人工濕地污水處理系統(tǒng)中鋅、鎘介質(zhì)吸附和植物吸收的平衡研究

【摘要】：水資源的日益短缺和水環(huán)境的污染制約了人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展。特別是隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快,大量的含重金屬?gòu)U水被直接排入江河湖泊造成水體重金屬含量急劇升高,導(dǎo)致我國(guó)各大水系受到不同程度的重金屬污染,其中Zn、Pb、Cd、Cu、Cr等元素污染嚴(yán)重。水體重金屬污染不僅加劇了可用水資源的短缺,而且直接影響到飲水安全、糧食生產(chǎn)和農(nóng)作物安全,最終危害人類健康。因此探尋多元化的治理重金屬?gòu)U水方法成為世界各國(guó)治理環(huán)境的一個(gè)重要方向。 人工濕地技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種廢水處理新技術(shù),由于其具有投資少、能耗低、效果好、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單且處理徹底、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)成為國(guó)內(nèi)外污水處理技術(shù)中的研究熱點(diǎn)。近年來的一些研究表明人工濕地獨(dú)特而復(fù)雜的凈化機(jī)理能夠在含重金屬工業(yè)廢水的處理中發(fā)揮重要作用。有效降低廢水中的重金屬離子濃度是治理重金屬?gòu)U水的關(guān)鍵,其中基質(zhì)吸附和植物吸收作用對(duì)重金屬離子的去除是最主要的途徑之一,因此基質(zhì)和植物的選擇及其吸附/吸收行為的研究在應(yīng)用人工濕地治理重金屬?gòu)U水上具有重大意義。重金屬?gòu)U水可能影響普通濕地植物的正常生長(zhǎng),進(jìn)而降低整個(gè)系統(tǒng)去除重金屬的能力。同時(shí),“超富集”植物又因?yàn)榉N類有限,專一性和生物量小等特點(diǎn)難以引入濕地進(jìn)行重金屬?gòu)U水的治理。因此,為人工濕地處理重金屬?gòu)U水的應(yīng)用探索新途徑,這對(duì)人工濕地處理重金屬?gòu)U水技術(shù)的推廣和應(yīng)用具有重要意義。 針對(duì)這些問題,本研究選用高吸附容量的蛭石作為基質(zhì),在潛流濕地單元建立離子吸附緩沖體系來調(diào)節(jié)系統(tǒng)污染離子的水平,經(jīng)調(diào)節(jié)后的離子再經(jīng)過植物的吸收,通過基質(zhì)吸附和植物吸收建立可達(dá)標(biāo)排放的可持續(xù)平衡系統(tǒng)。研究結(jié)果表明： 1.天然蛭石具有儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉、吸附容量大、對(duì)環(huán)境無毒無害且容易再生等優(yōu)點(diǎn),采用蛭石作為吸附介質(zhì)應(yīng)用于人工濕地重金屬?gòu)U水處理當(dāng)中,不僅具有較好的去除鋅、鎘效果,同時(shí)還具有高效低廉的特點(diǎn)。 2.動(dòng)態(tài)吸附、溫度影響、pH值影響的試驗(yàn)結(jié)果表明：蛭石對(duì)鋅、鎘離子具有較快的吸附能力,建議人工濕地潛流單元(緩沖系統(tǒng))的最佳吸附時(shí)間為60 min；蛭石處理含鋅、鎘廢水的適宜溫度條件是15-45℃,適宜pH值是3.5～7。 3.校園廢水中鋅、鎘離子濃度分別6.20 mg/L和0.8 mg/L,計(jì)算得出蛭石基質(zhì)對(duì)鋅的設(shè)計(jì)負(fù)荷率是30 mg/kg(蛭石)；對(duì)鎘的設(shè)計(jì)負(fù)荷率是11 mg/kg(蛭石)。 4.