全 文 ：蜈蚣草湿地系统处理含砷废水的研究
孙桂琴1　王见华1　殷茵2　梁小敏1　胡尚义1
(1 .江西农业工程职业学院 , 江西 ,樟树 331200 ;
2.江西省环保局环境工程评估中心 , 南昌 , 330029)
摘要:利用蜈蚣草超富集砷特性 , 根据基质和植物的不同 , 组合成陶粒-蜈蚣草湿地
系统 、鹅卵石-蜈蚣草湿地系统 、鹅卵石-美人蕉和鹅卵石四个湿地系统 , 研究不同湿地
系统处理含砷废水的净化效果。结果表明:当配制的含砷废水浓度为 0.25mg/L 时 , 陶粒
-蜈蚣草 、鹅卵石-蜈蚣草 、鹅卵石-美人蕉 、鹅卵石湿地系统对溶液 As 去除率分别为
76.13%、79.01%、69.45%、66.20%;当配制的含砷废水浓度为 0.5mg/L 时 , 4 个系统对溶
液 As去除率分别为 78.23%、80.32%、67.66%、65.79%;采用潜流式四个湿地系统 , 特别是
鹅卵石-蜈蚣草系统处理含As 废水 ,是一种较为理想的处理工艺方案。潜流式人工湿地
系统中 , 对有机物和 N都具有一定的去除效果 ,对 COD的平均去除率分别为 67.81%、70.
48%、74.36%和 60.30%;对 NH4+-N的平均去除率分别为 60.83%、63.38%、67.25 和 50.
30%。
关键词:潜流式人工湿地　蜈蚣草　砷　基质　处理效果
　　由于自然释放和人为的大量开采 、生产和使用 , 砷
污染的现象愈来愈严重。采矿 、冶金 、化工等工业和农
药产生的大量的含砷废水给环境造成了严重污染。砷
是一种对人体及其他生物体有毒害作用的致癌物质。
各国对地表水的最高允许含砷质量浓度一般为 50μg/
L , 而日本等发达国家则为 10μg/ L[ 1 , 2] 。 长期暴露在砷
的污染环境下可导致慢性砷中毒 , 皮肤癌等流行性地
方病 , 严重损害人体健康[ 3 , 4] 。在印度 、孟加拉邦发现
砷中毒 , 我国自 1956—1984年共发生 30 余起砷污染事
件。我国有大量工矿企业 、污灌 、农药造成的土壤砷异
常影响植物和作物生长发育的报道 , , 甘肃白银地区使
用含砷废水灌溉农田 ,严重影响农业生产。
目前 , 国内外几种常用的处理含砷废水方法主要
有沉淀 、絮凝 、过滤 、吸附 、氧化 、膜分离和生物法[ 5] 。
化学法处理含砷废水存在成本高 , 处理生成浮渣易产
生二次污染等缺点;物理法只能处理浓度较低 、处理量
不大 、组成单纯且有较高回收价值的废水 , 而工业废水
的成分较复杂 ,所以物理法实用化程度较低;生物法处
理含砷废水虽具有经济 、高效且无二次污染等优点 , 目
前理论上很成熟 , 但是实际应用到工业中不多。 因此
研究开发 、低成本高效率的含砷废水处理技术 , 具有很
好的社会 、经济和环境意义。
人工湿地被普遍认为是一种前景广阔的新兴污水
处理技术 ,人工湿地污水处理技术与传统的污水处理
法相比 , 具有高效率 、低投资 、低能耗等优点。它属于
一种生态治理污水的方法 , 对于节省资金 、保护水环境
具有十分重要的现实意义 , 越来越受到世界各国的普
遍重视。蜈蚣草超富集植物运用于湿地系统少 , 大多
数是蜈蚣草砷超富集植物修复砷污染土壤的研究 , 超
富集植物一般生长速度不快 , 但是蜈蚣草地上部分不
仅能够富集大量的砷 , 且生长速度快 、生物量大 , 株高
可达 2m ,地理分布广和适应性强等特点[ 6 , 7 , 8] 。本实验
