全 文 ：城市环境与城市生态 4卷1期 1夕夕1年
水芹菜对含银废水的净化功能 ”
皮 宇 陈志强 戴全裕 陈源高
( 无锡电影胶片厂 ) ( 浙江水产学院 ) ( 中科院南京地理与湖泊研究所 )
摘要 水芹对离子态银的净化率相对高于对络合态银的净化率。 去除常数 为 K A g怜 K A g ( 5 2 0 3 )红一 。 污水
停留时间的适当延长可提高对银的净化率 , p H 及温度对其净化率也有一定影响。 在 气 温 10 ℃左右时 , 水芹对含
银废水具有良好的净化效能。
近年来 , 国内 、 外学者利用凤眼莲等水生 2 . 动态试验
植物在工业污水 、 城市生活污水资源化研究
及应用方面己取得很大成功〔1, 2〕 。 但长期以
来未能很好解决冬季寒冷季节净化问题 。 笔
者自 1 9 8 7年起筛选了很多耐寒高等植物 , 结
果发现水芹 ( O , , a , t h e j a o a n ` c a ) 这种植
物比较适宜于低温季节净化处理含银废水 。
一 、 实验材料和方法
在一条 1 5 欠 0 . 3 6 欠 o . 4 4m 习的试验 沟 中
进行 , 含银污水来自无锡电胶影片厂高浓度
的胶片洗印水并用自来水稀释成 l p p m 的 银
浓度作为试验进水浓度 。 根据污水停留时间
将试验分为三个阶段 ( 即污水停留时间分别
为 1 2 , 2 4 , 48 h ) ,对每阶段的试验进 、 出水连续
采样测定 5次 , 取平均值 ,研究净化和出水水
质稳定情况 ( 流程见图 1 ) 。
( 一 ) 水芹的培育与移植
实验用水芹购回后 , 先水培于没有漂浮
载体的无银水池中 , 在极低温的一月份 , 不
必施肥 。 立春稍过 ,气温回升 , 可适量施些氮
肥及其它辅助肥料 。 培育期完成后于 1 9 8 9年
4月 7日移入有漂浮载体的动态试验净化沟。
( 二 ) 试验过程
.1 静态试验
在大塑料桶 ( V 二 30 L , H = 6 c5 m ) 中进
行 。 共分两组 , 一组以分析纯硝酸银配成系
列浓度为 0 . 2 , 0 . 5 , 1 . 0 , 2 . 5 . 0 , i o . o p p m A g ;
另一组以无锡电影胶片厂洗片水 (络合态银 )
配成银系列浓度 为 1 . 0 , 2 . 5 , 5 . 0 , 1 0 . 0 ,
2 0
.
0 , 4 0
.
0 , s o
.
o p p m
, 每 桶污水量 1 5 L ,
投放水芹 3 0 0 9 。 每组另各设一空 白对照 ( 不
放水芹 ) ,浓度分别为 1 . 0 , 5 . o p p m , 然后连
续观察水芹的生长情况 , 并在不同时间内进
行取样分析 。
橄释水 ( 自来水 )
1
.高位 , 水池 2、 3、 4 . 调节控制阀 5 .入水口
6。净化试脸沟 7 .出水 口
图 l 室外动态模拟试验流程装置示意图
3
.试验条件
静态试验气温 16 . 0~ 1 9 . 0℃ , 水温 1 4 . 0
~ 17
.
5℃ , 试验用水为去离子水 , 试 验 液
p H 6
.
g o
。动态试验条件及参数见表 1 。动态试
验水芹投放量与废水量之比为 2% 。
( 三 ) 水样及植物样品的浏定方法
1
. 水样中含银量的测定 : 吸取适量水样
用 H N O 3进行消化处理 , 然后过滤 、 定容 ,
根据含银量范围分别选用 T M K一 S L S光 度
* 此题为国家自然科学基金研究项目 。
4卷 1期 城市环境与城市生态
法和催化动力比色法〔3, 4〕 。
表 1 动态试验条件及参数
1夕8夕年反月 7日~ 2 2日
试验阶段
(污水停留时间 )
气 温
( ℃ )
进水流速
( L / m i
n )
第一阶段
( 12 h ) …17一…7一 3. 24
第二阶段
( 2 4 h )
~ 7
。
15 1
.
