全 文 ：文章编号:1000-2618(2000)02-03-0051-07
收稿日期:2000-06-22　　修回日期:2000-06-26
基金项目:国家自然科学基金资助项目 (39770154)
作者简介:阳承胜(1971-), 男(汉族), 湖南省长沙市人 , 深圳大学助教.E-mai l:golfcol @ szu.edu.cn
宽叶香蒲人工湿地对铅/锌矿
废水净化效能的研究
阳承胜1 , 　蓝崇钰2 , 　束文圣2
(1.深圳大学高尔夫学院 , 深圳 518060;2.中山大学生命科学学院 , 广州 510275)
摘　要:研究以宽叶香蒲 (Typha latifolia)为优势种的人工湿地系统对广东省韶关市
凡口铅/锌矿采矿废水净化效能.研究结果表明:宽叶香蒲人工湿地生态系统能有效地净化
铅/锌矿废水.经系统处理后 , COD 、 固体悬浮物 、 Pb 、 Zn 、 Cu 和 Cd 的去除率分别为
92.19%、 99.62%、 93.98%、 97.02%、 96.87%和 96.39%, 水质得到明显改善.主要污染
物TSS 、 Pb 、 Zn 、 Cu和 Cd等均达到工业标准 , 并接近农灌标准.
关键词:宽叶香蒲;人工湿地;铅/锌矿废水;废水处理
中图分类号:X703　　　　文献标识码:A
引　言
有色金属矿采矿过程中所排放的采矿废水 , 其重金属浓度高 , 排放量大 , 往往对区域环境
造成严重而持久的影响.迫切需要一种高效低耗 、投资少 、易管理的废水处理方法.人工湿地
是本世纪 70年代迅速发展起来的一种新型的废水处理技术.它能有效地去除生活污水中 BOD 、
固体悬浮物 (TSS)、N 、 P 、难溶性有机物 、 重金属和细菌等 , 对造纸废水中高浓度的酚和有机
物也具有明显的净化作用[ 1] .但对采矿废水净化的研究少有报道[ 2] .从1984-1989年 , 广东省
韶关市凡口铅/锌矿利用宽叶香蒲人工湿地生态系统处理铅/锌矿废水 , 收到良好效果[ 3 , 4] .该
系统运作 15年后 , 经全面调研评估系统的结构和功能证明:该系统对废水的净化效能 , 对探
索人工湿地废水净化机理及生态恢复与生物多样性保护具有重要意义.
1　材料与方法
1.1　研究地自然条件
凡口铅锌矿位于广东省韶关市仁化县境内.该区属潮湿多雨的亚热带气候 , 海拔高度为
100-150 m , 年均气温约 20 ℃, 最低为-5 ℃, 最高为 40 ℃, 年均降雨量 1457 mm左右 ,
地下水资源丰富 , 土壤为红壤.
凡口铅锌矿是中国乃至亚洲最大的同类型矿之一 , 原矿品位高 , 开采量大 , 日排放废水
　　2000年 9 月 深圳大学学报(理工版) Sep.2000
第 17卷 , 第 2-3期 JOURNAL OF SHENZHEN UNIVERSITY(SCIENCE &ENGINEERING) Vol.17 , No.2-3
量多达6×104T.废水中含有大量的废矿砂及 Pb 、 Zn 、 Cu和 Cd等重金属 , 严重污染周边环
境.80年代中期 , 在凡口 1号尾矿库种植宽叶香蒲 , 经 15年自然生长和人工扩种 , 逐渐形
成以宽叶香蒲为主体的 , 水土-植物复合的人工湿地系统 (图 1).其面积为 87 500 m2 (长
350 m , 宽 250 m), 废水经人工湿地系统处理 , 停留时间为 5d , 流入一个深水稳定塘 , 再经
出水口排入周围的农田和池塘 , 供农田灌溉用水.
图 1　宽叶香蒲湿地系统平面图
Fig.1 Planer diagram of the Typha latifolia man-made wetland
1.2　采样点设置与采样
作者于1998年 5月 8日 、 8月13日 、 9月 13日和10月28日先后 4次对宽叶香蒲人工湿
地的 3个进水口 (W1 、 W2 、 W3)和出水口 (W0)取水样 (图 1), 每次分早 (8∶00)、 中
(12∶00)和晚 (18∶00)采样 , 每次 3个重复.