选取蜈蚣草和美人蕉两种植物和鹅卵石和陶粒两种基
质构建四个不同湿地系统处理含砷废水的效果 , 旨在
为人工湿地系统处理含砷废水提供更好的选择。
1　实验部分
1.1　实验材料
人工湿地处理系统装置由聚乙烯板建成 , 装置外
面用角钢焊接加固。板厚 10mm ,容器长 80cm ,宽 60cm ,
高 70cm , 宽度方向中心一侧设有进水管 , 进水管距池顶
30cm , 另一侧宽度方向中心设置三个出水管 ,最底端出
水管距底端 8mm ,三个出水管间距 20cm , 池底中心设置
塑料取样管 , 分别垂直方向分布 , 垂直方向上布置 3 支
取样管 , 三个取样管间距 20cm , 均匀分布在容器的中间
位置。
1、2、3 和 4 系统中加入的基质分别为陶粒 、鹅卵
石 、鹅卵石和鹅卵石。鹅卵石粒径为 1～ 10cm , 1 系统和
2 系统种植蜈蚣草 , 3 系统种植美人蕉 , 植物株距 15cm ,
每种植物栽种两行 ,每行 5棵。 4 系统无任何植物。每
个系统均下部充填 20cm 厚的基质 , 上面覆盖 15cm 厚
的土壤。鹅卵石铺设 20cm 高度时顺序是粒径从大到
小铺设 , 陶粒基质均匀铺设。蜈蚣草孢子来自于深圳
102 江　西　化　工 2008年第 3 期　
DOI :10.14127/j.cnki.j iangxihuagong.2008.03.032
仙湖植物园 , 美人焦采自本校生物园。 供试植物选择
整齐一致的植物移栽至三个湿地系统中 , 待其植物生
长一段时间后进行试验。
含砷污水由葡萄糖 、氯化铵和亚砷酸钠等化学试
剂人工配制而成 , 通过加入上述不同试剂 , 配制含 As 、
COD、NH4 +　N不同污染物的废水 , 做对比实验。含 As
废水配制两个不同浓度水平 , 找出最佳浓度水平的去
除效率。加入配制好的含 As 污水 30L , 使污水在土壤
50mm 以下 , 以形成潜流。
1.2　水质指标分析方法
当天配制好的含 As 生活污水下午取样以后 , 每隔
三天取样一次 , 总共取样十五次 , 时间为 43 天 , 同时
COD、NH4 +　N指标每天取样监测一次 , 连续监测十三
天。测定水溶液中 As 方法采用氢化物原子荧光法 ,
COD、NH4 +　N测定方法分别采用重铬酸盐法 、纳氏试
剂比色法。实验数据 ,首先进行误差分析 , 数据分析使
用 Excel软件。
2　结果与讨论
试验从 2007年 9 月 1日到 2008年 2 月1 日实验时
间跨了两个季度 , 间歇进水模拟人工湿地处理效率。
为了比较不同污染物的处理效率 ,实验配制 COD、NH4+
-N 浓度的水平分别为 150mg/ L、10mg/L。含 As 水溶
液配制两个不同浓度 As 溶液水平 , 分别是 0.25mg/ L、
0.5mg/L , 具体废水溶液中浓度由测定得到。
2.1　不同湿地系统模拟潜流式人工湿地净化含 As 废
水的效果分析
在潜流式人工湿地系统中 , 含 As 废水的去除主要
是依靠植物的吸收或富集作用 、土壤吸附 、悬浮粒子的
过滤和微生物一起活动而使 As 降解。根据实验污水
处理前后As 的浓度 ,计算出随时间变化不同湿地系统
对As 的去除效率 , 当配制含 As 废水浓度为 0.25mg/L
时 , As的去除效率随时间变化见图 1.1 , 1、2 、3、4 系统对
溶液中As 的平均去除率分别为 76.13%、79.01%、69.
