利用人工濕地處理含銅廢水的研究

阮樹堂　賴九江

摘要：指出了含銅電鍍廢水是電鍍廢水中最主要的一種環(huán)境污染成分，采取人工濕地的方式進(jìn)行了處理含銅廢水的實(shí)驗(yàn)，通過研究選擇合適的水生植物和濕地類型，以達(dá)到較好地銅離子去除效果。

關(guān)鍵詞：銅離子；含銅廢水；人工濕地

中圖分類號(hào)：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：16749944（2017）10002202

1 引言

隨著電鍍工業(yè)的發(fā)展和環(huán)境污染的加劇， 電鍍行業(yè)所造成的環(huán)境污染越來越受到人們的重視。其中，含銅電鍍廢水是電鍍行業(yè)中最主要的廢水，目前，含銅電鍍廢水的處理方法有化學(xué)沉淀法、離子交換法、電解法和膜技術(shù)法等。近年來，利用人工濕地凈化電鍍廢水成為人們研究的重點(diǎn)。

人工濕地（CW—Constructed Wetland）污水處理技術(shù)是近年發(fā)展起來的一種污水處理新技術(shù)，具有處理效果好、運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)管理方便、工程基建和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低以及對(duì)負(fù)荷變化適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。其基本原理是在人工濕地填料上種植特定的濕地植物，從而建立起一個(gè)人工濕地生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)電鍍污水通過濕地系統(tǒng)時(shí)，其中的污染物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)被濕地系統(tǒng)吸收或分解，而使水質(zhì)得到凈化。

2 人工濕地類型的選擇

按照濕地中主要植物形式，人工濕地可分為浮游植物系統(tǒng)、挺水植物系統(tǒng)和沉水植物系統(tǒng)。而目前一般所指人工濕地系統(tǒng)都是指挺水植物系統(tǒng)。

挺水植物系統(tǒng)根據(jù)廢水流經(jīng)的方式，可將人工濕地分為表面流濕地、潛流濕地和垂直流濕地三種類型，由于潛流濕地具有截留、生物膜過濾和受氣候影響小等特點(diǎn)，因此，本實(shí)驗(yàn)以水平潛流人工濕地（圖1）作為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

圖1 水平潛流人工濕地

3 材料和方法

3.1 植物的選用

不同的生長環(huán)境和污水處理要求，選用的植物是不同的，因此，應(yīng)當(dāng)選用生長良好本地適應(yīng)性強(qiáng)的植物作為人工濕地植物。該實(shí)驗(yàn)采取水平潛流的人工濕地類型，可選植物有鳳眼蓮、蘆葦、蒲草和菖蒲等。經(jīng)過前期種植實(shí)驗(yàn)觀察，蘆葦在試驗(yàn)場(chǎng)地生長良好，且去除重金屬的能力較強(qiáng)，根據(jù)表1 所示，蒲草的成活率最差，鳳眼蓮和菖蒲的成活率較高，而蘆葦?shù)某苫盥首罡撸诳紤]其經(jīng)濟(jì)因素的影響，因此，實(shí)驗(yàn)植物選蘆葦作為人工濕地植物。

3.2 實(shí)驗(yàn)材料

該實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室用無水硫酸銅配置濃度為100 mg/L的銅離子溶液作為實(shí)驗(yàn)電鍍廢水。

3.3 實(shí)驗(yàn)方法

該實(shí)驗(yàn)實(shí)地面積約10 m2，于每月取樣兩次，固定每次取樣時(shí)間是中午12∶00；觀察銅離子濃度變化。

3.4 銅離子濃度的確定

以1-（2-吡啶偶氮）-2-萘酚（PAN）為指示劑，以 EDTA 絡(luò)合滴定法測(cè)定處理后銅離子的含量，從而計(jì)算銅離子的去除率[1]。

移取10.00 mL人工濕地處理過含銅離子的溶液于200 mL錐形瓶中，加入13 mL 50% H2SO4，加熱至冒煙，冷卻，用氨水（1+1）調(diào)節(jié)至藍(lán)色，加入17 mL pH值為5.5的六次甲基四胺緩沖溶液，搖勻，加入10滴PAN指示劑，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，溶液顏色由藍(lán)紫色變?yōu)槟G色即為終點(diǎn)。同時(shí)，用銅標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定EDTA溶液，得到CEDTA=1.5 mol/L按照下式計(jì)算銅離子濃度：

CCu=CEDTA|V|64×1000（1）

3.5 銅離子去除率的計(jì)算

去除率=100-試驗(yàn)后銅離子濃度/100 mg/L。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

水平潛流人工濕地對(duì)銅離子的去除效果見表2，由表2可知，水平潛流人工濕地對(duì)銅離子具有較好地去除效果。實(shí)驗(yàn)初期，銅離子去除率只有4.7%，去除效率較低，可能原因是：其一，銅離子尚未完全與水生植物混合；其二，人工濕地中的重金屬主要是通過水生植物、土壤微生物和基質(zhì)的共同作用去除[2]，但是系統(tǒng)中植物、微生物的生長以及周邊環(huán)境需要一個(gè)持續(xù)穩(wěn)定的過程[3]，因此對(duì)重金屬的去除需要一個(gè)調(diào)整適應(yīng)期。

60～80 d時(shí)，銅離子去除效率提升很大，原因是隨著處理時(shí)間的延長，濕地中的生物群落結(jié)構(gòu)漸趨于穩(wěn)定，濕地去除效果逐漸提高，密集的水生植物和它們發(fā)達(dá)的地下部分形成的穩(wěn)定的微生物系統(tǒng)，以及人工基質(zhì)對(duì)電鍍廢水的阻擋、過濾作用，共同促進(jìn)了存在廢水中重金屬的去除，從而使試驗(yàn)中期重金屬的去除率提升[4]；另外一個(gè)原因可能是銅離子在系統(tǒng)中水解，系統(tǒng)酸堿性發(fā)生變化，致使銅離子濃度降低。

當(dāng)處理時(shí)間在100 d后，銅離子去除效率上升比較緩慢，可能原因是濕地生物和微生物等可吸收的銅離子濃度逐漸趨于飽和；二者，銅離子水解反應(yīng)趨于平衡。

當(dāng)實(shí)驗(yàn)處理130 d后，銅離子濃度為0.44 mg/L，小于國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)0.5mg/L。

通過圖2觀察，處理后廢液的pH值基本保持下降趨勢(shì)，原因可能是在人工濕地內(nèi)部，微生物群體逐漸釋放質(zhì)子，使得體系呈現(xiàn)弱酸性。

5 結(jié)論

（1）人工濕地中，選擇蘆葦作為水生植物可以有效地形成微生物群落，從而過濾吸收銅離子。

（2）水平潛流人工濕地可以有效地去除電鍍廢水中的銅離子，當(dāng)試驗(yàn)處理初期，銅離子去除不明顯，在試驗(yàn)處理中期，銅離子去除較為顯著。

（3）人工濕地系統(tǒng)的酸堿性對(duì)銅離子去除有影響。

（4）隨著處理時(shí)間的延長，可以有效地去除銅離子，達(dá)到國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

（5）人工濕地作為一個(gè)集環(huán)保、綠色和可循環(huán)等優(yōu)點(diǎn)的污水凈化系統(tǒng)，可以有效地達(dá)到區(qū)域性水凈化的目的。

參考文獻(xiàn)：

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