探討河道重金屬污染水體修復(fù)系統(tǒng)及方法

張秋明

1 前言

隨著我們國(guó)家的電鍍行業(yè)、冶金行業(yè)、印刷行業(yè)和化工行業(yè)等工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，很多行業(yè)都開始使用重金屬，含有重金屬的廢棄物也在不斷地增多，很多人都知道重金屬是河道的主要污染物，很多企業(yè)將排放到附近的河流中，導(dǎo)致河道里面積累了大量的污染物，特別是釋放重金屬，對(duì)人類的健康影響非常大。所以，有效地除掉或者修復(fù)重金屬污染水體是現(xiàn)在最重要的工作，很多專家學(xué)者都在不斷地研究開發(fā)新技術(shù)來修復(fù)重金屬污染的水體技術(shù)。生物修復(fù)河道重金屬污染水體主要利用植物以及相關(guān)的微生物之間的相互作用去除河道被污染的水體中的重金屬。生物修復(fù)河道重金屬主要是利用植物的根以及植物的莖葉等等每個(gè)部位對(duì)重金屬進(jìn)行不斷地吸收，植物的每一個(gè)部位對(duì)重金屬吸收和積累機(jī)制是不一樣的，種植時(shí)間越長(zhǎng)，在植物中積累的重金屬就越多，對(duì)河道內(nèi)重金屬污染水體修復(fù)的效率就會(huì)大大降低。

2 技術(shù)背景

重金屬是河道水體里重要的污染物之一，隨著我們國(guó)家的經(jīng)濟(jì)及其工業(yè)的飛速發(fā)展，我們國(guó)家的農(nóng)業(yè)、工業(yè)以及城市生活排出來的污染物逐年增加，排放出來了的重金屬也在不斷地增長(zhǎng)，導(dǎo)致了河道里面的重金屬不斷地增多，嚴(yán)重地影響了河水中的生態(tài)系統(tǒng)。由于，很多重金屬不能被生物分解，導(dǎo)致不斷地積累，如鎘元素、鉛元素和汞元素均不能被生物分解，在食物鏈中不斷地積累。最后，會(huì)傳遞到人類，嚴(yán)重地影響了人類的健康。在河流里很多重金屬也會(huì)與懸浮顆粒相互吸附，不斷地發(fā)生沉淀，形成河流中的沉淀物。如果河流中的水體環(huán)境發(fā)生了變化，這些重金屬沉淀物經(jīng)過一系列的反應(yīng)，會(huì)重新回到河流中，造成了二次污染，嚴(yán)重地污染了生態(tài)環(huán)境，對(duì)人類的健康有很大的影響。對(duì)河流流域水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。與此同時(shí)，沉積物中重金屬含量反映河流受污染程度，研究河流沉積物重金屬污染，對(duì)開展生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)具有重要意義[1]。

河流主要處在平原，工業(yè)發(fā)展比較高，這樣大大增加了生活污水以及工業(yè)廢水的排放量。如今，河水天然徑流量不斷地減少，很多河流都呈現(xiàn)出非常規(guī)水源補(bǔ)給特征。河流徑流補(bǔ)給方式發(fā)生了變化，這樣大大增加了河流的重金屬污染問題[2]。

3 河道重金屬污染水體修復(fù)方法

本文主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種河道重金屬污染水體修復(fù)系統(tǒng)及方法。本文主要對(duì)河道重金屬污染水體修復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行分析，包括依次連通的污水儲(chǔ)罐、pH調(diào)節(jié)池、沉淀池、生化處理池、微濾膜裝置、納濾膜裝置、反滲透系統(tǒng)和蒸發(fā)濃縮結(jié)晶裝置；還提供了重金屬污染水治理方法，包括以下步驟：第一步，廢水進(jìn)入pH調(diào)節(jié)池，使一部分重金屬以氫氧化物的形式沉淀；第二步，pH調(diào)節(jié)池的出水進(jìn)入沉淀池3后，再進(jìn)入生化處理池進(jìn)行重金屬去除，生化處理池中添加有占廢水體積比3%生化處理劑；第三步，對(duì)步驟二產(chǎn)生的廢水進(jìn)行微濾過濾；第四步，對(duì)步驟三處理后的廢水進(jìn)行納濾過濾；第五步，對(duì)步驟四納濾濾處理后的生產(chǎn)廢水進(jìn)行反滲透處理，得到回用水和濃鹽水；第六步，蒸發(fā)結(jié)晶處理：對(duì)步驟五得到的濃鹽水進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶處理，得到結(jié)晶體。重金屬污染水治理方法主要步驟，如圖1所示。

