人工濕地利用基質(zhì)、植物和微生物這個復合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學和生物的三重協(xié)調(diào)作用，通過過濾、吸附、共沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來實現(xiàn)對廢水的高效凈化，同時通過營養(yǎng)物質(zhì)和水分的生物地球化學循環(huán)，促進綠色植物生長并使其增產(chǎn)，實現(xiàn)廢水的資源化與無害化。M.Greenway報道了不同植物對鋁、鐵、鋇、鎘、鈷、銅、錳、鉛、鋅等重金屬元素的富集作用。經(jīng)過多年的探索與研究，近年來人工濕地作為改善水環(huán)境的一種有效方法，已在水庫、湖泊周邊面源污染的攔截和地面污染水體的凈化等方面得到應用。筆者以菖蒲人工濕地為研究對象，研究了菖蒲人工濕地對煤礦廢水中鎘的凈化作用，分析測定了濕地系統(tǒng)對不同流量的煤
1實驗
1.1實驗材料
儀器：722E可見分光光度計，上海光譜儀器有限公司。
試劑：硝酸鎘、抗壞血酸，AR，成都市科龍化工試劑廠；濃磷酸、化鉀，AR，重慶川東化工化學試劑廠；孔雀綠，AR，天津市鐘表廠（原南開化工廠）；明膠，生化試劑，成都市科龍化工試劑廠。
實驗所用菖蒲購于重慶永川苗圃園，植株大小基本一致，植株根部大小相當，且植株健康無病蟲害?；|(zhì)采用泥土，采自重慶文理學院環(huán)境實驗樓旁，無腐葉，已篩選出石頭、雜質(zhì)；河沙采自重慶永川松溉長江沿岸；炭渣采自永川發(fā)電廠。實驗所用塑料箱的尺寸為：長54cm，寬45cm，高23cm，數(shù)量2個，均為實驗組。
實驗所用煤礦廢水為重慶永川新興煤礦采礦廢水，其水質(zhì)見表1。
1.2實驗方法
1.2.1人工濕地的構建
采用長54cm、寬45cm、高23cm的塑料箱進行實驗。在箱長兩邊各4cm處分別設置一塊等寬、高18cm和16cm的塑料擋板，并用玻璃膠將其固定；在箱子的中間也設置一塊等寬、高14cm的塑料擋板，用玻璃膠將其固定。這樣就形成了入水口（18cm擋板一側(cè)）、出水口（16cm擋板一側(cè)）以及中間2個格子。在箱子入水口及2個格子的底部側(cè)邊分別開一個小孔以用于排水；在箱子出水口中間高14cm處及底部側(cè)邊也分別開一個小孔，分別用于取水和排水。實驗裝置見圖1。
2個塑料箱依次填充2種14cm高的不同基質(zhì)。1號箱靠近入水口的格子填充泥土，另一個格子填充河沙；2號箱靠近入水口的格子填充泥土，另一個格子填充炭渣（混入少量泥土）。在1、2號箱內(nèi)種入菖蒲，均控制在12株左右。1號箱簡稱為菖蒲（泥土+河沙）人工濕地系統(tǒng)；2號箱簡稱為菖蒲（泥土+炭渣）人工濕地統(tǒng)。
植物移栽到塑料箱后，先通入自來水，待植物適應1個月后觀察成活情況，至菖蒲全部成活。在實驗的前1周，先通入稀釋1倍的煤礦廢水馴化3d，停止通廢水2d，用自來水澆灌。2d后，開始通入煤礦廢水進行實驗。
1.2.2實驗內(nèi)容及過程
分別以3、6、9、12、15、18L/d的流量往塑料箱中通入煤礦廢水，在一種流量下持續(xù)通廢水3d后，從取水槽中取水樣進行監(jiān)測。與此同時，停止通廢水，并放出系統(tǒng)中的剩余廢水；再持續(xù)通清水2d，停止通清水，放出余水；2d后進行下流量實驗。根據(jù)進、出廢水的鎘的濃度變化計算其去除率。
1.2.3實驗監(jiān)測方法
廢水中鎘的監(jiān)測采用明膠增溶鎘（Ⅱ）-化鉀-孔雀綠體系分光光度法。
2結(jié)果與討論
2.1廢水流量對菖蒲（泥土+河沙）人工濕地系統(tǒng)去除鎘的影響
