探討河道重金屬污染水體修復系統(tǒng)及方法

張秋明

1 前言

隨著我們國家的電鍍行業(yè)、冶金行業(yè)、印刷行業(yè)和化工行業(yè)等工業(yè)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，很多行業(yè)都開始使用重金屬，含有重金屬的廢棄物也在不斷地增多，很多人都知道重金屬是河道的主要污染物，很多企業(yè)將排放到附近的河流中，導致河道里面積累了大量的污染物，特別是釋放重金屬，對人類的健康影響非常大。所以，有效地除掉或者修復重金屬污染水體是現(xiàn)在最重要的工作，很多專家學者都在不斷地研究開發(fā)新技術來修復重金屬污染的水體技術。生物修復河道重金屬污染水體主要利用植物以及相關的微生物之間的相互作用去除河道被污染的水體中的重金屬。生物修復河道重金屬主要是利用植物的根以及植物的莖葉等等每個部位對重金屬進行不斷地吸收，植物的每一個部位對重金屬吸收和積累機制是不一樣的，種植時間越長，在植物中積累的重金屬就越多，對河道內重金屬污染水體修復的效率就會大大降低。

2 技術背景

重金屬是河道水體里重要的污染物之一，隨著我們國家的經(jīng)濟及其工業(yè)的飛速發(fā)展，我們國家的農業(yè)、工業(yè)以及城市生活排出來的污染物逐年增加，排放出來了的重金屬也在不斷地增長，導致了河道里面的重金屬不斷地增多，嚴重地影響了河水中的生態(tài)系統(tǒng)。由于，很多重金屬不能被生物分解，導致不斷地積累，如鎘元素、鉛元素和汞元素均不能被生物分解，在食物鏈中不斷地積累。最后，會傳遞到人類，嚴重地影響了人類的健康。在河流里很多重金屬也會與懸浮顆粒相互吸附，不斷地發(fā)生沉淀，形成河流中的沉淀物。如果河流中的水體環(huán)境發(fā)生了變化，這些重金屬沉淀物經(jīng)過一系列的反應，會重新回到河流中，造成了二次污染，嚴重地污染了生態(tài)環(huán)境，對人類的健康有很大的影響。對河流流域水生態(tài)系統(tǒng)構成嚴重威脅。與此同時，沉積物中重金屬含量反映河流受污染程度，研究河流沉積物重金屬污染，對開展生態(tài)風險評價具有重要意義[1]。

河流主要處在平原，工業(yè)發(fā)展比較高，這樣大大增加了生活污水以及工業(yè)廢水的排放量。如今，河水天然徑流量不斷地減少，很多河流都呈現(xiàn)出非常規(guī)水源補給特征。河流徑流補給方式發(fā)生了變化，這樣大大增加了河流的重金屬污染問題[2]。

3 河道重金屬污染水體修復方法

本文主要目的在于克服現(xiàn)有技術存在的不足之處，提供一種河道重金屬污染水體修復系統(tǒng)及方法。本文主要對河道重金屬污染水體修復系統(tǒng)進行分析，包括依次連通的污水儲罐、pH調節(jié)池、沉淀池、生化處理池、微濾膜裝置、納濾膜裝置、反滲透系統(tǒng)和蒸發(fā)濃縮結晶裝置；還提供了重金屬污染水治理方法，包括以下步驟：第一步，廢水進入pH調節(jié)池，使一部分重金屬以氫氧化物的形式沉淀；第二步，pH調節(jié)池的出水進入沉淀池3后，再進入生化處理池進行重金屬去除，生化處理池中添加有占廢水體積比3%生化處理劑；第三步，對步驟二產(chǎn)生的廢水進行微濾過濾；第四步，對步驟三處理后的廢水進行納濾過濾；第五步，對步驟四納濾濾處理后的生產(chǎn)廢水進行反滲透處理，得到回用水和濃鹽水；第六步，蒸發(fā)結晶處理：對步驟五得到的濃鹽水進行蒸發(fā)結晶處理，得到結晶體。重金屬污染水治理方法主要步驟，如圖1所示。

