模拟人工湿地对废水中Zn的去除效果和机制研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:z245713805
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锌(Zn)污染存在于陆生和水生环境当中,而且也是人们越来越关注的污染之一。人工湿地是经人工干预将植物、动物、微生物、基质和水组成的与大自然湿地相似的生态系统,具有处理效果好、经济性高等特点。本实验先采用含不同浓度(0、50、100、200和400 mg·L-1)Zn的1/2的Hoagland营养液进行水培实验,研究水芹菜(Oenanthe javanica)、灯芯草(Juncus effusus)、水葫芦(Eichhornia crassipes)这三种水生植物对不同浓度Zn积累机制,以期选择适宜的Zn浓度及植物组合。之后用模拟人工湿地技术,搭配三种不同基质即仅河沙(S)、仅粉煤灰(H)、河沙和粉煤灰以体积1:1配比(S+H),研究了在100 mg·L-1 Zn处理下,模拟人工湿地系统对含Zn废水的处理效果,以期选择出合适的基质。最后在不同进水pH(3.0、4.0、5.0和6.0)条件下,研究模拟人工湿地系统对含Zn废水处理效果,为处理酸性重金属废水提供经验。研究结果表明:(1)水培条件下0100 mg·L-1的含Zn废水有利于三种水生植物的生长,但是200400 mg·L-1的含Zn废水不利于其生长。随着培养时间的延长三种水生植物对Zn的去除率不断提高,随着Zn浓度增大去除率均在实验结束时(第7天)达到最大,可达57.02%,不同植物组合在处理100 mg·L-1的含Zn废水时,水芹菜+灯芯草+水葫芦这一组合处理效果最佳。随着Zn浓度的升高,丙二醛(MDA)和相对电导率(REC)一直增大,表明其受到的膜损伤越来越严重,不利于植物的生长;随着Zn施加浓度的增加,三种水生植物Zn在地下部分(根)与地上部分(茎和叶混合)细胞中的含量也不断增加,其中细胞壁部分(M1)和含核糖体的可溶部分(M4)占的比例最多。(2)不同基质和进水pH对三种水生植物生长并未产生不良的影响,相同基质中三种植物对Zn的富集为水葫芦>灯芯草>水芹菜。植物在S+H基质中受到的膜损伤最小,基质S次之,因此三种植物适宜于生长的基质为S+H。在不同进水pH条件下,三种植物地上和地下部分REC和MDA的变化趋势是相同的,均呈现随着pH的升高而逐渐降低,即进水pH越高对植物损伤越小。(3)不同基质和进水pH对于Zn去除率均达到较高水平,均大于95%,而且均达到《重金属废水排放标准》二级标准;基质为S+H的有植物湿地系统与进水pH为6.0处理可达一级排放标准,去除率分别最高为98.82%和98.85%。(4)不同基质和进水pH影响下,相关性分析表明模拟人工湿地系统中出水DO与pH呈正相关。基质各层总Zn含量,从上到下逐渐递减,其分布情况均为上层(05 cm)>中层(512 cm)>下层(1220 cm),有效态Zn含量的变化与总Zn含量变化趋势基本一致,相关性分析表明总Zn含量与有效Zn含量呈正相关。综上,水培条件下,结合三种植物生长和生理指标,表明其较适宜于处理100 mg·L-1及以下含Zn废水;对于模拟人工湿地系统的基质宜选用混合基质即S+H基质;模拟人工湿地对含Zn废水的去除效果,随着pH的升高而下降,但处理效果均可达到《重金属废水排放标准》,说明对处理酸性废水有很好的效果,但是酸度较低是对植物影响较大,不利于植物在系统中作用的发挥。而处理酸性废水时宜选用碱性基质,有利于调节出水pH以减少酸度过强对模拟人工湿地系统的损害,这也是有利于减少处理成本。
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