不同人工濕地基質(zhì)對鉛的去除效果對比

陳文蝦

摘要：采用等溫吸附實驗研究沸石、生物陶粒、磁鐵礦石、膨脹珍珠巖、礫石及石英砂這六種人工濕地基質(zhì)對鉛的吸附特征。結(jié)果表明：沸石、磁鐵礦石和礫石對鉛的吸附量均隨著鉛溶液濃度的增大而增大，而生物陶粒、膨脹珍珠巖及石英砂隨著鉛溶液濃度的增加均出現(xiàn)不同程度的下降;6種基質(zhì)對于鉛的吸附量總體趨勢由大到小依次為沸石、磁鐵礦石、礫石、生物陶粒、膨脹珍珠巖、石英砂;除沸石外，其余5種基質(zhì)對Pb21-的去除率隨著鉛溶液溶度的增加，均出現(xiàn)不同程度的下降。因此.通過比較實驗結(jié)果，確定沸石為除鉛效果較理想的人工濕地基質(zhì)。最后.用沸石和香蒲組建人工濕地系統(tǒng)，驗證沸石作為基質(zhì)對酸性含鉛廢水的處理效果，經(jīng)分析實驗數(shù)據(jù)表明：其出水到后期均達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（ GB189182002）的排放標準。因此。確定可用沸石作為人工濕地處理酸性舍鉛廢水的基質(zhì)，其對鉛的處理效果很好。關(guān)鍵詞：人工濕地;基質(zhì);鉛;吸附特性;酸性含鉛廢水

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）8-0093-03

1 引言

人工濕地作為一種有效的污水處理技術(shù)，因其投資成本低、運行簡便、低耗義具有景觀效應而被廣泛應用[1，2]。根據(jù)不完全統(tǒng)計，從2009年至今，我國至少發(fā)生20起以上較大血鉛事件，因此，鉛污染治理已成為當今重要的研究課題之一?；|(zhì)作為人工濕地的主要組成部分，選擇合適的基質(zhì)材料，是提高人工濕地凈化能力的關(guān)鍵[3]。有不少學者研究了多種基質(zhì)吸附重金屬的效果及其機理，認為選擇適合的基質(zhì)對人工濕地處理含再金屬廢水具有決定性作用，如譚光群等[4]用蛭石作為吸附劑，研究其對Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附作用，發(fā)現(xiàn)其具有較強的吸附性能，可用于含重金屬廢水的處理。目前關(guān)于基質(zhì)對人工濕地處理含鉛廢水中Pb2+的去除效果研究的報道較少。本研究選擇了沸石、石英砂、磁鐵礦石、礫石、生物陶粒、珍珠巖作為研究對象，將其對鉛的吸附特性進行研究，以期篩選出效果比較理想的人工濕地基質(zhì)，為推廣應用人工濕地處理含鉛廢水提供理論指導依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 試驗材料及主要儀器

人工濕地基質(zhì)沸石、石英砂、磁鐵礦石、礫石取自河南省鞏義市萬福源市政工程凈水材料有限公司，生物陶粒、珍珠巖取自北京蓬朗園藝，上述材料均經(jīng)過1 mm、5mm分篩篩分成粒徑為1～5 mm并烘干備用。

主要儀器：電子天平（AL104），臺式冷凍恒溫震蕩器（THZ-C-1）、全譜直瀆等離子體發(fā)射光譜儀（ICP- OES）

2.2 人工濕地模擬裝置

實驗裝置采用硬制PVC材料制成，內(nèi)徑為110mm，高350 mm，基質(zhì)實驗柱在填充基質(zhì)前，在中間放一根內(nèi)徑為25 mm，長為380 mm的硬制PVC管，并在管的一頭套一層孔徑約為1 mm的紗網(wǎng)，以防止基質(zhì)通過PVC管流失及導致取樣口堵塞。具體實驗裝置如圖1。

2.3 實驗方法

2.3.1 吸附試驗

分別用1 mm、5 mm分篩篩選出粒徑為1～5 mm的沸石、磁鐵礦石、珍珠巖、生物陶粒、礫石、石英砂，然后將其填充于50 mL離心管中，壓實填充至10 mL刻度線處。然后分別加入由PL（NO3）2（分析純）配制的鉛濃度為0、50、100、200、400、600、800 mg/L的鉛溶液25mL，將其置于恒溫振蕩箱中，在轉(zhuǎn)速250 r/min、溫度25℃條件下，振蕩2h。最后取出靜置30分鐘后，采用原子吸收法測定上清液中Pb2+的濃度，實驗設(shè)置3個平行，每體積基質(zhì)的吸附量的計算如下：

式中，Q為每體積基質(zhì)對鉛離子的吸附量，mg/cm3;C為處理前鉛溶液濃度，mg/L;C2為處理后鉛溶液濃度，mg/L;V為所加的鉛溶液體積。L;V為基質(zhì)的體積，cm3。

基質(zhì)對鉛離子的去除率（%）計算如下：

式中，W為基質(zhì)對鉛離子的去除率，%;C1為處理前鉛溶液濃度，mg/L;C2為處理后鉛溶液濃度，mg/L。

2.3.2 沸石基質(zhì)對鉛的處理效果驗證實驗

實驗前，先將沸石（1～5 mm）用自來水沖洗干凈，再用蒸餾水沖洗3遍，最后曬干。接著將曬干后的基質(zhì)填充至實驗裝置中，先填充到20 cm處，然后將事先培養(yǎng)好的香蒲洗凈移栽至裝置中，最后再用基質(zhì)填充至25 cm，并用蒸餾水及定期滴加營養(yǎng)液培養(yǎng)兩個星期。本實驗分為試驗組和空白組，空白組采用蒸餾水進水，試驗組則用Pb（ NO3）。進行模擬配置酸性含鉛廢水。每次配完水，手動攪拌5 min后進水，并停留2天。兩天后，用經(jīng)蒸餾水洗凈干燥后的聚乙烯瓶進行取樣，水樣用ICP- OES進行Pb2+濃度測定。取完水樣后，放空裝置內(nèi)的水，并重新進水。如以上所述重復實驗一個月。人工濕地對鉛的去除率計算如下：

