人工湿地+吸附池工艺对农田灌溉水中镉的去除效果研究.doc

人工湿地+吸附池工艺对农田灌溉水中镉的去除效果研究为了阻控外源Cd进入稻田,切断Cd通过灌溉水进入稻田渠道,探究净化灌溉水中Cd的方式,寻找适合的净化工艺系统,本文通过四种常见吸附材料(竹炭、人造沸石、斜发沸石、硅藻土)对低浓度Cd2+的吸附性能比较试验,分析了pH、温度、吸附时间、初始浓度等影响因素对竹炭、人造沸石、斜发沸石、硅藻土吸附性能的影响;探究四种吸附材料吸附性能的优劣,挑选出最适合处理灌溉水中Cd的吸附材料,应用于室外沉砂池+表面流湿地+吸附池工艺系统中的吸附池。再通过运行室外工艺系统,分析沉砂池+表面流湿地+吸附池工艺系统对灌溉水中Cd的去除效率。在湿地运行的同时,依据沿程分布设置采集点位,采集前面两级表面流湿地的香蒲与底泥；探究人工湿地去除灌溉水的机理,以及Cd在湿地底泥与香蒲中的分布与累积规律。主要试验结果如下：(1)本试验模拟野外灌溉水实际情况,考察了粒径大小、不同的pH、不同的吸附时间、不同温度、不同初始浓度对竹炭、人造沸石、斜发沸石、硅藻土吸附效果的影响。随着粒径的减小、反应时间的延长、温度的升高、初始浓度的提升,四种吸附材料对微污染水源中的Cd2+的去除率均不断升高。pH对竹炭、人造沸石、斜发沸石、硅藻土影响各有不同,试验中竹炭最佳pH为6,人造沸石最佳pH为5.5,斜发沸石最佳pH为6.5,硅藻土最佳pH为7。通过考查竹炭、人造沸石、斜发沸石、硅藻土对Cd2+的吸附的吸附等温线。研究发现,四种吸附材料都能较好的拟合Langmuir理论模型和Freundlich理论模型,竹炭、人造沸石、斜发沸石、硅藻对Cd2+最大吸附量分别为19.71mg·g-1、0.76mg·g-1、10.28mg·g-1、10.55mg·g-1。硅藻土与斜发沸石的性能相当,但硅藻土受限于自身理化结构的缺陷,如在试验震荡过程中硅藻土易粉碎,在野外不易固定可随水源迁移造成吸附材料流失,有二次污染风险,这在一定程度上限制了其吸附性能的发挥,需要进行一定的改性,如烧制成陶粒。竹炭在处理低浓度镉污染水源时,去除率相对较低,且也易破碎。经过试验比较发现,针对处理灌溉水这类低镉污染水源,斜发沸石更具优势：粒径、pH、温度、吸附时间对其吸附效果的影响较小,能快速的去除水源中的Cd2+；且当水源中Cd2+浓度小于200μg·L-1时,投加20g·L-1粒径为0.850-0.42mm的斜发沸石可使处理后水中Cd2+浓度<10μg·L-1,达到农田灌溉水水质标准的要求(GB5084-2005)。(2)通过灌溉渠入水口灌溉水连续监测,进水中镉浓度浮动大,易受环境影响,最高可达19.15ug·L-1,最低只有3.02ug·L-1；同时进水流量变化范围也很大,最高瞬时流量可达60.48m3·h-1。表面流人工湿地的水力路径以地表推流为主,在污水处理过程中,主要是通过植物茎叶的拦截、土壤的吸附过滤和污染物的自然沉降来达到去除污染物的目的。沉砂池+人工表面流湿地+吸附池工艺系统,对灌溉水中总镉的去除率在86.12%-100.00%之间,平均去除率则高达94.32%,且运行效果稳定,受进水口浓度、流速影响小,最终出水都低于2.00ug·L-1,平均出水镉浓度仅为0.50ug·L-1。(3)研究表明,香蒲是一种净化灌溉水中重金属Cd的优良水生植物,其有着优秀的富集能力,香蒲地下根茎Cd含量较高,最高可达127.39mg·kg-1,地上茎叶Cd含量较低,最高为14.65mg·kg-1,其富集系数与转运系数范围分别为6.58-41.26、0.037-0.107,说明香蒲具有净化灌溉水中Cd的潜力,但主要积累在地下部分。Cd在香蒲与底泥中的含量随水流沿程的延长呈递减趋势；且Cd在香蒲与底泥中的含量随着时间的推移逐渐增加。底泥中各点位Cd各形态所占比例平均值大小为：B2>B1>B3>B4,其潜在有效性较大。