（市政工程专业论文）李氏禾及其人工湿地去除电镀废水中重金属的试验研究.pdf

桂林理工大学硕士学位论文 摘要 电镀废水的污染问题已成为当今环境保护领域的突出问题之一，受到世界各 国的广泛关注。人工湿地由于具有很低的投资运行费用、良好的处理效果和显著 的生态效益等优点，成为水体修复的重要技术。本课题旨在以铬超富集植物李氏 禾为湿地植物的人工湿地系统作为化学法处理电镀废水的后续处理，解决单纯采 用化学法处理电镀废水不能稳定达标的问题。主要研究结果如下： 本文通过水培试验研究了李氏禾对电镀废水中重金属的去除效果，结果表明 李氏禾能够有效去除电镀废水中的重金属，铬、铜和镍的去除率随着电镀废水中 重金属浓度的降低而升高，最高可达9 3 4 9 、9 6 8 4 和9 3 0 6 。 李氏禾对电镀污泥中重金属的吸收和积累试验结果表明，该植物对电镀污泥 中的铬铜镍具有很强的耐受和富集能力，单株李氏禾地上部铬、铜和镍的积累量 最高可达7 0 8 7 u g p l a n t - 1 、4 1 6 8 u g p l a n t 1 和4 3 1 8 a g p l a n t - 1 。该植物应用于湿地系统 中能够持续有效地将基质中重金属转移到地上部组织中，保证湿地系统高效的净 化能力。 本文研究了水力负荷和进水浓度对李氏禾人工湿地处理电镀废水效果的影 响，研究发现随着水力负荷的降低，湿地系统对电镀废水中重金属的去除率呈现 先上升后下降的趋势，在水力负荷为o 1 5 m 3 ( m 2 d ) 时达到最高，因此本试验的水 力负荷控制在o 1 5 m 3 ( m 2 d ) 较为合适；电镀废水的进水浓度越低，湿地系统对电 镀废水中重金属的去除能力越强。 李氏禾人工湿地处理电镀废水的试验研究结果表明，李氏禾人工湿地对电镀 废水中铬、铜和镍的去除率分别达到8 6 7 6 、9 5 5 2 和7 8 3 4 ，出水铬、铜和镍 浓度平均值分别为1 2 0 m g l 、o 0 6 m g l j 和0 5 6 m g l ，低于电镀行业水污染物排放 重金属标准限值( c 压1 5 m g l 一、c u _ 1 o m g l 、n i s l o m g l 。1 ) ，说明采用李氏禾 人工湿地技术处理电镀废水是可行的。 关键词：人工湿地；李氏禾；电镀废水；植物修复；铬；铜；镍 桂林理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t 刀招p o l l u t i o no fe l e c t r o p l a t i n gw a s t e w a t e rh a sb e c o m eo n eo ft h eo u t s t a n d i n gp r o b l e m si n t h ef i e l do fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n c w ( c o n s t r u c t e dw e t l a n d ) i sa ni m p o r t a n te c o l o g i c a l t e c h n o l o g yf o rw a t e rr e m e d i a t i o nd u et oe x c e l l e n tp e r f o r m a n c e ，m i n i m a lc a p o i t a lc o s ta n d e c o l o g i c a lb e n e f i t i nt h i sp a p e r ，c o n s t r u c t e dw e t l a n du s e dc r - h y p e r a c c u m u l a t o rp l a n t - - l e e r s i a h e x a n d r as w a r t za sw e t l a n dp l a n tw a sa p p l i e dt os o l v et h i sp r o b l e mt h a tt h e r ea r es o m ed e f e c t s i ne l e c t r o p l a t i n gw a s t e w a t e rt r e a t i n gb yc h e m i c a lm e t h o di n c l u d i n gi n s t a b i l i t yo fe f f l u e n tq u a l i t y t h em a j o rr e s u l t sw e r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： h y d r o p o n i cc u l t i v a t i o ne x p e r i m e n tw a sc o n d u c t e d t oi n v e s t i g a t et h er e m o v a le f f e c to f h e a v ym e t a l sf o