6 2
第三阶段
( 4 8五 )
1 9
.
0~ 2 2
.
0 }7
.
0 0~ 7
.
1 5
2
.水芹残体中含银量的测定 : 将暴露于
含银废水中 12 o h后的水芹捞出细心洗净 , 并
按根 、 茎 、 叶进行分离 , 置于 60 ~ 80 ℃的恒温
烘箱中烘干 , 研碎 , 然后准确称取适量样品
用 H N O 。进行消化 , 待碳质基本消化完再加
三酸混合液 ( H N O 。 : H : 5 0 ` : H C I O ; =
10 : 1 : 4 ) 进一步消化 , 成湿盐状后 , 加蒸
馏水溶解 , 以下测定同水样 。
3
. 为了解银对水芹的伤害状况 , 在试验
过程中同时测定其叶片叶绿素含量 , 方法为
三色法 。
不再吸收 , 甚至水体中银浓度又有回升的现
象 , 这说明水芹对银的净化过程为快速吸收
(包括根系表面吸附 ) ~ 平衡 ( 饱和 ) ~ 释放
的过程 。
从表 4、 表 5中不难看出 , 水体银浓度越
高 , 水芹对其富集量也越高 , 而且不同部位
的富集量差 异 很 大 ` ( 根》 茎 > 叶 ), 经 过
1 2 o h 的富集 , 水芹根系对离子态银的富集
倍数最高为 8 2 3 . 3 , 系列中最高富集 量 达
2 8 59
.
7 8 p p m ; 对络合态银的最高富集倍 数
为 1 4 6 . 2 3 , 最高富集量达 15 4 s . s o p p m 。
( 二 ) 讨 论
1
. 水芹对银净化 一与银存在形态的关系
比较表 2和表 3 、 表 4和表 5的数据 . 可 以
看出水芹对离子态银的净化率和富集量比对
络合态灼净化率和富集量高 。 引用去除速率
常数 k 的计算公式 :
K 二 一一里 - ~ . 二
1 0 0 一 R d
式中 k为去除率 ( h 一 , )
R为净化率 ( % )
以 1 . o p p m银浓度变化情况为例计算如表 6 。
表 6 静态试验水芹菜对两种形态银
的去除速率 K的比较 ( h一 ` )
二 、 静态试验结果及讨论
( 一 ) 水芹对不 同形态银的净化和富集
功能
表 2 、 表 3的数据表明水芹对离子态银和
络合态银都具有良好的净化功效。 对较高浓
度银的净化率没有对低浓度的净化率高 , 但
水体中银浓度下降的绝对值却高一些 。 还可
以看出 , 以初始浓度 1 . o p p m为例 , 水芹对银
的净化率 1 2 h便达到 43 . 5% 和 3 5 . 4% ,表 现
出快速吸收的特性 , 以后随水芹在水中浸泡
时间的延长 , 吸收速度逐步减慢 、 直到饱和而
竺{12· }竺一{竺…竺…竺…二一 - ~ 些…一…。’ 。6 4…婴…望…圳里…. < 0
A g ( 5
2竺兰…_ {!.览{:竺翌士…0竺…竺丝 {
* 以 1 . Op p m银浓度变化情况为例
结果表明 , 水芹对离子态银的去除速率
明显高于对络合态银的去除速率 。 根据资料
报道 , S : 0 3 “ 一的存在对植物吸收 、 净化银有
抑制作用 , 而且浓度愈高 ,抑制作用愈明显 ,
使得植物对离子态银的净化富集能力大于络
合态银的净化富集能力。 -
2
. 水芹对银的净化与温度的关系
l 6 城市环境与城市生态 19夕l年
表 2 . 态试验水芹对离子 态银的净化结果
配制A g
试脸组
实测A g 12h 2必 4 8h 7 2 h 96 h
浓度
( P Pm ) C R C R C R C R C R C
( PPm )
对 照
g
( P Pm )
0
.