圖1 重金屬污染水治理方法主要步驟

主要闡述了一種生態(tài)防護坡，包括基體、土坡、第一混凝土層、植物護坡混凝土層、固定件、植被，所述基體包括其底部的碎石層、側面豎直的擋土墻，土坡設置在碎石層、擋土墻之間，形成一斜坡，土坡的上方覆蓋第一混凝土層，第一混凝土層上方覆蓋有植物護坡混凝土層，植物護坡混凝土層包括有孔隙混凝土和植被營養(yǎng)土組成，所述固定件將土坡、第一混凝土層、植物護坡混凝土層連接固定，所述植被種植于植物混凝土層上，本文的生態(tài)防護坡能使河道土坡或山體穩(wěn)定，不至于因雨水沖刷而滑坡[3]。生態(tài)防護坡，如圖2所示。

圖2 生態(tài)防護坡

4 植物對河道污染沉積物中重金屬的修復作用

4.1 酶活性的變化

酶在土壤中起著非常關鍵作用，所有的生物反應都需要酶的參與，酶主要來源自于動植物以及微生物的分泌物[4]。酶活性主要指酶催化相關生態(tài)系統(tǒng)反應的能力，從土壤物質代謝就可以推斷酶的活性。土壤酶活性非常重要，從土壤酶活性可以分析出來土壤環(huán)境質量以及土壤生產(chǎn)力。對酶的活性進行分析可以判斷出來河道里面的重金屬對河水以及土壤的污染程度，從分析的結果可以選擇恰當?shù)男迯头椒?。酶活性動態(tài)變化如圖3所示。

圖3 酶活性動態(tài)變化

通過由圖3可以知道，多酚氧化酶活性隨著時間的增加，酶的活性越強，土壤在種植黑麥草以前，在土壤的沉積物當中多酚氧化酶活性非常低。因為一些有機物相互進行轉化，激活了酶的活性，使其可以快速進行反應，20d以后過氧化氫酶的活性不斷增加，在30～40d之間增加的坡度變緩，在60d酶的活性達到了最大值，大約為0.10mg/g。對于多酚氧化酶來講，其主要作用是將土壤當中的多元酚氧化為醌，這樣可以加快土壤的腐殖化進程，在種植黑麥草以前過氧化氫酶的活性為4.85mL/g，在20d內基本上保持不變，超過20d多酚氧化酶活性開始不斷地上升，上升幅度基本不變，在60d達到了最大值，大約為9.78mL/g。過氧化氫酶活性主要和土壤當中的有機質含量以及微生物數(shù)量有直接關系，過氧化氫酶不但可以分解代謝產(chǎn)生的對生物體有毒害作用的過氧化氫，還可以參與生物呼吸代謝。

4.2 根際微生物的變化

對于植物根際來講，主要是根系影響下的一種特殊生態(tài)環(huán)境，對植物根際微生物的種類以及數(shù)量有直接關系，并且還相互進行影響，可以為很多微生物提供一些所需要的營養(yǎng)物質，根際微生物數(shù)量大于非根際微生物的數(shù)量。對于黑麥草而言，其根際的細菌為1.5×106個/g，而非根際的細菌數(shù)量為1.5×108個/g，然而，與種植前相比較而言均高出2個數(shù)量級。種植以后，根際真菌為5.4×105個/g，而根際低微生物為5.4×107個/g，在種植以前為5.4×103個/g。

根系分泌物主要是由一些有機酸，而且這些有機酸能降低根際沉積物的pH值，可以降低重金屬含量，主要是利用碳酸鹽態(tài)的重金屬通過一系列的生物反應，可以使得河道里重金屬轉移到植物體內，并且在植物體內不斷地積累。半個月以后，植物的根際微生物主要是由很多生物組成，如藻類、真菌以及相關的細菌。植物中根系微生物使河道內重金屬轉移到植物體內，并不斷地積累，主要體現(xiàn)了生物的有效性，耐性比較高，可以使重金屬在植物體內不斷地進行轉移。

5 結束語

目前，國內外水體重金屬修復技術都處在起步階段。對河流水體重金屬污染修復技術主要有以下幾種方法，生物膜修復法、電動力學修復法、生物修復法、離子還原交換法、化學混凝吸附法以及有河流稀釋法等等。如今這些修復河水重金屬污染技術有很多弱點，如嚴重的時候會造成河道二次污染、修復周期比較長、修復量非常小、修復率非常低、修復費用比較高等等。所以，急需一種安全的河道重金屬污染水體修復系統(tǒng)來解決重金屬污染問題。