45%、66.20%,各系统对溶液中 As 的最终去除率范围
是36.5%～ 96.8%;当配制含 As 废水浓度为 0.5mg/L
时 , As的去除效率随时间变化见图 1.2 ,四个系统分别
对溶液中 As 的平均去除率分别为 78.23%、80.32%、
67.66%、65.79%,各系统对溶液中 As 的最终去除率范
围是 36.3%～ 97.2%。随着供应溶液中 As 浓度提高 , 3
系统对 As 平均去除率有所下降。原因是随着实验进
行 ,温度的影响 , 3 系统种植了美人蕉植物 ,美人蕉植物
有少量枯萎 ,因此对 As的去除率有所下降;无植物 4系
统平均去除率也略有下降。本实验中观察这一水平处
理下蜈蚣草生长情况发现 , 当配制含砷废水浓度为 0.
5mg/ L时比配制含 As废水浓度为 0.25mg/ L时 , 蜈蚣草
植物生长情况更好。 43 天内所有湿地系统中的 As 均
显著降低 , As的最终去除效率分别为 96.8%和 97.2%,
从图 1.1 和 1.2 可知 , 实验的前 10 天 , 污水中 As 的下
降速度较快 , 另外 ,各系统前 16 天均保持了很高的去除
率 , As的最大去除效果解释现象是植物和基质共同起
作用的结果。
图 1.1　湿地各系统溶液中 As去除率随时间变化
Fig.1.1 Arsenic removal efficiencies in the water in four
different constructed wetland systems
所有图中 , 各系统对 As 的平均去除率大小为:2 系
统〉1 系统〉3 系统〉4 系统 , 有植物的系统对溶液中 As
平均去除率比无任何植物的 4 系统高 , 可见植物对溶
液中 As有一定的去除效果。 2 系统对溶液中 As 的去
除率比 1 系统高 , 鹅卵石基质对 As 去除率比陶粒好。
整个试验期内 , 从图可知 , 湿地各系统对含 As 废水去
除率随时间延长不断提高。
图 1.2　湿地各系统溶液中 As 去除率随时间变化
Fig.1.2 Arsenic removal efficiencies in the water in four
different constructed wetland systems
2.2　不同湿地系统模拟潜流式人工湿地净化含
COD 废水的效果分析
人工湿地对有机物有较强的降解能力。污水中不
溶性有机物通过湿地的沉淀 、过滤作用 , 可以很快地被
截留而被微生物利用;污水中可溶性有机物则通过植
物根系生物膜的吸附 、吸收及生物代谢降解过程而被
分解去除。在进水浓度较低的条件下 , 一般人工湿地
对 COD去除效率可达80%以上[ 9] 。根据实验污水处理
前后的 COD浓度 ,计算出随时间变化不同湿地系统对
COD 的去除效率 , 绘制变化曲线 , 见图 1.3。由图 1.3
可知 , 13天内所有湿地系统中的 COD均显著降低 , COD
的去除效率最大为 93.8%, 从图 1.3 可知 , 实验的前 5
天 , 污水中 COD的下降速度较快 , 另外 ,各系统前 8 天
均保持了很高的去除率 , 当配制废水中 COD 浓度为
150mg/L时 , 1、2 、3、4 系统对 COD平均去除率分别为
103　2008年 9 月 蜈蚣草湿地系统处理含砷废水的研究 　　　
67.81%、70.48%、74.36%和 60.30%,各系统对 COD平
均去除率大小为:3 系统〉2 系统〉1 系统〉4 系统 , 2 系统
对COD的去除率高于 1 系统 , 两种基质中 , 鹅卵石对
COD的去除能力最高 , 陶粒基质的去除能力最低 , 有植
物的系统对 COD去除率比无植物对照系统要高 , 可见
有植物的存在有利于污水中有机物的去除。
图 1.3　湿地各系统 COD去除率随时间变化曲线
Fig.1.3 The concentration of COD in four different con-
structed wetland systems dependent on the time
2.3　不同湿地系统模拟潜流式人工湿地净化含
NH4
+　N废水的效果分析
人工湿地系统处理对氨氮的去除作用包括基质的
吸附 、过滤 、沉淀 、挥发 、植物的吸收和微生物硝化 、反
硝化作用 , 根据实验污水处理前后的 NH4 +-N 浓度 ,
计算出随时间变化不同湿地系统对 NH4+-N 的去除
效率 ,绘制变化曲线 , 见图 1.4 , 由图 1.4 可知 , 13 天内
所有湿地系统中的 NH4 +-N 均显著降低 , NH4+-N的
最大去除效率为 85.8%, 实验的前 5 天 , 污水中 NH4 +
-N的下降速度较快 , 另外 , 各系统前 8 天均保持了很
高的去除率 , 当配制废水中 NH4 +-N 浓度为 10mg/L
时 ,1、2、3 和 4 系统平均去除率分别为 60.83%、63.