9 7 5
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植物处理
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衰 3 静态试验水芹对络合银的净化结果
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初始浓度 ( P Pm ) 12五 2 4 h
配制 实测 C R C R C
5
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* C为银浓度 ( p pm ) , R为净化率 ( % ) 。
衰4 水芹在不 同浓度离子 态银水体中对银的富集且和 , 集倍数
0
.
Z P Pm 0
.
SP Pm 缨一…一 i一…富集量 1富集倍荆富集量 {富集倍数 {富集量 ,富集倍数 } 10 . Op p m部位 空自对照赢降而…蘸鑫霸氨… 富集量 富集倍数2 8 5 , · ’ 8…’ “ · 23
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1 94
.
1 7
2 3夕。 2 8
根茎叶
4卷 1期 城市环境与城市生态
表 5 水芹在不同浓态络合态银水休中对银的富集且和富集倍数
玉粼抵翻翼七二带溉…戳 -怨:…`:·{李:·职架奉:拚:…’ :{谨渊’酬::爽: ,` ;:
艘
水芹对污染物的去除率与其生长周期关
系很大 , 三月份为其生长旺期 , 四月份为其
生长晚期 , 表 7中的数据表明在其生长 旺 期
内 , 水芹对银具有较好的净化率 , 而且在 12 h
之内有快速吸收特征 。 但随着时间延 长 , 如
48 h 之 后 , 两种条件下净化率相差不大 。 当
气温于 25 ℃时 , 作为主要吸收部位的根系几
乎脱落 , 花茎变成休眠茎越夏 , 此时净化率
会很低 。
表 7 不 同沮度下水芹对银的净化率 ( % )
离子态银 ( A g + )的净化率 , p H g时高于 p H S
这可能与 A g 个的下述转化有关 :
Z A +g + ZO H 一户 Z A g O H价人 9 2 0 今
+ H
2
0
A g 。 O的沉淀而使测定结果偏高络合态银 的
净化率则是 p H S时高于 p H g , 这与络合态银
的稳定性有关 , 它在酸性条件下易分解成单
质银和硫化银沉淀而使测定结果偏高 。 图 5中
数据表明 , p H S时水芹根系对银的富集量最
小 , 因此 , p H在中性或偏碱性时 ,较适于水
芹对含银废水净化 。
平均气温 (℃ ) 银浓度
( p Pm )
卜 净化权 % ’
3 `水芹对银的净化与其暴康时伺的关系
根据水芹对银的净化过程 , ` 水芹在水中
暴露时间较长 , 对银的净化率也较高 , 但时
间过长 , 植物体吸收一旦达到饱和便有可能
向水体中释放而使银浓度回升 ( 图2 ) 。 因此
从净化角度考虑 , 暴露时间不宜过长 。
4
. 水芹对银的净化与水体中 p H的关 系
一般说来 , 水生植物的适生 p 」 H范 围为
4 ~ 3
, 在此范围内选择 p H S , 7 , 9三种不同
条件 , 研究水芹对离子态银 ( 1 , O p p ln )及络
合银 ( 1` o p p m ) 的净化效率和根 系 富集情
况 ( 图 3 、 4 、 5 ) 。 从图 3 、 图 4中可以看出 ,
p H对净化有影响。 总的来说 , 影响不大 , 水
芹对两种形春银的净化率 , p H耐最高, 对
ǎuóddà翅任
24.870一咖.830s4
图2 水芹菜对银的吸收净化与时间关系
5
. 离子态和络合态的银对水芹的毒性
静态试验拱程中发现银对水芹具有致毒
性 ,而且可见伤害率与水体银浓度呈正相关 ,
即浓度愈高 , 中毒反应愈明显 。 然而水芹在
短时间内接触较低浓度的银时 , 由于其本身
的生理抗性 , 并不导致可见伍害, 如用 0 . 2,
城市环境与城市生态 1夕9 1年
A g十 P H7
遥 pH S
P Hgǎ%à叱妞鸯矫
2 4 48 7 2 9 6
b r
不同 PH条件下水芹对人 g +的净化与时间关系
nù
。
.