供試的四種水生植物對(duì)鋅、鎘離子具有不同的耐受能力,對(duì)鋅的耐受濃度上限分別是水葫蘆10 mg/L,蕹菜5 mg/L,水花生5 mg/L,荇菜1 mg/L。對(duì)鎘的耐受濃度上限分別是水葫蘆2 mg/L,蕹菜1 mg/L,水花生和荇菜均為0.5 mg/L。 5.水葫蘆和蕹菜對(duì)鋅、鎘具有較強(qiáng)的耐受能力和富集能力,通過植物對(duì)鋅、鎘去除率影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算得出,水葫蘆和蕹菜去除廢水中鋅、鎘離子并使之達(dá)標(biāo)排放的鋅、鎘的濃度范圍(最大限度)分別是：1.84-10mg/L(Zn),0.32-2mg/L(Cd); 1.8-5mg/L(Zn),0.29-1mg/L(Cd)。 6.通過培養(yǎng)箱試驗(yàn),設(shè)定水葫蘆和蕹菜的收獲時(shí)間長(zhǎng)度設(shè)計(jì)參數(shù)T=15～20天。進(jìn)一步確定水葫蘆去除鋅、鎘廢水的最佳濃度分別是1.84～4.00 mg/L和0.320.50 mg/L；確定蕹菜去除鋅、鎘廢水的最佳濃度范圍是1.80～4.0 mg/L和0.290.50 mg/L。 7.通過計(jì)算得出水葫蘆的水力負(fù)荷設(shè)計(jì)參數(shù)：對(duì)鎘0.05g/kg(植物).m3(污水).d,對(duì)鋅0.44g/kg(植物).m3(污水).d；蕹菜的水力負(fù)荷設(shè)計(jì)參數(shù)：對(duì)鎘0.16g/kg(植物).m3(污水).d,對(duì)鋅1.30g/kg(植物).m3(污水).d。 8.根據(jù)上述的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析計(jì)算,最終確定蛭石吸附和植物吸收平衡模型的工程參數(shù)： 蛭石單元的水力停留時(shí)間HRT=2.1h；表面水力負(fù)荷=11.9 m3/m2.d；容積水力負(fù)荷=7.94 m3/m3.d；表面鎘離子負(fù)荷=9.52 g/m2.d；表面鋅離子負(fù)荷=73.78g/m2.d；鎘容積離子負(fù)荷=6.35g/m3.d；鋅容積離子負(fù)荷=49.21g/m3.d。 表流單元的水力停留時(shí)間HRT=12h；表面水力負(fù)荷=3.97 m3/m2.d；容積水力負(fù)荷=1.98 m3/m3.d；表面鎘離子負(fù)荷=1.59g/m2.d；表面鋅離子負(fù)荷=4.17g/m2.d；鎘容積離子負(fù)荷=0.79g/m3.d；鋅容積離子負(fù)荷=2.08g/m3.d。 【關(guān)鍵詞】：廢水處理 人工濕地 鋅、鎘、蛭石 濕地植物 吸附與吸收平衡模型
【學(xué)位授予單位】：中南林業(yè)科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：X703
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 緒論12-32
• 1.1 水體鋅、鎘等重金屬污染與傳統(tǒng)治理方法13-17
• 1.1.1 鋅、鎘等重金屬?gòu)U水的來源13-14
• 1.1.2 鋅、鎘廢水的危害14-15
• 1.1.3 重金屬控制和去除的常規(guī)方法15-17
• 1.2 人工濕地17-22
• 1.2.1 人工濕地的歷史及發(fā)展現(xiàn)狀17-18
• 1.2.2 人工濕地的分類18-19
• 1.2.3 人工濕地凈化廢水機(jī)理19-21
• 1.2.4 人工濕地處理重金屬方面存在的問題21-22
• 1.3 吸附理論在除鋅、鎘方面的研究和應(yīng)用22-25
• 1.3.1 吸附技術(shù)的研究進(jìn)展22-23
• 1.3.2 影響吸附的有關(guān)因素23-25
• 1.4 重金屬污染的植物修復(fù)25-29
• 1.4.1 植物修復(fù)技術(shù)25-27