1.3　样品分析及数据分析方法
测定水样中的 pH 值 、 TSS 、 COD (KCrO4法)、 N (凯氏定氮法)、 P (钼锑抗比色法)、 K
(原子吸收分光光度计)以及重金属Pb 、 Zn 、 Cu和 Cd(原子吸收分光光度计)浓度[ 5 , 6] .
污染物去除率/ %=(C进 -C出)/ C进 ×100%
2　结　果
2.1　进出水口水质分析结果
4次测试结果表明 (表 1), 3个进水口含有极高的总悬浮物 , 高出工业排放标准 10多
倍;W1 、 W3进水口中 Pb 、 Zn 、 Cu和 Cd 浓度皆超出工业排放标准;W1 呈强碱性 , W2 、 W3
呈弱碱性.经宽叶香蒲人工湿地系统处理后 , COD 、 TSS 、 Pb 、 Zn 、 Cu 和 Cd 的去除率平均
值分别为 92.19%、 99.62%、 93.98%、 97.02%、 96.87%和 96.39%, 并无明显的季节性变
化.净化后水质得到明显改善 , 主要污染物 TSS 、 Pb 、 Zn 、 Cu和 Cd等均达到工业标准 , 并
接近农灌标准.出水中含较高浓度的N (1.04±0.06mg/L)和 P (0.106±0.02mg/L), 用于
作物灌溉 , 能缓解当地水资源短缺 , 并促进作物生长 , 但长期效果仍需要进一步监测.
52　 深圳大学学报 (理工版) 第 17 卷
表 1　宽叶香蒲人工湿地系统进出水口水质测定
Tab.1 Physicochemical data of water samples collected at the influent and effluent of the man_made wetland
采样点
sites
pH
悬浮物
TSS
COD
ρ(N)
/mg·L-1
ρ(P)
/mg·L-1
ρ(K)
/mg·L-1
ρ(Pb)
/mg·L-1
ρ(Zn)
/mg·L-1
ρ(Cu)
/mg·L-1
ρ(Cd)
/mg·L-1
5 月 8日
W1 10.37 7905 170.6 1.547 0.162 22.81 3.668 2.481
±2.58 ±1075 ±66.5 ±0.19 ±0.11 ±3.47 ±1.16 ±0.66
W2 7.61 5091 86.31 0.684 0.058 30.55 2.244 1.366
±2.16 ±205.9 ±23.7 ±0.25 ±0.04 ±6.49 ±0.49 ±0.72
W3 8.03 8802 75.88 2.133 0.261 18.63 2.525 3.64 未检测 未检测
±1.34 ±1047 ±18.7 ±1.46 ±0.18 ±4.47 ±0.84 ±1.34
W0 7.34 29.53 7.08 1.105 0.113 9.48 0.043 0.031
±2.07 ±8.97 ±3.18 ±0.37 ±0.26 ±1.66 ±0.015 ±0.011
去除率/ % / 99.59 92.13 74.77 73.28 60.49 98.57 98.89
8 月 13日
W1 11.64 8845 214.8 1.475 0.160 17.66 3.963 2.349
±0.15 ±305.7 ±39.5 ±0.10 ±0.12 ±2.57 ±1.52 ±0.49
W2 7.58 3519 101.2 0.630 0.093 29.64 1.481 1.213
±0.82 ±1028 ±15.7 ±0.05 ±0.11 ±1.44 ±0.80 ±0.67
W3 7.88 8006 91.4 2.071 0.241 15.28 2.062 3.384 未检测 未检测
±0.08 ±592.4 ±26.8 ±0.13 ±0.08 ±10.3 ±1.67 ±1.148
W0 7.65 24.13 7.79 1.044 0.097 9.82 0.05 0.056
±0.52 ±2.33 ±5.31 ±0.25 ±0.04 ±2.66 ±0.22 ±0.033
去除率/ % / 99.64 94.26 36 45.11 52.92 97.88 94.74
9 月 13日
W1 10.93 8217 194.1 1.371 0.134 26.81 4.667 3.614
±2.78 ±2048 ±23.8 ±0.88 ±0.07 ±2.50 ±2.51 ±1.31
W2 7.68 4580 99.4 0.736 0.043 24.29 3.334 2.805