曰了引.匀叮t. p,川10 0
声 . 、
次 7 5
A ` (S : 0 3 ) : -
迅速破坏导致可见伤害 , 如用 l o . O p p m离子
态银 , 8 0 . 0 、 4 o . o p p m 络合态银处理 r Zh 的
可见伤 害率分别为 12 % 、 18 % 、 10 % 。 所以
高浓度的银引起植物的可见伤害 是 没 有 时
间延迟作用的 。 水芹受银毒害的反应症状表
现 为叶片由青变黄并逐渐蔓延连成片而使叶
片叶绿素含量降低 , 浓度愈高 , 其含量变化
愈显著 (图 6 ) 。 从曲线上分析得出 , 引起叶绿
素含量显著变化时 , 离子态和络合态的银浓
度分别为 2 . o p p m , 5 , 。 p p m , 可见伤害率分
别为 7% , 10 % , 而 2 . s p p m 的络合态银对水
芹表现为无 中毒反应症状 。 因此 , 离 一子态银
比络合态银的毒性大 。
ǎ.、目日百服晰七n
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` - 一 一 2 4 4 8 h r 7 2 , 6
不同 p H条件下水芹对络合态银的净化
公
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l玉. 《 , 艺口. U 一 碑 . ` 侧曰口一一一 ~ . ` 旧, ,翻卜~SO . o p P n 戈入 g 又S L ) 、
不同pH 条件下水芹对银的富集量
图` 水芹叶绿索暗爱变化与水休银浓度关系
三 、 动态试验结果与讨论
( 一 ) 动态净化效率与污水体留时间的
0
.
5
,
1
.
o p P m离子态银 , 1 . 0 , 2 。 5 p p m 络
合 态 银 处 理水芹 1 2h0 未见伤害 , 叶绿素含
量变化不明显 。 由于水芹对银具有快速吸收
的特性 , 在高浓度水体中暴露短时间内便吸
收积累了大量的毒物银 , 从而使植物体组织
关系
污水停留时间越长 , 植物对水中污染物
的净化率也越高 。 从表 8 中可 以看 出 , 当停
留时间分别为 12 , 2 4 , 48 h时 , 水芹对银 的平
均净化率相应为 5 4 . 0 2% , 7 3 . 8 4% , 8 x . 16%。
从变异系数C v 来看 , 停留时间越长 , 出水水
质的稳定性越好 。 静态试验结果得知 , 水芹
对银的净化速率随暴露时间在不断变化 , 通
过计算 , 动态试验三阶段下的 K值列于表 o9
48 h的 K 值已有下降的趋势 , 虽然继续 延长
停留时间 , 净化率还可能进一步提高 。 具体
4卷l 期 城市环境与城市生态 19
情况未作深入研究 。
表 8 动态试验水芹对银的净化效果
下刃留时间 ’ 平行样号 进水浓度( P Pm ) 出水浓度( P Pm ) 净化率R ( % )
…一…一二二一…一 _ _一竺竺一 {
{上…一兰了竺一一一一一 {一 。· 40 “ -一{12 h } 。 I n , 。 , { n , , 。 、 {…止…一二丫…, ` 一一…-一兰一…
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一
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5 3
。
3
4 9 8
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.
7
5 7
.
0
5 4
.
0士 4 . 8 5 ( C甲二 0 . 090 0 )一一一万…一一一
(二 )水芹对含银康水的净化能力及应用
’ 杯根据国内大部分电影洗印厂排放废水含
银浓度约 1 p p m左右的特点 , 进行了水 芹净
化这种废水的动态模拟试验研年 拟进水解
浓度 l p p m , 探讨进一步提高洗 印废水质的
可能性 。 试验证明 , 一 水芹对含银废水具有很
好的净化功能 。 引用吴振斌等〔 l〕 的表 面 负
荷计算今式 ; 计算动杏试验三阶段 的 P , 慎
城市环境与城市生态 199 1年
( 表 9 ) 。
表 9 动态试验各阶段的 K、 P s值
污水停留时间
( h ) ( h一
’
) ( g
, / m
比 ·
h )
尸 s - 一旦二兰止兰旦_二旦旦_S X 1 0 0 n
式中 P s为表面去除负荷 ( g / m Z · h ) ; Q为 迸水 流量
( I
J
/ h )
,
C
o ; C i为试验进 、 出水浓度 ( m g/ L ) ; F为
苹发蒸腾最 ( L / h ) 。
根据实测结果 F < Q , 在此忽略 , S为有
效净化面积 ( m Z ) , 本试验 S = 5 . 4m 2 ( 1 5 X
0
.