• 1.4.2 植物修復(fù)在處理重金屬?gòu)U水方面研究27-28
• 1.4.3 植物修復(fù)的應(yīng)用前景28-29
• 1.5 本課題的研究?jī)?nèi)容、目標(biāo)與創(chuàng)新點(diǎn)29-32
• 1.5.1 依據(jù)與意義29-30
• 1.5.2 主要研究?jī)?nèi)容30
• 1.5.3 預(yù)期目標(biāo)30
• 1.5.4 創(chuàng)新點(diǎn)30-32
• 2 蛭石吸附鋅、鎘性能及影響因素研究32-44
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與方法33-37
• 2.1.1 試驗(yàn)材料33-35
• 2.1.2 試驗(yàn)儀器及藥品35-36
• 2.1.3 試驗(yàn)方法36-37
• 2.1.4 參數(shù)說明37
• 2.1.5 樣品分析方法37
• 2.2 結(jié)果與討論37-43
• 2.2.1 蛭石鋅、鎘離子的動(dòng)態(tài)吸附37-39
• 2.2.2 溫度對(duì)蛭石吸附的影響39-40
• 2.2.3 pH值對(duì)蛭石吸附的影響40-41
• 2.2.4 蛭石吸附劑用量對(duì)去除率的影響41-43
• 2.3 小結(jié)43-44
• 3 水生植物對(duì)鋅、鎘廢水耐受能力研究44-60
• 3.1 實(shí)驗(yàn)材料與方法45-48
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料45-46
• 3.1.2 培養(yǎng)液的各項(xiàng)指標(biāo)46
• 3.1.3 試驗(yàn)試劑與儀器46
• 3.1.4 試驗(yàn)內(nèi)容46-47
• 3.1.5 觀察、測(cè)定與分析47-48
• 3.2 結(jié)果與討論48-57
• 3.2.1 水生植物形態(tài)觀察48-51
• 3.2.2 水生植物生物量分析51-52
• 3.2.3 植物鋅、鎘離子的富集能力52-55
• 3.2.4 植物對(duì)鋅、鎘離子去除率的影響55-57
• 3.3 小結(jié)57-60
• 4 植物生長(zhǎng)時(shí)間與廢水離子總量去除率相關(guān)性研究60-70
• 4.1 材料與方法60-61
• 4.1.1 供試植物60
• 4.1.2 材料培養(yǎng)及處理60-61
• 4.1.3 樣品分析方法61
• 4.2 結(jié)果與討論61-69
• 4.2.1 水葫蘆培養(yǎng)箱試驗(yàn)61-66
• 4.2.2 蕹菜培養(yǎng)箱試驗(yàn)66-69
• 4.3 小結(jié)69-70
• 5 人工濕地吸附與吸收平衡模型70-82
• 5.1 污染物質(zhì)吸附與吸收平衡原理70-73
• 5.2 試驗(yàn)依托條件73-74
• 5.3 主要研究?jī)?nèi)容74-75
• 5.3.1 進(jìn)水水質(zhì)情況74-75
• 5.3.2 處理設(shè)施說明75
• 5.4 處理效果說明75-77
• 5.5 工程參數(shù)的提出77
• 5.6 工藝特點(diǎn)分析77-78
• 5.6.1 蛭石吸附緩沖體系77-78
• 5.6.2 植物表流濕地78
• 5.7 技術(shù)組合原理78-80
• 5.7.1 組合增效原理78-79
• 5.7.2 生態(tài)平衡原理79-80
• 5.8 模型的創(chuàng)新性及適用性80-82
• 5.8.1 思路創(chuàng)新80
• 5.8.2 技術(shù)創(chuàng)新80
• 5.8.3 應(yīng)用前景及存在問題80-82
• 參考文獻(xiàn)82-90
• 附錄A90-91
• 致謝91

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