式中，W為系統(tǒng)對鉛離子的去除率，%;C1為進水鉛離子濃度，mg/L;C2為出水鉛離子濃度，mg/L。

2.4 供試基質(zhì)的理化性質(zhì)

供試基質(zhì)的部分理化性質(zhì)如表1所示。

2.5 模擬配置含鉛廢水水質(zhì)

經(jīng)查文獻，發(fā)現(xiàn)濃度過高的重金屬離子對植物有毒害作用[5～7]，因此本實驗用水Pb2+濃度控制在50 mg/l）左右，采用Pb （NO3）2（分析純）和蒸餾水進行模擬配置。該酸性含鉛廢水中水質(zhì)指標見表2。

3 實驗結(jié)果與討論

3.1 吸附試驗

從圖2中，可以發(fā)現(xiàn)溶液中的Pb2濃度與不同基質(zhì)之間的恒溫吸附關(guān)系。由圖中曲線表明，隨著鉛標準溶液濃度的增加，各個基質(zhì)對Pb2+的吸附都有所增加，但鉛起始濃度達到200 mg/L，石英砂首先開始出現(xiàn)下降趨勢，到了600 mg/L生物陶粒和膨脹珍珠巖也出現(xiàn)了不同程度的下降趨勢，而沸石、磁鐵礦石以及礫石一直保持上升趨勢，其中沸石吸附效果最好。

從圖3中，可以發(fā)現(xiàn)溶液中的Pb2+濃度與不同基質(zhì)之間的去除率關(guān)系。從上圖的數(shù)據(jù)表明，起初隨著鉛溶液濃度的增加，各個基質(zhì)對Pb2+的去除都有所增加，但當鉛濃度達到50 mg/l，石英砂、礫石、生物陶粒及膨脹珍珠巖均開始出現(xiàn)不同程度的下降趨勢，磁鐵礦石隨著起始鉛濃度的增加也有小幅度的下降，而沸石則一直保持著對Pb2+很好的去除效果。

最后，經(jīng)過綜合分析比較各個基質(zhì)對不同濃度Pb2+的吸附量及去除率，確定沸石為除鉛的人工濕地基質(zhì)。

3.2 沸石基質(zhì)對鉛的處理效果驗證試驗

3.2.1 處理前后pH值變化

如表3所示，實驗的出水均達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918- 2002）中的pH值排放標準（pH值排放標準為6～9）。

3.2.2 植物生長狀況分析

在實驗前后，不管是空白組還是實驗組，香蒲的生長狀況良好，說明鉛濃度為50 mg/L左右的偏酸性廢水對香蒲的生長不會造成負面影響，甚至有可能促進其生長。因此，采用香蒲作為人工濕地系統(tǒng)中的植物部分來處理鉛濃度為50 mg/L的偏酸性廢水可行。

3.2.3 人工濕地對Pb2+的去除效果分析

由圖4的數(shù)據(jù)分析可知，本濕地系統(tǒng)對Pb2+的去除效果相當好，其去除率基本保持在99.5%以上，并且從第四次進水開始，該濕地系統(tǒng)對Pb2+的去除逐漸趨于穩(wěn)定，并保持在99.86%左右波動，出水Pb2+濃度均能達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（ GB18918 -2002）中的一類重金屬污染物排放標準（鉛排放標準≤0.1mg/L）。實驗前幾次進水處理效果波動較大的原因應該是人工濕地系統(tǒng)開始運行時需要一個適應調(diào)整期，而到了實驗后期該系統(tǒng)已經(jīng)適應酸性含鉛廢水，所以其對Pb2+的去除效果趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)論

（1）從實驗數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，六種試驗基質(zhì)的吸附性能差異較大，其中沸石最好，其次是磁鐵礦石，再次是礫石，而生物陶粒、珍珠巖及石英砂相對來說都比較差，其中石英砂最差。

（2）當鉛溶液溶度高達800 mg/L時，沸石、磁鐵礦石及礫石對Pb2+的吸附仍未達到飽和。

（3）在吸附試驗中，磁鐵礦石、礫石、生物陶粒、膨脹珍珠巖及石英砂對Pb2+的去除率隨著鉛溶液濃度的增加，均有不同程度的下降，但是沸石例外，其對Pb2+的去除率一直保持在99.60%以上。

（4）在酸性含鉛廢水的進水Pb2+濃度為50 mg/L左右、pH=6.00～6.14，HRT=2 d的實驗條件下，采用香蒲作為人工濕地系統(tǒng)的植物部分進行試驗，實驗前后其生長狀況良好，因此未來用人工濕地處理該條件下的酸性含鉛廢水，植物可選擇香蒲;

（5）用沸石（粒徑為1～5 mm）和香蒲構(gòu)建的人工濕地系統(tǒng)處理鉛濃度為50 mg/L的偏酸性含鉛廢水，其出水pH值、鉛濃度均能達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的排放標準。

（6）沸石作為人工濕地系統(tǒng)中的基質(zhì)部分處理酸性含鉛廢水，其處理效果相當可觀，因此，確定沸石為人工濕地處理酸性含鉛廢水的最好基質(zhì)。

參考文獻：

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