±3.06 ±592.7 ±33.9 ±0.54 ±0.06 ±6.51 ±1.78 ±2.40
W3 7.97 68833 103.7 1.964 0.191 18.51 4.352 3.771 未检测 未检测
±1.15 ±1305 ±45.1 ±0.17 ±0.11 ±4.98 ±2.05 ±1.85
W0 7.58 25.31 11.64 0.978 0.107 9.64 0.0307 0.0615
±1.69 ±10.54 ±7.7 ±0.24 ±0.07 ±0.85 ±0.26 ±0.38
去除率/ % / 99.61 91.54 27.69 34.25 55.18 99.13 98.07
10 月 28日
W1 11.33 8322 193.1 1.467 0.152 13.04 2.806 2.746 0.879 0.500
±0.30 ±479 ±22.2 ±0.09 ±0.02 ±3.97 ±0.26 ±1.952 ±0.634 ±0.106
W2 7.62 4397 96.6 0.683 0.065 38.63 2.743 0.454 0.079 0.325
±0.05 ±802 ±8.13 ±0.06 ±0.03 ±0.14 ±0.05 ±0.008 ±0.007 ±0.035
W3 7.69 7880 90.3 2.053 0.231 12.32 2.413 4.279 0.377 0.801
±0.08 ±991 ±13.9 ±0.09 ±0.04 ±0.32 ±0.51 ±1.199 ±0.044 ±0.106
W0 7.52 26.32 8.84 1.041 0.106 8.422 0.483 0.122 0.012 0.028
±0.16 ±2.84 ±2.45 ±0.02 ±0.02 ±0.82 ±0.03 ±0.008 ±0.004 ±0.007
去除率/ % / 99.67 90.81 47.86 52.61 51.24 80.16 97.04 96.87 96.39
第 2-3期 阳承胜 , 蓝崇钰 , 等:宽叶香蒲人工湿地对铅/锌矿废水净化效能的研究 53　
2.2　宽叶香蒲人工湿地对铅锌矿废水净化效能研究
图2表示1984-1998年该系统出水口 pH 值 、 Pb 、 Zn和Cd的含量及Pb 、 Zn的去除率变
化.其结果显示:
图 2　(a)1984-1998年宽叶香蒲人工湿地出水口 pH年均值的变化;(b)出水口水
中 Pb、 Zn含量的变化;(c)出水口 Pb、 Zn去除率年均值的变化;(d)出水口水中
Cd含量的变化.(1998年前的数据来自凡口铅锌矿监测站)
Fig.2(a)pH value in effluent from 1985 to 1998.(b) Pb and Zn concentrations (mg·
L-1)of effluent collected at the outlet of the man-made wetland system from 1984 to 1998
(annual average).(c)The levels of Pb and Zn removal by the man-made wetland system
from 1984 to 1998.(d)Cd concentrations(mg·L-1)of effluent from 1985 to 1998(annu-
al average).
①pH值稳中有降 , 并逐渐接近中性.由于 3个进水口水体呈碱性或强碱性 , 能有效地
抑制尾矿的酸化 , 使水体呈中性;
②出水口 Pb 、 Zn的含量在 1984年显著下降后 , 一直保持相对平稳.近年来 Pb的浓度
出现回升的趋势;
54　 深圳大学学报 (理工版) 第 17 卷
③人工湿地系统对 Pb 、 Zn的去除率一直呈上升趋势 , 说明 15年来 , 随宽叶香蒲人工
湿地物种多样性逐渐提高 , 种群结构逐趋复杂 , 生产力水平提高 , 人工湿地对废水净化能力
日趋成熟 , 对废水中污染物的去除能力增强;
④Cd的浓度逐年提高 , 这种现象难以解释.
3　讨　论
3.1　人工湿地系统对采矿废水净化原因分析
本实验研究的人工湿地系统是以宽叶香蒲植物为主 , 藻类 、 微生物 、 水生生物相配合的
水土-植物复合处理系统 , 它对于矿山采矿废水净化效果相当明显.其可能的原因有以下方
面.