圖1 重金屬污染水治理方法主要步驟

主要闡述了一種生態(tài)防護(hù)坡，包括基體、土坡、第一混凝土層、植物護(hù)坡混凝土層、固定件、植被，所述基體包括其底部的碎石層、側(cè)面豎直的擋土墻，土坡設(shè)置在碎石層、擋土墻之間，形成一斜坡，土坡的上方覆蓋第一混凝土層，第一混凝土層上方覆蓋有植物護(hù)坡混凝土層，植物護(hù)坡混凝土層包括有孔隙混凝土和植被營(yíng)養(yǎng)土組成，所述固定件將土坡、第一混凝土層、植物護(hù)坡混凝土層連接固定，所述植被種植于植物混凝土層上，本文的生態(tài)防護(hù)坡能使河道土坡或山體穩(wěn)定，不至于因雨水沖刷而滑坡[3]。生態(tài)防護(hù)坡，如圖2所示。

圖2 生態(tài)防護(hù)坡

4 植物對(duì)河道污染沉積物中重金屬的修復(fù)作用

4.1 酶活性的變化

酶在土壤中起著非常關(guān)鍵作用，所有的生物反應(yīng)都需要酶的參與，酶主要來源自于動(dòng)植物以及微生物的分泌物[4]。酶活性主要指酶催化相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)反應(yīng)的能力，從土壤物質(zhì)代謝就可以推斷酶的活性。土壤酶活性非常重要，從土壤酶活性可以分析出來土壤環(huán)境質(zhì)量以及土壤生產(chǎn)力。對(duì)酶的活性進(jìn)行分析可以判斷出來河道里面的重金屬對(duì)河水以及土壤的污染程度，從分析的結(jié)果可以選擇恰當(dāng)?shù)男迯?fù)方法。酶活性動(dòng)態(tài)變化如圖3所示。

圖3 酶活性動(dòng)態(tài)變化

通過由圖3可以知道，多酚氧化酶活性隨著時(shí)間的增加，酶的活性越強(qiáng)，土壤在種植黑麥草以前，在土壤的沉積物當(dāng)中多酚氧化酶活性非常低。因?yàn)橐恍┯袡C(jī)物相互進(jìn)行轉(zhuǎn)化，激活了酶的活性，使其可以快速進(jìn)行反應(yīng)，20d以后過氧化氫酶的活性不斷增加，在30～40d之間增加的坡度變緩，在60d酶的活性達(dá)到了最大值，大約為0.10mg/g。對(duì)于多酚氧化酶來講，其主要作用是將土壤當(dāng)中的多元酚氧化為醌，這樣可以加快土壤的腐殖化進(jìn)程，在種植黑麥草以前過氧化氫酶的活性為4.85mL/g，在20d內(nèi)基本上保持不變，超過20d多酚氧化酶活性開始不斷地上升，上升幅度基本不變，在60d達(dá)到了最大值，大約為9.78mL/g。過氧化氫酶活性主要和土壤當(dāng)中的有機(jī)質(zhì)含量以及微生物數(shù)量有直接關(guān)系，過氧化氫酶不但可以分解代謝產(chǎn)生的對(duì)生物體有毒害作用的過氧化氫，還可以參與生物呼吸代謝。

4.2 根際微生物的變化

對(duì)于植物根際來講，主要是根系影響下的一種特殊生態(tài)環(huán)境，對(duì)植物根際微生物的種類以及數(shù)量有直接關(guān)系，并且還相互進(jìn)行影響，可以為很多微生物提供一些所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，根際微生物數(shù)量大于非根際微生物的數(shù)量。對(duì)于黑麥草而言，其根際的細(xì)菌為1.5×106個(gè)/g，而非根際的細(xì)菌數(shù)量為1.5×108個(gè)/g，然而，與種植前相比較而言均高出2個(gè)數(shù)量級(jí)。種植以后，根際真菌為5.4×105個(gè)/g，而根際低微生物為5.4×107個(gè)/g，在種植以前為5.4×103個(gè)/g。

根系分泌物主要是由一些有機(jī)酸，而且這些有機(jī)酸能降低根際沉積物的pH值，可以降低重金屬含量，主要是利用碳酸鹽態(tài)的重金屬通過一系列的生物反應(yīng)，可以使得河道里重金屬轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)，并且在植物體內(nèi)不斷地積累。半個(gè)月以后，植物的根際微生物主要是由很多生物組成，如藻類、真菌以及相關(guān)的細(xì)菌。植物中根系微生物使河道內(nèi)重金屬轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)，并不斷地積累，主要體現(xiàn)了生物的有效性，耐性比較高，可以使重金屬在植物體內(nèi)不斷地進(jìn)行轉(zhuǎn)移。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)外水體重金屬修復(fù)技術(shù)都處在起步階段。對(duì)河流水體重金屬污染修復(fù)技術(shù)主要有以下幾種方法，生物膜修復(fù)法、電動(dòng)力學(xué)修復(fù)法、生物修復(fù)法、離子還原交換法、化學(xué)混凝吸附法以及有河流稀釋法等等。如今這些修復(fù)河水重金屬污染技術(shù)有很多弱點(diǎn)，如嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)造成河道二次污染、修復(fù)周期比較長(zhǎng)、修復(fù)量非常小、修復(fù)率非常低、修復(fù)費(fèi)用比較高等等。所以，急需一種安全的河道重金屬污染水體修復(fù)系統(tǒng)來解決重金屬污染問題。