38%、67.25和 50.30%,各系统对 NH4 +-N平均去除率
大小为:3系统〉2 系统〉1 系统〉4 系统 , 2 系统对 NH4 +
-N的去除率高于1 系统 ,两种基质中 ,鹅卵石对 NH4 +
-N的去除能力最高 ,陶粒基质的去除能力最低 ,在 13
天的监测中 ,有湿地基质的各系统中 , 美人蕉-鹅卵石
系统处理效果最优 ,鹅卵石系统处理效果最差 。
图 1.4　湿地各系统对 NH4+-N去除率随时间变
化曲线
Fig.1.4 The concentration of NH4+-N in four different
constructed wetland systems dependent on the time
3　结论
3.1　在潜流式人工湿地系统中 , 当配制含As 废水
浓度为 0.25mg/L时 , 1、2、3、4 系统对溶液中 As的平均
去除率分别为 76.13%、79.01%、69.45%、66.20%;当
配制含 As废水浓度为 0.5mg/L 时 , 四个系统对溶液中
As的平均去除率分别为 78.23%、80.32%、67.66%、65.
79%。在低 As 浓度水平下 ,随着供应溶液中 As 浓度提
高 , 1 和 2系统对As 的平均去除率随 As浓度提高而升
高 , 而 3和 4 系统对 As的平均去除率随 As浓度提高而
降低 , 无论供 As 浓度高低 , 各系统对 As 的平均去除率
大小为:2 系统〉1 系统〉3 系统〉4 系统 ,有植物的系统对
溶液中 As平均去除率比无任何植物的 4 系统高 ,可见
植物对溶液中 As 有一定的去除效果 , 2 系统对溶液中
As的去除率比 1 系统高 ,鹅卵石基质对 As 去除率比陶
粒基质要好。
3.2　在潜流式人工湿地系统中 , 当配制废水中
COD 浓度为 150mg/L时 1 、2、3 、4 系统对 COD 平均去除
率分别为 67.81%、70.48%、74.36%和 60.30%,各系统
对 COD平均去除率大小为:3 系统〉2系统〉1 系统〉4 系
统 , 2系统对 COD的去除率高于 1 系统 ,两种基质中 , 鹅
卵石对 COD的去除能力比陶粒基质高 , 1、2、3 系统对
COD去除率比无植物对照 4 系统分别高 8.24%、10.
59%、13.99%,可见有植物的存在有利于污水中有机物
的去除。
3.3　在潜流式人工湿地系统中 , 当配制废水中
NH4
+-N 浓度为 10mg/ L时 , 1、2、3 和 4 系统平均去除
率分别为 60.83%、63.38%、67.25 和50.30%, 各系统对
NH4
+-N平均去除率大小为:3 系统〉2 系统〉1 系统〉4
系统 , 2 系统对 NH4+-N的去除率高于 1 系统 , 两种基
质中 ,鹅卵石对 NH4+-N 的去除能力最高 , 陶粒基质
的去除能力最低 , 美人蕉+鹅卵石系统处理效果最优 ,
鹅卵石系统处理效果最差。
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