r me l e c t r o p l a t i n gw a s t e w a t e rw i t hd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n sb y 三h e x a n d r a t h e r e s u l t ss h o w e dt h a th e a v ym e t a l si ne l e c t r o p l a t i n gw a s t e w a t e rw e r er e m o v e de f f e c t i v e l yb yl h e x a n d r a t h er e m o v a lr a t eo fc r , c ua n dn ii n c r e a s e dw i t l lt h ed e c r e a s eo fh e a v ym e t a l c o n c e n t r a t i o n si ne l e c t r o p l a t i n gw a s t e w a t e r d u r i n gt h ee x p e r i m e n t ，t h ec r , c ua n dn ir e m o v a l r a t er e a c h e du pt o9 3 4 9 ，9 6 8 4 a n d9 3 0 6 r e s p e c t i v e l y p o te x p e r i m e n tw a sc o n d u c t e dt oi n v e s t i g a t et h eu p t a k ea n da c c u m u l a t i o no fc r , c ua n dn i b y 三h e x a n d r ai ne l e c t r o p l a t i n gs l u d g e t h er e s u l t ss h o w e dt h a tl h e x a n d r aa p p e a r e dt oh a v e s t r o n ga b i l i t i e so fm e t a lt o l e r a n c ea n da c c u m u l a t i o ni ne l e c t r o p l a t i n gs l u d g ew i mm g hc r , c u a n dn ic o n c e n t r a t i o n , t h ea c c u m u l a t i o na m o u n to fc r , c ua n dn ii nt h es h o o to f l h e x a n d r aw e r e 7 0 8 7 u g p l a n t l 4 1 6 8 u g p l a n t la n d4 3 1 8 u g p l a n t 1r e s p e c t i v e l y w e t l a n ds y s t e mu s e dl h e x a n d r aa s w e t l a n dp l a n tw i l lb ea b l et oc o n t i n u et oe f f e c t i v e l yt r a n s f e rh e a v ym e t a l si n t ot h es h o o t so f t h ep l a n tt oe n s u r e t h eh i g he f f i c i e n tp u r i f i c a t i o no ft h es y s t e m t h ei n f l u e n c eo fh y d r a u l i cl o a da n di n f l u e n tc o n c e n t r a t i o no nt h et r e a t m e n te f f e c to f e l e c t r o p l a t i n gw a s t e w a t e rb yl h e x a n d r ac o n s t r u c t e dw e t l a n dw a si n v e s t i g a t e d t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h er e m o v a lr a t eo fc r , c ua n dn ii n c r e a s e df i r s ta n dd e c r e a s e da f t e r w a r d s 、j r i t h h y d r a u l i cl o a dd e c r e a s e d ，a n dt h em a x i m u m r a t ew a si nh y d r a u l i cl o a do fo 15 m 3 ( m 2 d ) s ot h e o p t i m a lh y d r a u l i