顯優(yōu)于只有基質(zhì)處理組即實(shí)驗(yàn)組。比較圖3和圖5、圖4和圖6發(fā)現(xiàn),在單一基質(zhì)中,植物對基質(zhì)去除Cr,Zn的影響相對較小,而在搭配基質(zhì)中植物的促進(jìn)作用較大,說明植物與不同的基質(zhì)或基質(zhì)搭配之間的相互作用存在著較明顯的差異。產(chǎn)生這種差異的原因,可能與基質(zhì)是否促進(jìn)植物生長以及植物分泌物對基質(zhì)的作用有關(guān)。

        圖1 13 d后不同基質(zhì)對重金屬Cr的去除率

        圖2 13 d后不同基質(zhì)對重金屬Zn的去除率

        圖3 種植植物對沸石去除Cr的影響

        圖4 種植植物對沸石去除Zn的影響

        圖5 種植植物對煤渣+沸石去除Cr的影響

        圖6 種植植物對煤渣+沸石去除Zn的影響

        2.2不同基質(zhì)中植物的生長狀況比較

        基質(zhì)作為人工濕地中的主要組成部分,一方面直接影響著濕地的去污效果,另一方面,基質(zhì)也是濕地植物生長的主要場所,與植物能否存活或者正常生長直接相關(guān)。因此,在利用基質(zhì)時,植物的生長狀況是必須考慮的重要因素。

        從表2可以看出,在所選的3種基質(zhì)中,植物的生長狀況存在著一定差異。在煤渣+沸石組中,植物生長茂盛,而在煤渣組、沸石組,植物基本能夠正常生長。沸石和煤渣配合使用,比兩種基質(zhì)單一使用時更有利于植物的正常生長。不同植物對于基質(zhì)的適應(yīng)性也不相同,在本實(shí)驗(yàn)所選的6中植物中,千屈菜的適應(yīng)性最強(qiáng),黃花鳶尾的適應(yīng)性最差。

        表2 植物在不同基質(zhì)人工濕地中的生長狀況

        3 討論

        國內(nèi)外對于基質(zhì)的篩選,一般都集中在對單一基質(zhì)的研究,很少見到對不同基質(zhì)搭配使用方面的報道。此外,在基質(zhì)利用過程中,往往只考慮到基質(zhì)對于污水的凈化效果,而忽視了基質(zhì)是否適合相關(guān)植物的生長,以及基質(zhì)與植物在凈化污水時是否存在著相互促進(jìn)作用。

        本研究發(fā)現(xiàn),所選基質(zhì)對于污水中的Cr,Zn均有較強(qiáng)的去除能力,這與前人的研究相符合。此外,研究還發(fā)現(xiàn),對于重金屬Cr的去除效果,基質(zhì)以及基質(zhì)組合之間存在著較大的差異。去除Cr時,基質(zhì)搭配使用效果明顯優(yōu)于單一基質(zhì)的凈化效果,但在去除Zn的研究中未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象,這可能是由于基質(zhì)對于不同重金屬的凈化方式不同而產(chǎn)生的差異。將煤渣和沸石用作人工濕地的基質(zhì),不僅解決了去除重金屬的難題,而且只要合理利用,不超過系統(tǒng)的最大去除能力,其去除重金屬的能力就不會因時間的推移而降低,使人工濕地系統(tǒng)更有效地運(yùn)用于電鍍廢水處理。

        研究發(fā)現(xiàn),種植植物的煤渣與沸石混合基質(zhì)人工濕地,其去除重金屬Cr,Zn的能力優(yōu)于種植植物的沸石基質(zhì)人工濕地。植物在不同基質(zhì)上的生長狀況差異較大,這主要與基質(zhì)引起原污水中的BOD,COD和pH值的變化有關(guān)。如果變化超出了植物生長的可承受能力,就會嚴(yán)重影響植物的正常生長。

        [1]Rodgers, J Hjr, A Dunn. Developing design guidelines for constructed wetlands to remove pesticides from agricultural runoff[J]. Ecological Engineering,1992(1):83-95.

        [2]Lakatos G, M K Kiss, M Kiss, et al. Application of constructed wetlands for wastewater treatment in Hungary[J]. Water Science and Technology, 1997,35(5):331-336.

        [3]Crites R W, G D Dombeck. Removal of metals and ammonia in constructed wetlands[J]. Water Environment Research, 1997,69(2):132-135.

        [4]Obarska-Pempkoeiak H, K Klimkowska. Distribution of nutrients and heavy metals in a constructed wetland system[J]. Chemosphere, 1999,39(2):303-312.

        [5]Tang S. Experimental study of a constructed wetland for treatment of acidic wastewater from an iron mine in China[J]. Ecological Engineering,1993(2):253-259.

        Study of Different Substrates Used in Constructed Wetlands for Removal of Plating Heavy Metal (Cr, Zn)

        ZHANG Xiaobin1LIU Peng2LI Xing2

        (1.XiangtancityenvironmentalprotectionscienceresearchinstituteXiangtan,Hunan411100)

        Zeolite, cinder, zeolite-cinder mixture are used as substrates and the purification effects of three constructed wetlands with different substrates have been studied. The principal results show: three substrates have obvious removal effects for heavy metal Cr, Zn and the removal rates can reach above 74%; when the cinder is cooperated with zeolite, the mixture has higher removal efficiency of heavy metal Cr than that by using the single one; the zeolite-cinder mixture system with plant cultivated has a better effect on heavy metal Cr, Zn removal than the zeolite system with plant cultivated.

        cinderZeoliteconstructed wetlandheavy metal

        浙江省教育廳高等學(xué)校訪問學(xué)者專業(yè)發(fā)展項(xiàng)目(FX2014137)。

        張曉斌,女,1982年生,碩士,工程師,主要從事環(huán)境工程、環(huán)境影響評價等研究。

        2016-03-31)

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