可知，菖蒲（泥土+河沙）人工濕地系統(tǒng)對鎘的去除率隨著廢水流量的增大逐漸降低，當流量為3~6L/d時，系統(tǒng)對鎘的去除率很高，且變化很小。但當流量＞6L/d時，系統(tǒng)對鎘的去除率突然下降，這可能是因為基質(zhì)材料對鎘的去除能力有所下降，而菖蒲對鎘還處于耐受適應階段，其對鎘的去除能力還不太強。當流量為9~18L/d時，該系統(tǒng)對鎘的去除率不斷降低，這可能是由于隨著處理時間的延長，系統(tǒng)對重金屬的容量越來越小所導致，盡管如此，當廢水流量達到18L/d時，該系統(tǒng)對鎘的去除率仍達到86.23%。由此可知，菖蒲（泥土+河沙）人工濕地系統(tǒng)能較好地處理煤礦廢水中的鎘。
2.2廢水流量對菖蒲（泥土+炭渣）人工濕地系統(tǒng)去除鎘的影響
可知，菖蒲（泥土+炭渣）人工濕地系統(tǒng)對鎘的去除率總體上看是隨著廢水流量的增大而不斷降低。當廢水流量為3~6L/d時，系統(tǒng)對鎘的去除率較高，這可能是因為在處理初期，植物對重金屬鎘的去除貢獻較小，而以泥土和炭渣組成的基質(zhì)系統(tǒng)對廢水有較好的過濾和吸附能力，所以在低流量下該系統(tǒng)能很好地去除廢水中的鎘。當流量由6L/d提高到9L/d時，系統(tǒng)鎘去除率從99.63%突然下降到70.16%，這可能是因為隨著流量的增加，系統(tǒng)中通入的鎘的總量突然增大，Cd2+對植物的脅迫作用，嚴重影響植物的生長發(fā)育，微生物活性降低，系統(tǒng)對鎘的去除率下降。當流量為9~15L/d時，隨著流量的增大，植物對隔的去除率貢獻減小，基質(zhì)對隔的去除能力也減弱，所以整個系統(tǒng)對隔的去除率下降。
綜合可以看出，在同種植物及相同的外界條件下，當廢水流量較高時，以泥土+河沙為基質(zhì)構建的人工濕地系統(tǒng)對鎘的去除率明顯高于以泥土+炭渣為基質(zhì)構建的人工濕地系統(tǒng)。在廢水流量為3~6L/d時，以泥土+河沙為基質(zhì)的系統(tǒng)對鎘的去除率和以泥土+炭渣為基質(zhì)的系統(tǒng)對鎘的去除率都在99%左右。這是因為在處理前期，人工濕地系統(tǒng)中的2種基質(zhì)都有較好的吸附能力，所以在低流量下，2種系統(tǒng)都能很好地去除廢水中的鎘并且去除率的差距不大。當廢水流量為9L/d時，以泥土+河沙為基質(zhì)的系統(tǒng)對鎘的去除率為93.95%，而以泥土+炭渣為基質(zhì)的系統(tǒng)對鎘的去除率為70.16%，前者比后者高出26.79%。這是因為在較高的廢水流量下，在泥土+河沙為基質(zhì)的菖蒲人工濕地系統(tǒng)中，菖蒲能夠正常生長發(fā)育并提供微生物附著和形成菌落的場所，促進微生物群落的發(fā)育，且植物代謝產(chǎn)物和殘體及溶解的有機碳又可給濕地中的硫酸還原菌和其他細菌提供食物源。而在泥土+炭渣為基質(zhì)的菖蒲人工濕地系統(tǒng)中，炭渣本身含有的重金屬比河沙本身多，炭渣對鎘的活性表面比河沙小，從而使炭渣對鎘的吸附能力比河沙對鎘的吸附能力弱，植物受到Cd2+的毒害作用，導致植物對Cd2+的吸收能力減弱，同時微生物的活性也有所降低。所以泥土+河沙為基質(zhì)的菖蒲人工濕地系統(tǒng)對煤礦廢水中鎘的去除效果要好于泥土+炭渣為基質(zhì)的菖蒲人工濕地系統(tǒng)。
實驗研究了不同基質(zhì)、不同流量的情況下，菖蒲人工濕地對煤礦廢水中鎘的去除效果。實驗結(jié)果表明：以泥土+河沙為基質(zhì)構建的菖蒲人工濕地對鎘的去除率高可達*，低也為86.23%。以泥土+炭渣為基質(zhì)構建的菖蒲人工濕地對鎘的去除率高也能達到99.63%，但隨著廢水流量的增大，系統(tǒng)對鎘的去除率急劇下降，低達到66.11%。因此，菖蒲（泥土+河沙）人工濕地系統(tǒng)比菖蒲（泥土+炭渣）人工濕地系統(tǒng)對煤礦廢水中鎘的凈化能力強，其在對煤礦廢水中鎘的凈化中具有廣闊的應用前景。
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