cl o a di nt h i sw e t l a n dw a so 15 m 3 ( m 2 d ) n er e m o v a le f f i c e n c yo fh e a v y m e t a l si n c r e a s e dw i t ht h ed e c r e a s eo fi n f l u e n tc o n c e n t r a t i o n t h et r e a t m e n to fe l e c t r o p l a t i n gw a s t e w a t e rb yl h e x a n d r ac o n s t r u c t e dw e t l a n dw a s c o n d u c t e d t h ee x p e r i m e n tr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ew e t l a n ds y s t e mw o r k e dw e l lf o rt h i sk i n do f w a s t e w a t e r i tc o u l dr e m o v ec r , c ua n dn ia tt h er a t eo f8 6 7 6 9 5 5 2 a n d7 8 3 4 1 1 桂林理工大学硕士学位论文 r e s p e c t i v e l y t h ee f f l u e n tc o n c e n t r a t i o n so fc r , c ua n dn iw e r e1 2 0 m g l ，0 0 6 m g l 1 a n d 0 5 6 m g l ir e s p e c t i v e l y , l o w e rt h a nt h ee l e c t r o p l a t i n gi n d u s t r ys t a n d a r do fw a t e rp o l l u t a n t d i s c h a r g eo f h e a v ym e t a l sl i m i t s ( c 匿1 5 m g l ，c u 地下茎 地上茎 叶，重金属主要富集在植物根部和地下茎部，以p b 最为典型。m a t t h e w s 等【9 4 】研究了来自重金属污染区和非污染区的5 个 g l y c e r i af l u i t a n s ( 甜茅属) 种群对4 种不同浓度梯度z n 的吸收富集能力， 结果表明植物体内的z n 含量均随着z n 处理浓度的增加而增加，且各种 处理间差异显著，种群间差异不显著；z n 在g l y c e r i af l u i t a n s 植物体内 的分布表现为根 枯死叶 活着的叶。p a n i c h p a t 等【l 0 7j 认为狭叶香蒲 ( t y p h aa n g u s t i f o l i a ) 去除p b 的潜能非常大。阳承胜等【1 0 8 】利用宽叶香蒲人 工湿地净化凡口铅锌矿采矿废水，经系统处理后，水质得到明显改善， 主要污染物t s s 、p b 、z n 、c u 和c d 等均达到工业标准，并接近农灌标 准。招文锐等【71 】研究了宽叶香蒲人工湿地系统处理广东韶关凡口铅锌矿 选矿废水的稳定性，历时l0 年的监测结果表明，该系统能有效地净化铅 锌矿废水，且具有很高的稳定性。余国营等l l0 9 】通过对滇池的一些优势水 生植物体内金属元素的研究分析表明，风眼莲对z n 、c u 、p b 和c d 的富 集系数较大，喜旱莲子草对c u 和f e 的吸收富集能力较强。 1 3 3 铬超富集植物李氏禾及其对重金属污染水体的修复 ( 1 ) 李氏禾的生理学特征 李氏禾( l e e r s i ah e x a n d r as w a r t z ) ，多年生禾本科；杆下部伏卧地面 或倾斜，并于节处生根。其节常具倒生微毛；叶鞘光滑或粗糙，上部短 于节间；叶舌膜质，长l 2m m ，其基部两侧下延与叶鞘边缘相愈合；叶 片扁平或卷折，披针形，长约3 12c m ，宽约1 5m m ，具短柄；外稃五 脉，脊与边缘均具刺毛，两侧具刺毛；雄蕊六枚。结实了的外稃和内稃 具刺毛。秋冬抽穗。广泛分布于华东、华中、河北、陕西、四川、贵州 和广西等地，为湿生野草，多生于沼泽地、溪旁和稻田的田基上1 1 。李 氏禾标本见图1 4 。 1 9 桂林理工大学硕士学位论文 督相“斌女， 事氏禾l 】ab e j a n c f r as rc z ( h o n a l o e n c h r u sh e x a n d r u s ( s ) 0k u n t z e 图l4李氏禾标拳照片 f i g1 4t h es p e c im e no f h e x a n d r a 注：标本照片由广西大学林学院植物标本棺提供 李氏禾可通过种子繁殖，也可通过地下茎繁殖，繁殖速度非常快， 可高密度生长，单位面积内生物量大。