CN101293710A - 一种铬污染水体的生物修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铬污染水体的生物修复方法。建立一个表面流人工湿地装置，使铬富集植物李氏禾(Leersia hexandra Swartz)直接生长在选择好的填料上，通过填料和植物的作用去除水体中的铬。并通过定期收割李氏禾地上部分有效地将填料中吸附的铬带走，使填料保持较高的处理效果。本发明对不同形态的铬均有很好的去除效果，具有成本低、操作简单、能耗低、容易维护、铬去除率高、不产生二次污染等优点，可用于电镀、冶炼、皮革加工等铬污染废水的修复和污染治理，修复后的水质能够达到国家相关水质标准的要求。

Description

一种铬污染水体的生物修复方法
技术领域
本发明涉及一种铬污染水体的修复方法，具体说是利用特殊的铬富集植物材料——李氏禾(Leersia hexandra Swartz)修复铬污染水体的方法。
背景技术
铬是人和动物新陈代谢过程中必需的微量元素，但是超量的铬对人和动物具有明显的致癌、致畸作用(Shrivastava et al.，《Microbiology》，2002年第34卷1-7页)。饮用被含铬工业废水污染的水，可致腹泻、皮炎、胃部不适、肝脏损伤等中毒症状(Gardea-Torresdey et al.，《Archives of EnviromentalContamination and Toxicology》，2005年第48卷225-232页)。同时，铬也是水体中一种普遍的污染物。水体中铬污染主要是三价铬和六价铬，来源于含铬矿石冶炼、电镀、制革及化工等多种行业。目前，世界上很多国家均将铬列为重点防治对象(Zayed and Terry，《Plant and Soil》，2003年第249卷139-156页)。我国冶金和化学工业中每年大约排出20-30万吨含铬废渣(张瑞华和孙红文，《农业环境科学学报》2004年第23卷第6期1192-1195页)。铬渣中的有害成分主要是可溶性铬酸钠、酸溶性铬酸钙等六价铬离子。由于这些六价铬以及它的流失扩散而构成对生态环境的污染危害。其次是铬渣的强碱性危害。当铬渣在露天堆存时，经长期雨水冲淋后大量的六价铬离子随雨水溶渗、流失、渗入地表，从而污染地下水，也污染了江河、湖泊，进而危害农田、水产和人体健康，且不容易降解。因此，铬污染水体的修复是亟待解决的环境问题。
现有的铬污染水体的治理方法主要有稀释法、换水法、混凝沉淀法离子、还原法、交换法和电修复法。这些方法具有很大的局限性，特别是在治理费用和二次污染等方面存在较多不足。植物修复技术(phytoremediation)是一种利用植物富集作用治理污染的一种新方法，由于其廉价、高效且环境友好等优点，日益受到人们的重视。李氏禾是发明者在中国境内首次发现的铬超富集植物(张学洪等，《生态学报》，2006年第26卷第3期264-267页)。与普通植物相比较，李氏禾对铬污染有极强的耐受和富集能力，在水培条件下其叶片中的铬含量可高达5608mg/kg(Zhang et al.，《Chemosphere》，2007年第27卷1138-1143页)。并且该植物在湿生和中生环境中都能生长，其繁殖能力很强，生长非常迅速，一年可多次收割。因此，其在铬污染水体的植物修复方面表现出极大的应用潜力。
发明内容
本发明的目的是提供一种廉价、高效的利用特殊的铬富集植物材料——李氏禾(Leersia hexandra Swartz)建立一个表面流人工湿地装置修复铬污染水体的方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是将铬富集植物李氏禾种植在装置的填料上，利用填料的截留和植物的吸收去除水体中的铬。并通过定期留茬收割植物，保持装置的铬修复效率。
李氏禾是一种铬超富集植物(hyperaccumulator)，多年生湿生草本，多生于沼泽地，溪旁和稻田的田基上，在pH5-8的土壤和我国的大部分地区都可正常生长，适应性广，生物量大，生长迅速，根系较发达。在水培条件下，当营养液中铬浓度为60mg/L时，仍能正常生长，根、茎、叶中铬含量分别可达到13054，2976，5005mg/kg。由此可见，李氏禾对铬有极强的耐受和富集能力，适合于铬污染的水体修复。
本发明是这样实现的：建立一个表面流人工湿地装置，主要由进水区，填料区和出水区组成。进水区设进水口，填料区中填满填料，填料上种植李氏禾；出水区设出水口。为保证进、出水均匀，进、出水均采用三角堰溢流方式。
具体步骤如下：
A.将地上部分高度10-15cm的李氏禾种植在处理装置的填料上，间距5-10cm；填料为沸石和红壤按1∶1混合(体积比)而成。
B.含铬废水从装置进水区流入，经过填料区流出；
C.当李氏禾长至25-30cm，留茬5cm左右进行收割，将收割的李氏禾水上部分收集起来，进行填埋或焚烧处理；
D.留茬的李氏禾可继续生长，待长至25-30cm后，再进行步骤C的操作，循环至一个生长周期。
在李氏禾在填料上生长时，根据营养状况，施用氮磷钾养分，以促进其生长。
