多介質(zhì)人工濕地處理灌溉用再生水中低濃度重金屬

1、多介質(zhì)人工濕地處理灌溉用再生水中低濃度重金屬1、本項目研究的意義及同類研究工作國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與存在的問題，并列出主 要參考文獻1.1項目研究的意義再生水是指污水經(jīng)水處理工藝處理后具有一定功能的可以回用的水。近年來隨著經(jīng)濟社 會的發(fā)展，我國污水排放量日趨增大，據(jù)統(tǒng)計，目前全國污水排放量已達693億m3,預計2030 年將增加到8501060億m3。另據(jù)有關資料，2010年我國城市污水日再生利用量約為 680X 104m3,僅占目前污水處理量的10%,相比于發(fā)達國家70%的利用率，我國每年可以開發(fā) 的再生水量還有近150X 108m3左右，再生水利用潛力巨大。污水再生回用因其具有顯著的社會、經(jīng)濟及

2、生態(tài)效益，已成為緩解水資源危機的一項 重要舉措。農(nóng)業(yè)灌溉作為再生水的主要利用途徑之一，在國內(nèi)外已經(jīng)得到廣泛推廣實踐。 但再生水灌溉利用存在諸多的潛在風險。同未經(jīng)處理或簡單處理的污水相比，再生水水質(zhì) 大幅提高，有效降低了其環(huán)境風險。但由于城市污水含有的各類無機、有機和生物類的污 染物，尤其是有毒有害的低濃度重金屬污染物，目前還無法經(jīng)濟有效地去除，從而再生水中 含有的這些污染物質(zhì)致使其灌溉存在一定風險。據(jù)環(huán)境保護部和國土資源部公布的全國土 壤污染狀況調(diào)查公報，全國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，部分地區(qū)土壤污染較重，耕地土 壤點位超標率為19.4%，主要污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛、滴滴涕和多環(huán)芳烴。

3、“看 不見”的重金屬污染，正在扮演農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的“隱形殺手”，不僅可能影響到農(nóng)田和農(nóng) 村周邊環(huán)境，也讓普通消費者對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全產(chǎn)生疑慮。目前，我國南方一些地區(qū)稻米出 現(xiàn)重金屬污染。當前，我國正大力推進污水資源化，如何降低在使用再生水過程中帶來的生態(tài)風險已成 為迫切需要解決的問題。各重金屬中環(huán)境風險系數(shù)最高的是Cd，其環(huán)境風險指數(shù)較高，具有 極高的生態(tài)風險；因此，“截斷”重金屬鎘離子被稻米吸收和富集的途徑，要采取預處理技 術(shù)，穩(wěn)定水質(zhì)，幫助再生水水質(zhì)達到國家灌溉用水水質(zhì)標準。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與存在的問題1.2.1重金屬離子處理技術(shù)現(xiàn)狀水體中的重金屬污染逐漸成為最嚴重的環(huán)境問題之一，各式各

4、樣的技術(shù)被用于處理重金 屬廢水。目前，低濃度的重金屬離子的去除主要是從膜分離技術(shù)、吸附法、生物吸附和植物 修復等方面來控制和去除污染物以達到改善水質(zhì)的目的。膜分離技術(shù)去除效率高，工藝簡單，但是投資成本較高，且膜孔易堵塞。吸附法是利用 多孔性的固體物質(zhì)，使水中的一種或多種物質(zhì)被吸附在固體表面而去除的方法?？捎糜谔幚?重金屬的吸附劑有殼聚糖、海泡石、礦渣、硅藻土、膨潤土和硅基磷塊鹽等，吸附法處理含 低濃度重金屬廢水不會造成二次污染。生物吸附法是一種新興的處理技術(shù)，用合理的生物體作為吸附材料能夠有效地除去廢水 中的重金屬。生物吸附技術(shù)適合處理含低濃度重金屬廢水，微生物能把重金屬離子吸附到表 面，然后

5、通過細胞膜將其運輸?shù)襟w內(nèi)并積累，從而達到去除重金屬的效果。這類生物吸附材 料在自然界中來源比較廣泛，真菌、細菌、藻類和植物等均可作為吸附材料。采用生物吸附法的發(fā)展空間更為廣闊無根，此方法相比較與其他技術(shù)具有一定的優(yōu)勢， 即成本較低、處理效果較好、便捷管理、不對環(huán)境造成二次污染等，同時更有利于生態(tài)環(huán)境 的改善。重金屬的活性更大程度取決于其賦存狀態(tài)，不同形態(tài)的重金屬生物毒性不同能夠產(chǎn)生不 同的環(huán)境效應，重金屬的賦存形態(tài)主要受到pH、有機質(zhì)及酶活性的影響。在自然水體中，重金屬并不是主要以自由離子的形態(tài)存在，而是附著在水中的懸浮顆粒 物、生物體以及表層沉積物等固相表面上，研究表明，重金屬在水相中的濃度

6、和存在形態(tài)、 水相的物理特性如pH和離子濃度、水相中吸附性基團的存在情況、固相的類型、表面特性 和表面積大小等是影響重金屬吸附的主要因素。1.2.2人工濕地對重金屬去除機理的研究人工濕地是一個包含基質(zhì)(填料)、植物、好氧及厭氧微生物的復雜生態(tài)系統(tǒng)，由于基 質(zhì)、植物、徵生物之間的相互作用與影響，重金屬在其中去除機理比較復雜，往往包含多種 作用。通常將重金屬的去除機理分為物理作用、化學作用和生物作用。物理作用主要指截留 過濾作用、化學作用主要包括吸附與化學沉淀作用、生物作用主要包括包括植物吸收和微生 物去除等作用。通常的研究表明截留過濾、吸附和沉淀作用對重金屬的去除占有主導作用。1.2.2存在的問

7、題吸附法是處理重金屬廢水的一種有效的方法，具有廣闊的發(fā)展應用前景，近二十年來， 隨著國內(nèi)外學者對此進行了大量的研究，我們也取得了一定的成果，但是，這大多是試驗性 成果，應用實例較少。目前對人工濕地的重金屬去除機理研究，對以顆粒態(tài)形式存在的和填料表面吸附的重金 屬未能進行明細的量化區(qū)分。濕地基質(zhì)中的重金屬一部分以沉淀物的形態(tài)位于基質(zhì)間隙中， 另一部分吸附在沸石表面，因此有必要對這兩部分重金屬進行量化區(qū)分，以便更加明確清晰 了解濕地中不同的金屬離子去除機理。2、本項目的研究內(nèi)容和創(chuàng)新性為了盡快將該技術(shù)應用于實際，本項目擬采用多種吸附劑做填料，建立小型的人工濕地， 研究重金屬的去除效果。試驗選擇高效的重金屬吸附劑(重金屬離子以鎘離子，六價鉻離子為代表)以沸石為 吸附劑，通過表面活性劑改性，對重金屬陰陽離子均有較高的去除效率。研究表面活性劑改 性的沸石對Cd2+和鉻酸根離子的吸附機理選擇適當?shù)奈⑸锖椭参镌O計人工濕地床填料，研究以改性沸石為填料人工濕地對重 金屬的去除機理。以人工添加重金屬配制的水為污染源，在垂直流人工濕地中通過連續(xù)監(jiān)測 進出水金屬游離態(tài)濃度、總濃度以及重金屬在植物體內(nèi)的分布展開了對重金屬去除機理的研 究，著重突出了改性沸石