3 6 )
。 从表盯扫可 以发现 , 污水停留 时 间
越长 , P s值越小 , 因此应根据对出水水 质 的
要求来选取停留时间 。
可用 P s计算塘面积 , 举例 : 日排含银废
水 l 0 0 0 t , 银浓度为 l . o p p m , 出水要求达 yfJ
国家规定一级水银的 最 高 容 许 排 放 浓 度
0
.
s p p m川 , 因此选用污水停留 时 间 为 12 h
(据实验对银的净化率为 5 4 . 02 %)及相应的P
值 : 0 . 0 1 9 9 / m “ · h , 计算塘面积 S = 1 10 0m Z ,
塘深 o . 46 m , 可见所需工程投 资 是 很 有限
的 ; 比用化学或物理方法处理要经济 , 有条
件的洗印厂 , 应充分利用现有水面以进一步
提高排放水质 。 生 物治理工业废水是有效途
径之一 , 发挥水生高等植物的净化功能是人
工强化天然生物净化系统净化能力的一个重
要措施 。
四 、 结 语
1
. 据试验 , 水芹在气温 10 ℃左右时对含
银废水具有 良好的净化效能 , 因此冬末和初
夏季节污水净化问题可 以利用耐寒水生植物
来解决。
2
. 水芹对离子态银的净化富集能力大于
对络合态银的净化富集能力 。
3
. 水芹对银的净化过程与其暴露时间有
关系 , 随暴露时间延长 , 这一净化过程由快
速吸收 , 包括吸附 , 至慢性吸收并趋于平衡 ,
最后转化为释放 。
4
.
p H
、 气温对净化有影响 。 p H 中性或偏
碱性时对净化有利 , 在生长旺季内 ( 与气温
相应 ) 对含银废水具有较高的净化率 。
参考文献
〔1〕吴振斌等 , 水生生物学报 11 ( 2 ) , 1 3 9~ 1 5 0 ( 198 7 )。
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( 1 988 )
。
〔3〕戴全裕 , 环境监测管理与技术 , 1 ( 2 ) , 40 ~ 46
( 198夕) 。
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( l夕夕0 )
〔5〕国家环境保护局规划处 , 环境保护汇编第二辑 ,
2 0 0~ 2 0 4 ( l夕86 ) 。
. 简讯 · “ A B法 ” 用于印染康水处理的研究获得成功
由清华大学环境工程系傅国伟教授主持
组织的研究组将生物曝气氧化 法 ( 简称 A B
法 ) 应用于印染废水的处理 , 所设计的印染
废水处理工艺对难降解的 C O D 一卜分有 效 ,
不仅比一般的活性 污泥法 C O D总去除率提
高 10 % ~ 20 % , ’ 使处理后出水水质全面达到
污水综合排放标准 , 且处理效果稳定 , 曝气
池体积减少 41 % , 运行费少 15 %一 20 % , 可
免去营养剂和药剂消耗。
该项处理印染废水新工艺具有高效 、 经
济 、 稳定 、 灵活的优点 , 是一种适合我国国
情的工业废水处理技术。 它可用于印染废水
处理厂的新建和改建 , 也可与其它处理方法
进行流程优化组合和过程强化后 , 广泛用于
各种水质净化目标的污水处理 。 ’ 它的应用将
对我国水污染控制 , 特别是对我国难降解的
工业废水治理起 到 重 要 作用。
(刘存礼 )