2 0 0 6 年8 月对桂林市雁山区一小 溪边生长的李氏禾进行调查的结果显示，长势中等的李氏禾每平方米可 收获李氏禾4 5 2 k g ( 鲜重) ，按此数据计算，每公顷可收获李氏禾4 52 t ( 鲜 重) ，若干重按鲜重的2 0 计算，则每公顷可收获李氏禾干物质约9 t 。 李氏禾生命力极强，在桂北某电镀废水污染水塘中该植物生长非常 繁茂( 图15 ) 。实验过程中发现，李氏禾环境适应性很强，宜于人工扩大 培养土培和水培均容易成活，且生长非常迅速。李氏禾室内培养情况 见图l6 和图1 7 。 桂林理工大学硕士学位论文 图i7 温室中水培的车氏禾( 3 0 d f i g i7 h e x a n d r au n d er h y d r o p o n i cc u l t i v a t i o ni 1 1g r ee n h o u s er a f t e r3 0d a y s ) 桂林理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 李氏禾对重金属污染水体修复及其对重金属的富集 李氏呆( l e e r s i ah e x a n d r as w a r t z ) 是中国境鹿发现的第种铬超富集 植物【l l ，该植物对铬具有明显的超富集作用，对铜、镍等重金属也有很 强的富集能力【1 13 1 。该植物在底泥和水中c r 、c u 和n i 含量平均值分别为 l0 2 8 m g k g 一、l5 4 9 0 m g k g 、3 2 0 5 8 m g 。k g q 和5 9 0 m g l 、5 8 8 m g l 一、 4 48 m g l 、5 9 0 m g l 。1 的桂北某电镀废水污染水塘中生长非常繁茂，并 虽对c r 、c u 和n i 表现出极强昀富集能力。其时片中( 干物质，下同) 铬 含量最高可达29 7 7 7 m g - k g ，平均铬含量为16 35 8 m g k g 一；铜含量最高 达到2 l2 9 3 0 m g k g ，平均含量为l7l7 。8 5 m g k g ；镍含量最离达到 l34 9 4 8 m g k g 一，平均含量为8 6 6 6lm g k g 。实验室水培条件下，在c r 、 c u 和n i 浓度分别为4 0 m g l 、4 0 m g l _ 和50 m g l 。的营养液中生长4 5 d ， 李氏禾叶对c r 、c u 和n i 富集量分别离达56 0 7 6 m g k g 一、2 357 2 6 m g k g q 和2 9 2 6 4 8 m g k g 一。 陈俊等【h 毒l 评价了李氏禾对水中c r 、c u 、n i 的去除潜力。结采表明 李氏禾能够有效去除水体中的c r 、c u 、n i 污染物，重金属初始浓度分别 为l0 m g l q 和2 0 m g l q 的营养液，lo d 后中c f 浓度降低到原子吸收分光 光度法检出限以下，l0 d 后c u 浓度降低到1 0 2 m g l 以和1 25 m g l ，2 0 d 后n i 浓度降低到l 。l0 m g l 。和2 。l4 m g l 。收获的植物根、茎、叶中重 金属含量均较高，根中重金属含量显著高于茎和叶。 李氏采适宜于在湿生环境巾生长，繁殖非常迅速，可高密度生长， 单位面积生物量大，是一种极好躲修复重金属污染水体的植物，在铬、 铜和镍等重金属污染水体的植物修复方面表现出较强的潜力。 。4 本课题研究的目的、内容和意义 1 。4 。1 课题来源 国家自然科学基金项目“李氏禾对铬的超富集特征及机制研究 ( 4 0 6 6 30 0 2 ) ；教育部耩学技术研究重点项目“李氏秉对铬的超积累特征 及在植物修复中的应用( 2 0 6 1 16 ) 。 1 。4 。2 本课题研究的尽的与意义 电镀废水中含有较多有毒物质，不经处理排放或处理不达标排放， 必定会对生态环境及人类产生广泛焉严重的危害。人王漫地是本世纪七 十年代蓬勃兴起的一种生态污水处理技术，具有低投资、低能耗、低成 桂林理工大学硕士学位论文 本、运行维护要求低、出水水质好等优点。本课题旨在以铬超富集植物 李氏禾为湿地植物的人工湿地系统作为化学法处理电镀废水的后续处 理，解决单纯采用化学法处理电镀废水不能稳定达标的问题。 人工湿地污水处理技术适合我国国情，具有及其广阔的应用前景。 但该项技术在我国尚处于研究起步阶段，尤其是应用于电镀废水重金属 污染物的处理的研究较少。本课题研究了李氏禾人工湿地对电镀废水的 处理效果和净化能力，论证李氏禾人工湿地处理电镀废水的有效性，为 今后更加深入地开展该方面研究提供有用的理论和技术依据，以促进人 工湿地处理电镀废水技术在我国的推广应用。因此，本研究具有很强的 针对性、实用性和理论先导性。 1 4 3 本课题研究的内容 首先，通过水培实验，研究了李氏禾对电镀废水中重金属的去除效 果：第二，通过盆栽实验，研究了李氏禾对电镀污泥中铬铜镍的耐受和 积累能力；第三，通过盆栽实验模拟以铬超富集植物李氏禾为湿地植物、 红壤和沸石为混合填料的人工湿地系统，研究了进水浓度和水力负荷对 该系统处理电镀废水效果的影响，为李氏禾人工湿地处理电镀废水确定 出最佳运行条件；第四，通过构建小型湿地系统，研究了李氏禾人工湿 地对电镀废水的处理效果和重金属在湿地系统中的分布与迁移规律，并 对李氏禾人工湿地系统处理电镀废水的的可行性进行评估。 