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境污染成分，采取人工濕地的方式進行了處理含銅廢水的實驗，通過研究選擇合適的水生植物和濕地類型，以達到較好地銅離子去除效果。

關鍵詞：銅離子；含銅廢水；人工濕地

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2017）10002202

1 引言

隨著電鍍工業的發展和環境污染的加劇， 電鍍行業所造成的環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中最主要的廢水，目前，含銅電鍍廢水的處理方法有化學沉淀法、離子交換法、電解法和膜技術法等。近年來，利用人工濕地凈化電鍍廢水成為人們研究的重點。

人工濕地（CW—Constructed Wetland）污水處理技術是近年發展起來的一種污水處理新技術，具有處理效果好、運轉維護管理方便、工程基建和運轉費用低以及對負荷變化適應能力強等特點。其基本原理是在人工濕地填料上種植特定的濕地植物，從而建立起一個人工濕地生態系統。當電鍍污水通過濕地系統時，其中的污染物質和營養物質被濕地系統吸收或分解，而使水質得到凈化。

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、挺水植物系統和沉水植物系統。而目前一般所指人工濕地系統都是指挺水植物系統。

挺水植物系統根據廢水流經的方式，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，因此，本實驗以水平潛流人工濕地（圖1）作為實驗系統。

圖1 水平潛流人工濕地

3 材料和方法

3.1 植物的選用

不同的生長環境和污水處理要求，選用的植物是不同的，因此，應當選用生長良好本地適應性強的植物作為人工濕地植物。該實驗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。經過前期種植實驗觀察，蘆葦在試驗場地生長良好，且去除重金屬的能力較強，根據表1 所示，蒲草的成活率最差，鳳眼蓮和菖蒲的成活率較高，而蘆葦的成活率最高，在考慮其經濟因素的影響，因此，實驗植物選蘆葦作為人工濕地植物。

3.2 實驗材料

該實驗在實驗室用無水硫酸銅配置濃度為100 mg/L的銅離子溶液作為實驗電鍍廢水。

3.3 實驗方法

該實驗實地面積約10 m2，于每月取樣兩次，固定每次取樣時間是中午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 絡合滴定法測定處理后銅離子的含量，從而計算銅離子的去除率[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）調節至藍色，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標準溶液滴定，溶液顏色由藍紫色變為墨綠色即為終點。同時，用銅標準溶液標定EDTA溶液，得到CEDTA=1.5 mol/L按照下式計算銅離子濃度：

CCu=CEDTA|V|64×1000（1）

3.5 銅離子去除率的計算

去除率=100-試驗后銅離子濃度/100 mg/L。

4 實驗結果與分析

4.1 實驗結果

水平潛流人工濕地對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銅離子具有較好地去除效果。實驗初期，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、土壤微生物和基質的共同作用去除[2]，但是系統中植物、微生物的生長以及周邊環境需要一個持續穩定的過程[3]，因此對重金屬的去除需要一個調整適應期。

60～80 d時，銅離子去除效率提升很大，原因是隨著處理時間的延長，濕地中的生物群落結構漸趨于穩定，濕地去除效果逐漸提高，密集的水生植物和它們發達的地下部分形成的穩定的微生物系統，以及人工基質對電鍍廢水的阻擋、過濾作用，共同促進了存在廢水中重金屬的去除，從而使試驗中期重金屬的去除率提升[4]；另外一個原因可能是銅離子在系統中水解，系統酸堿性發生變化，致使銅離子濃度降低。

當處理時間在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，銅離子水解反應趨于平衡。

當實驗處理130 d后，銅離子濃度為0.44 mg/L，小于國家污水排放標準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，原因可能是在人工濕地內部，微生物群體逐漸釋放質子，使得體系呈現弱酸性。

5 結論

（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，當試驗處理初期，銅離子去除不明顯，在試驗處理中期，銅離子去除較為顯著。

（3）人工濕地系統的酸堿性對銅離子去除有影響。

（4）隨著處理時間的延長，可以有效地去除銅離子，達到國家污水排放標準。

（5）人工濕地作為一個集環保、綠色和可循環等優點的污水凈化系統，可以有效地達到區域性水凈化的目的。

參考文獻：

[1]

劉和連，許 方，黃海平.EDTA絡合滴定法測定黃銅中銅和鋅[J]. 冶金分析，2015， 35（5）：70～73.

[2]CHENG S P， GROSSE W， KARRENBROCK F. Efficiency of constructed wetlands in decontamination of water polluted by heavy metals[J]. Ecological Engineering， 2002， 18（3）：317～325.

[3]Zhu T， JENSSEN P D， MAHLUM T， et al. Phosphorus sorption and chemical characteristics of lightweight aggregates （LWA）-potential filter media in treatment wetlands [J]. Water Science and Technology， 1997， 35（5）：103～108.

[4]孫和和，劉 鵬，蔡妙珍，等.垂直流-水平潛流復合人工濕地深度處理電鍍廢水的效果[J].生態環境 2008， 17（1）：64～69.

[5]符 東，王成端，廖 又，等.人工濕地凈化污水機理的研究現狀分析[J].綠色科技，2014（5）：187～190.