3.1.1　水生植物的净化作用
①水生植物的过滤作用.宽叶香蒲人工湿地生物多样性逐渐提高 , 种群结构渐趋复杂 ,
生产力水平高.大片密集的植株以及它们发达的地下部分形成的高活性根区网络系统和浸水
凋落物 , 使进入湿地的废水流速减慢 , 这样有利于废水中悬浮颗粒的沉降 , 及吸附于水中重
金属的去除;②湿地植物发达的通气组织不断向地下部分运输氧 , 使周围微环境中依次呈
现好氧 、缺氧和厌氧状态 , 相当于常规二次处理方式的原理 , 保证了废水中的 N 、 P 不仅被
植物和微生物作为营养成分直接吸收 , 还可有利于硝化作用 、 反硝化作用及 P的积累[ 7] .同
时水生植物对氧的传递释放以及植物凋落物有利于其它微生物大量繁殖 , 生物活性增加 , 加
速废水中污染物的去除[ 8] ;③植物本身对重金属有吸收和累积作用.对宽叶香蒲人工湿地
的宽叶香蒲根 、 茎 、 叶中重金属含量测定可知 , 它们具有极强的吸收和富集重金属能力[ 9] .
3.1.2　土壤的富集作用
由于土壤的物理 、化学 、 生物协同作用 , 废水中污染物被固定下来.土壤中粘粒及有机
物含量高 , 对污染物吸附能力强.土壤胶粒对金属的吸附是重金属由液相变为固相的主要途
径[ 10] .
3.1.3　微生物降解作用
湿地污水净化过程中 , 微生物起着重要作用.它们通过分解 、 吸收污水中的有机污染
物 , 达到改善水质净化水体目的.李科植在研究芦苇人工湿地各种微生物对污水净化所起的
作用时发现 , 污水中 BOD 、 COD 、NH3 -N及总大肠杆菌群的去除率与微生物具有极显著的
相关性[ 8] .
3.2　宽叶香蒲人工湿地系统废水处理效益分析
宽叶香蒲人工湿地废水处理具有良好的经济效益.在建立人工湿地以前 , 因重金属浓度
超标 , 毁坏大片稻田 , 因此从 1981-1984 年 , 平均每年上缴排污费及向当地农民赔损费达
23.6万元.依此计算 , 采用人工湿地系统从 1985-1998年共节约经费330.4万元 , 而用于维
护费不过几万元.据国外统计 , 一般湿地系统的投资和运行费仅为传统二级污水厂的1/10-
1/2 , 具有很好的经济效益.并且建立人工湿地系统 , 昔日污泥横流的沼泽地成为绿草如茵 、
鸟语鱼跃的自然净化区 , 恢复自然景观.经湿地处理的采矿废水 , 可用于当地农民水稻灌
溉 , 缓解农用水源问题.
第 2-3期 阳承胜 , 蓝崇钰 , 等:宽叶香蒲人工湿地对铅/锌矿废水净化效能的研究 55　
目前 , 我国能用于污水治理的财力是有限的 , 而水污染又急待治理.对凡口矿的研究证
明 , 人工湿地废水处理系统具有良好的生态效益 、经济效益和广泛的应用前景.
参考文献:
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Purification of Pb/Zn Mine Wastewater
with Typha Latifolia Man-made Wetland
YANG Cheng-sheng1 , LAN Chong-yu2 and SHU Wen-sheng2
1).College of Golf
Shenzhen University
Shenzhen 518060
P.R.China
2).College of Life Science
Zhongshan University
Guangzhou 510275
P.R.China
Abstract:The efficiency of Typha latifolia Linn man-made wetland to treat the wastewater from a Pb/
Zn mine at Shaoguan , Guangdong Province , was evaluated by monitoring water quality.The results show
that the Pb/Zn mine wastewater could be effectively purified by the man-made wetland.After passing
through the system , the water quality was obviously improved.The total suspended solids(TSS)reduced
by 99.62%, COD by 92.19%, Pb by 93.98%, Zn by 97.02%, Cu by 96.87%, Cd by 96.39%
respectively.With the restoration of wetland , the effectiveness of wetland on wastewater purification was
56　 深圳大学学报 (理工版) 第 17 卷
also significantly improved.
Key words:Typha latifolia man-made wetland;mine wastewater;purification
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