本研究主要完成以下几组实验： ( 1 ) 李氏禾对电镀废水中重金属的去除效果研究； ( 2 ) 李氏禾对电镀污泥中重金属的吸收和积累研究； ( 3 ) 李氏禾人工湿地处理电镀废水的影响因子研究； ( 4 ) 李氏禾人工湿地处理电镀废水的试验研究。 桂林理工大学硕士学位论文 1 4 4 技术路线 技术路线见图1 8 。 李氏汞寓骏窜誊太臻箨| - - - - - - a d m m m 6 m m m c m m m m m c m - - 一一一- - - - - 一一 , i k毒 l 夸艮汞聪电镀废水l 夺氏禾对电镟污酬。 l 中覆金属拘去豫敛聚l 敷金辘豹暇收尊彰：鬃 - _ - - - - _ - - 一- - - _ - - - - - - ， 一一一一一一一一一一 一- 一一- - 一 l 李氏乐人。f 湿地处坪电镀废水的彩响湖- f 研究 1 童 l 不喇滋水浓壤| 水嗣水力负赫l 一一一一一一一 一一一- 一- 一一 一一一- 一一- 一 一一一一一一一一一一 一一一一一一一一一一w 孝氏茉久】：凝缝链珲电镀浚承黼绷 究 | i 对l 毡镀缓水中嫒 夔金璃菇邂地系统l 金腻豹点除放袋释郯别，的分绍l 图l 。8 技术路线图 f i g1 8s k e t c hm a pf o rt h i ss t u d y 桂林理工大学硕士学位论文 第2 章李氏禾对电镀废水中重金属的去除效果研究 2 1 引言 广西北部菜电镀工业区产生的电镀废水主要含有c r 、c u 、n i 等重金 属污染物，该废水通过化学沉淀处理后排入厂区旁的池塘中( 池塘面积约 4 h a ) ，然嚣再流入附近的一条小河。附近的农匿大多用该河水灌溉。尾水 中残余的重金属有可能在尾水塘、小河和稻田中累积，从而对土壤环境 安全和人类健康造成一定的危害。 李氏禾是湿生铬超富集植物f 纠，对铜、镍等重金属也有很强的富集 能力【1 13 1 。陈俊等【1 1 4 1 研究发现李氏禾能够有效去除单一重金属污染水体 中的c r 、c u 、n i 等重金属污染物，为电镀废水的植物修复提供了优良的 种质资源。 本文研究了李氏禾对电镀泼水中重金属的去除效果以及重金属c r 、 c u 和n i 在李氏采各组织中的积累和分布，为电镀废水的植物修复提供科 学依据和基础材料。 2 2 材料与方法 2 2 1 试验材料 实验所采用的李氏采取自来受c r 、c u 、n i 等重金属污染的挂林隶桃 花江边。 2 。2 。2 培养方法 野外采集的植物洗净后采用1 2h o a g l a n d 营养液预培养15d ( 完全营 养液组成见表2 。1 ) ，然艨每桶选取35 4 5 株采苗在容积力1 5 的塑料桶 中培养，塑料桶中盛模拟电镀废水ll ( 见图2 1 ) 。模拟电镀废水中c r 、 c u 、n i 浓度参照挂北某电镀工业区产生的电镀废水中c r 、c u 、n i 的浓 度( 见表2 2 ) ，设置三个处理。c r 、c u 、n i 分别由k 2 c r 2 0 7 、c u s 0 4 5 h 2 0 和n i c l 2 6 h 2 0 提供。每种处理设3 个平行样，对照溶液中不种植李氏禾。 每目同一时间取样lm l 测定重金属含量。不同处理中重金属浓度冕表2 3 。 2 5 桂林理工大学硕士学位论文 表2 。1h o a g l a n d 究全营养液配方 t a b l e2 1p r e s c r i p t i o no fh o a g l a n dn u t r i t i o n 表2 2 桂北莱电镀工业区产生的电镀废水中重金属浓度 t a b l e2 。2h e a v ym e t a lc o n c e n t r a t i o n si n e l 。c 专r o p l a 专i l 薹gw a s t e w a t e r p r o d u c e db ye l e c t r o p l a t i n gi n d u s t r i a la r e ai nt h en o r t ho fg u a n g x i 表2 。3 不麓处理孛重金属浓度 t a b l e2 3h e a v ym e t a lc o n c e n t r a t i o n s i ne l e e 重f o p l 鑫鼍i 爨gw a s t e w a t e rw i t hd i f f e r e n tt r e a t m e n t 处理 c r ( m g l 1 )c u ( m g l 1 ) n i ( r a g l 1 ) 高浓度 3 5 05 0 10 。0 中浓度 17 5 2 55 0 低浓度7 。01 。02 。