本发明对不同形态的铬均有很好的去除效果，具有成本低、操作简单、能耗低、容易维护、铬去除率高、不产生二次污染等优点，可用于电镀、冶炼、皮革加工等铬污染废水的修复和污染治理，修复后的水质能够达到国家相关水质标准的要求。
附图说明
图1为本发明的俯视图。
图2为本发明A-A面的剖面图。
图3为本发明对Cr(III)污染水体的处理效果。
图4为本发明对Cr(VI)污染水体的处理效果。
图5为本发明对Cr(III)和Cr(VI)复合污染水体的处理效果。
图1、2中标记：1-进水口；2-进水区；3-三角堰；4-填料区；5-三角堰；6-出水区；7-出水口；8-李氏禾。
具体实施方式
实施例：
如图1和图2所示，建立一个表面流人工湿地装置，主要由进水区(2)，填料区(4)和出水区(6)组成。三个区的长度比例为1∶8∶1；进水区(2)设进水口(1)；填料区(4)中填满填料，填料上种植李氏禾(8)；出水区(6)设出水口(7)。整个装置由厚度为0.5cm塑料板制成，坡度为1％，高度约30cm。，为保证进、出水均匀，进、出水均采用三角堰(3)(5)溢流方式。填料为沸石和红壤按1∶1混合(体积比)而成。填料层厚度为25cm。整个装置，长宽比为2∶1。
铬污染水体从进水口(1)进入进水区(2)，在此调节流量后，通过三角堰(3)缓缓溢流入填料区(4)。污染水体中的铬在填料区被填料吸附和植物吸收浓度大大降低。经过填料区处理后，清洁的水从三角堰(5)溢出进入出水区(6)，并通过出水口(7)排出。填料选用沸石和红壤按体积比1∶1混合而成，该填料对铬具有较强的吸附能力，并可将水体中的大部分六价铬还原成危害较低的三价铬。填料中空隙度较好适合李氏禾(8)根的生长。由于李氏禾(8)对铬有很强的富集能力，可将大量的铬从填料和水体中吸收并转移到地上可收获部分。当收割李氏禾后，就能将填料和水体中的铬移走。留茬的李氏禾可继续生长，并进行下一次收割。如此循环往复，可使填料始终保持非饱和状态。装置长期运行不需要更换填料。
将不同浓度(10、20、40、60、80和150mg/L)的待处理的Cr(III)污染水体通过进水口(1)进入装置，4小时后，从出水口(7)收集处理后的水样用原子吸收分光光度法(GB/T7475-1987)测定其中的铬浓度。从图3可知，出水中的铬经过植物和填料处理后，浓度分别下降为0.01、0.05、0.04、0.04、0.05和0.1mg/L，去除率大于99.7％，并且都达到我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中对铬的浓度要求(0.1mg/L)。
人工配置不同浓度六价铬(以K2Cr2O7形式加入)溶液，铬的浓度水平分别为5、10、15、20、40和60mg/L主要操作过程基本同上。经过4小时的处理后，水体中的Cr(VI)用二苯碳酰二肼分光光度法(GB/T7467-1987)未能检出(＜0.004mg/L)，表明水质符合《地表水质量环境标准》(GB3838-2002)一类标准对六价铬的要求(0.01mg/L)。用原子吸收分光光度法测得的总铬浓度见图4。从图4可以看出，水中的铬经过处理后浓度大大下降，均低于我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)限定的含铬浓度。
设置添加Cr(III)(CrCl3)和Cr(VI)(K2Cr2O7)两种形态的铬污染，使Cr(III)∶Cr(VI)＝1∶1，污染水体中的总铬浓度分别为10、20、30、40、50和60mg/L。主要操作过程基本同上，处理效果见图5。经过处理后，水体中Cr(VI)的浓度低于二苯碳酰二肼分光光度法(GB/T7467-1987)的检出限。水体中的总铬浓度下降为0.02、0.04、0.06、0.08、0.06和0.06mg/L，去除率分别达到99.8％、99.8％、99.8％、99.8％、99.9％和99.9％，所有出水均符合我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)限定的含铬浓度标准。

Claims (1)

1、一种铬污染水体的生物修复方法，其特征在于建立一个表面流人工湿地装置，主要由进水区(2)，填料区(4)和出水区(6)组成；进水区(2)设进水口(1)，填料区(4)中填满填料，填料上种植李氏禾(8)，出水区(6)设出水口(7)；进、出水均采用三角堰(3)(5)溢流方式；
具体步骤如下：
A.将地上部分高度10-15cm的李氏禾(8)种植在处理装置填料区(4)的填料上，间距5-10cm；填料为沸石和红壤按体积比1∶1混合而成；
B.含铬废水从装置进水区(2)流入，经过填料区(4)流出；
C.当李氏禾(8)长至25-30cm，留茬5cm左右进行收割，将收割的李氏禾(8)水上部分收集起来，进行填埋或焚烧处理；
D.留茬的李氏禾(8)可继续生长，待长至25-30cm后，再进行步骤C的操作，循环至一个生长周期。
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