0 - - _ - _ _ _ _ - - _ l - _ _ - _ - _ _ _ - _ _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - - - - _ i l l l l l l l l l l l i _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ - - _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ - _ - - _ _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ 桂林理工大学硕士学位论文 图21 温室中电镀废水处理下的李氏禾 f i g2 il he x a n d r at r e a te db ye lec l r o p la t l n gw 8 $ t e w ar eri ng r ee n h o u se 22 3 样品处理与测定 取同的水样用稀h n 0 3 定客后用原子吸收分光光度法测定重金属含 量。 收获的植物先用自来水洗净，用01 m o l l 的c a ( n 0 3 ) 2 溶液浸泡 3 0 m i n ，然后用去离子水冲洗3 次。置于烘箱内l0 5 杀青3 0 r a i n ，然后 8 0 烘十至恒重，磨碎，根茎叶分别称重。用h n 0 3 + i - i c l 0 4 体系消解，原 子吸收分光光度法测定重金属含量( p e a a 7 0 0 ) 。 2 24 数据处理 各处理中重金属浓度随时问的变化及不同重余属对李氏禾生物星的 影响均采用最小显著差数法( l s d ) 检验；相同重金属处理条件下，种植植 物组与未种植植物组( 对照组) 溶液中重金属浓度的比较采用t 检验。 23 结果与分析 231 李氏禾对电镀废水中重金属的去除效果 培养期间各处理中重金属浓度的变化见图22 、23 和24 。 由图2 2 、23 和24 可看f + ，在不同处理中李氏禾对cr 、c u 、n i 的 去除是一个先快后慢的的过程。在各处理中，溶液中cr 、c u 、n i 的沐度 分别在试验开始的前5 d 、前4 d 和前3 天下降幅度较快，此后逐渐平缓。 桂林理工大学硕士学位论文 在低浓度处理中，李氏禾对c r 、c u 、n i 的去除率分别达到9 3 4 9 、9 6 8 4 和9 3 0 6 ，溶液中c r 、c u 、n i 的浓度在lo d 后降为0 47 m g l 一、0 0 3 m g l 叫 和0 16 m g l ，均低于电镀行业水污染物排放重金属标准限值 ( c r _ 1 5 m g l 、c u lm g l 、n i lm g l 。1 ) 。在中浓度和高浓度处理中， 10 d 后c r 、c u 、n i 浓度大幅度降低，分别为7 28 m g l 、0 21m g l 一、 0 5 5 m g l 1 和2 0 18 m g l 一、0 6 4 m g l 一、2 81 m g l ，c r 、c u 、n i 的去除 率分别达到58 78 、91 48 、8 7 4 2 和4 2 51 、87 31 、6 4 9 5 。 f 一 g 专， 越 避 0 4 0 3 5 _ 1 卜3 钿班+ 1 7 5 m g , l + 7 m g l 叫卜3 5 m e , t l c k ) 卅卜1 7 5 m g t g c g ) 1 卜7 m g l ( c k ) 0l23 4567891 0 时间( d ) 图2 2 李氏禾对电镀废水中c r 的去除效果 f i g2 2c rr e m o v a le f f e c tb y 工h e x a n d r af r o me l e c t r o p l a t i n gw a s t e w a t e r + 表示种植李氏禾与未种植李氏禾电镀废水中重金属浓度差异极显著( p 0 01 ) 如 笛 ：2 m 5 0 桂林理工大学硕士学位论文 6 5 o4 0 + 5 r r g l + 2 5 m g l + i n w l 廿5 n g t i c k ) 小2 5 m e l ( c k ) 廿i n w t ( c k ) o 23456789 1 0 时问( d 图2 3 李氏禾对电镀废水中c u 的去除效果 f i g2 3 c ur e m o v a le f f e c tb yl h e x a n d r af r o me l e c t r o p l a t i n gw a s t e w a t e r 表示种植李氏禾与未种植李氏禾电镀废水中重金属浓度差异极显著( p o 01 ) l l 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 l 0 - - l o m g l _ 5 m g l p 2 a g l 口_ 1 0 m g l ( c k ) 伊s m g l ( c k ) 加2 m g l ( c k ) n i 0 23456789l o 时0 1 j l ( d ) 图2 4 李氏禾对电镀废水中n i 的去除效果 f i g2 4n ir e m o v a le f f e c tb y 三h e x a n d r af r o me l e c t r o p l a t i n gw a s t e w a t e r 幸表示种植李氏禾与未种植李氏禾电镀废水中重金属浓度差异极显著( p 0 0 5 ) ，高浓度处理下的李氏禾生物量与 对照相比显著减少( p 0 0 5 ) 。 ，、0 2 5 口 o 2 对 o 1 5 羹0 1 o 0 5 o 空自 低浓度中浓度商浓度 处理 图2 5 重金属对李氏禾生物量的影响 f i g2 5e f f e c t so fd i f f e r e n th e a v ym e t a l so nt h eb i o m a s so fl h e x a n d r a 不同字母问差异显著( l s d ，p 00 5 ) 。s 2 、s 3 和s 4 中李氏禾地上部干重随土壤重金属含量的增加而 降低，与对照相比显著减少( p 00 5 ) 。除s 1 外，其它处理中李氏禾的生 长均受到不同程度的抑制，中毒程度也随着土壤中重会属含量的增高而 加深。s 2 中，李氏禾生长基本正常，虽然老叶有枯斑，有变大趋势，但 新叶不断萌发，仅仅生长趋势变缓：s 3 和s 4 中，李氏禾出现明显的中 毒症状，叶片逐渐发白、枯萎。尤其是在s 4 中培养的李氏禾，中毒程度 较s 3 要严重得多，仅培养15 天绝大部分茎和叶发白，枯萎，生长完全 被抑制。6 0 d 收获时各处理中李氏禾地上部生物量分别为对照的9 816 、 7 6 7 1 、6 45 1 和6 13 4 。 桂林理工大学硕士学位论文 c ks ls 2 s 3s 4 魅理 蹬3 2 重金属对李氏禾地上部生物量的影响 f i 9 3 2e f f e c t so fd i f f e r e n th e a v ym e t a l s0 1 1t h es h o o tb i o m a s so f 五h e x a n d r a 不同字母闯燕异显著( l s d ，p 0 0 5 ) 3 3 2 李氏禾地上部重金属含量 童图3 3 可看出，李氏禾对c r 的嘉集能力强于c u 和n i 。随着土壤中 重金属含量增加，李氏禾地上部c r 、c u 、n i 含量显著增加( p 0 0 5 ) ，在 s 4 中分别达到5 8 8 。2 l m g + k g l 、3 4 5 。4 9 m g k g l 、3 5 5 0 6 m g 。k g l ，与s l 相 比分别增加了l30 5 、8 0 8 、91 9 。 7 6 0 0 5 0 0 柏0 3 9 0 2 0 0 l 0 c ks ls 2s 3s 4 处遴 图3 3 李氏禾地上部重金属含量 f i g3 3h e a v ym e t a l sc o n c e n t r a t i o n si nt h es h o o to f 。h e x a n d r a 同种重金属间进行比较，不同字母间差异显著( l s d ，p 0 0 5 ) 。植物修复的效果取决于地上部重金属含量 和生物量。虽然李氏禾地上部c r 、c u 、n i 含量随着土壤重金属含量增加， 但地上部生物量也随之显著减少。由此可见，在适中的重金属污染土壤 中，李氏禾即能保持正常生长又能对土壤中重金属持续吸收，对重金属 污染土壤的修复效果最好。 3 4 讨论 c ks is 2s 3s 4 处理 图3 4 李氏禾地上部重金属积累量 f i 9 3 4h e a v ym e t a l su p t a k ei nt h es h o o to fl h e x a n d r a 同种重金属间进行比较，不同字母间差异显著( l s d ，p 0 0 5 ) 迄今为止，国内外已有较多学者开展了利用植物修复重金属污染土 壤的研究，并得到了诸多有价值的成果【1 21 1 。s u t a p a 等 12 2 1 研究了t y p h a a n g u s t a t al 对重金属污染土壤中重金属的吸收和转运，研究发现t y p h a a n g u s t a t al 在土壤c r 、c u 、n i 含量为4 0 0 3 7 m g k g 、2 4 5 8 7 m g k g 、 2 01 2 2 m g k g 一中生长6 0 d ，地上部c r 、c u 、n i 含量分别达到32 91m g k g 、15 27 m g k g 一、33 4 2 m g k g ，并认为t y p h aa n g u s t a t al 可用于重金 属污染土壤的修复。本研究的结果表明，李氏禾能够在土壤c r 、c u 、n i 3 7 为 的 如 加 m o 拿plu磊ld嚣n一帮麟一薄莲梅箍q簧 桂林理工大学硕士学位论文 含量分别高达8515 6 9 m g k g 、34 4 2 2 7 m g k g 。1 和2 9 9 2 55m g k g 。1 的s 1 处理中保持正常生长，至6 0 d 收获时地上部c r 、c u 、n i 含量分别达到 2 55 2 3 m g k g 、l91 0 9 m g k g 、l85 01m g k g 一。不管从重金属的耐性和 富集能力上都超过了t y p h aa n g u s t a t al ，说明李氏禾在重金属污染土壤 的修复方面比t y p h aa n g u s t a t al 更具潜力。 黄铭洪和骆永明【1 2 3 】肯定了耐性植物在植物稳定修复中的作用，在重 金属污染土壤上种植金属耐受性植物可降低金属的移动性，并减少进入 食物链的金属的生物有效性，有毒金属将会被固定在生态系统中，减轻 了通过风蚀和表土的风力传播所引起的迁移，同时，也可减少有毒金属 因淋溶而进入地下水所引起的污染。本研究中，除s1 中李氏禾正常生长 外，其他各处理中李氏禾的生长虽受到重金属毒性的影响但没有致死， 对高浓度重金属复合污染表现出了很强的耐性，在土壤中有毒重金属的 固定方面发挥了巨大作用。 魏树和等【1 2 4 】对18 种杂草对重金属的超积累特性研究后发现，植物 地上部生物量的高低与其地上部重金属的含量相关，即地上部生物量较 高的植物，其地上部也可以富集较高含量的重金属。迄今发现的许多超 积累植物生长缓慢、植株矮小、地上部生物量小，极大地限制了植物修 复的实际应用【1 25 1 。本试验中的李氏禾虽然单株生物量小，造成地上部积 累量较低，但李氏禾为多年生禾本科植物，可高密度生长且生长非常迅 速，单位面积内生物量大，因此可以通过增加单位面积内植株数量的方 法提高地上部重金属吸收量。野外调查发现，长势中等的李氏禾每平方 米可收获李氏禾4 52 k g ( 鲜重) ，若干重按鲜重的2 0 计算，则每公顷可 收获李氏禾地上部干物质约9 t 。如按本研究s1 中的李氏禾地上部重金属 含量计算，每公顷李氏禾地上部带走的c r 、c u 、n i 量分别为2 3 k g 、1 7 2 k g 、 1 6 7 k g 。 3 5 本章小结 ( 1 ) 李氏禾能够在c r 、c u 、n i 含量分别为 85l5 6 9 m g k g 一、 3 4 4 2 2 7 m g k gd 和2 9 9 2 5 5m g k gd 的2 5 电镀污泥中正常生长外，其他 各处理中李氏禾的生长虽受到不同程度重金属毒性的影响但没有致死， 对高浓度重金属复合污染表现出了很强的耐性。 ( 2 ) 随着土壤重金属含量增加，李氏禾地上部c r 、c u 、n i 含量也显 著增加，在10 0 电镀污泥中分别达到588 2lm g k g 、3 4 5 4 9 m g k g 一、 355 0 6 m g k g 一，对重金属复合污染中的c r 、c u 、n i 表现出了较好的富 3 8 桂林理工大学硕士学位论文 集能力。 ( 3 ) 李氏禾受重金属的毒害作用随土壤中重金属浓度急剧升高而逐 渐加强，致使李氏禾地上部生物量大幅降低，地上部c r 、c u 、n i 积累量 增加不明显。单株李氏禾地上部c r 、c u 、n i 积累量在10 0 电镀污泥中 最高，分别达到7 0 8 7 u g 。p l a n t 、41 6 8 t t g p l a n t 、4 3 18 t t g 。p l a n t 一。 ( 4 ) 李氏禾为多年生禾本科植物，可高密度生长且生长非常迅速，单 位面积内生物量大，在适度的重金属复合污染土壤中即能保持正常生长 又能对土壤中重金属持续吸收，在重金属污染土壤的植物修复方面具有 一定潜力；该植物作为湿地植物应用于湿地系统中能够持续有效地将基 质中重金属转移到地上部组织中，保证湿地系统的高效运行。 3 9 桂林理5 - 大学硕士学位论文 第4 章李氏禾人工湿地处理电镀废水的影响因子研究 4 1 引言 水力学特性是决定湿地类型和维持湿地发育过程的首要因子i l2 6 1 。水 力条件赋予了湿地生态系统区别于陆生和水体生态系统的独特的物理化 学属性对湿地生态系统起着决定性的控制作用。人工湿地不同于一般 定容式反应器，除植物种类、填料特性的影响外，湿地的水力负荷、污 染负荷、停留时间及水深等水力条件均会引起人工湿地处理效果的变化。 因此，探讨上述影响因子对湿地净化效果的影响及其规律，无论对人工 湿地处理技术的开发和推广应用，或是实际工程的运行管理均具有十分 重要的意义。本试验通过盆栽试验模拟小型湿地系统，研究了不同水力 负荷和进水浓度对李氏禾人工湿地去除电镀废水中重金属的影响，逐渐 掌握和熟悉李氏禾人工湿地处理电镀废水的特性，优化该湿地系统对电 镀废水的净化能力，为推广应用李氏禾人工湿地处理电镀废水及承担这 方面的工程提供相关参数。 42 材料与方法 4 21 试验装置 红色塑料桶上部直径2 0 e r a ，下部直径13 c m ，桶高1 5 e m ，底部打有 直径1 e m 的出水孔5 个，为提高水的渗透性，底部放置直径15c m 一2 c m 的鹅卵石，厚度为3 c m ，其上铺一层1 0 0 目左右的筛网，用以阻止上层填 料流失，在筛网上放置i5k g 混合填料作为人工湿地基质，厚度12 c m 。 小桶下面放置塑料桶用于收集渗出液( 见图41 ) 。 图41 试验装置图 f i g41d r a w i n g so f n s t a l i a t i o l lf o rt h ee x p e r i l l l e n t a t i o n 桂林理工大学硕士学位论文 4 2 2 填料 湿地填料既要对电镀废水中c r 、c u 和n i 具有较强的吸附能力，又 要具有合理的孔隙结构。 红壤胶体中