人工濕地利用基質(zhì)、植物和微生物這個(gè)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)調(diào)作用，通過過濾、吸附、共沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的高效凈化，同時(shí)通過營養(yǎng)物質(zhì)和水分的生物地球化學(xué)循環(huán)，促進(jìn)綠色植物生長并使其增產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)廢水的資源化與無害化。M.Greenway報(bào)道了不同植物對(duì)鋁、鐵、鋇、鎘、鈷、銅、錳、鉛、鋅等重金屬元素的富集作用。經(jīng)過多年的探索與研究，近年來人工濕地作為改善水環(huán)境的一種有效方法，已在水庫、湖泊周邊面源污染的攔截和地面污染水體的凈化等方面得到應(yīng)用。筆者以菖蒲人工濕地為研究對(duì)象，研究了菖蒲人工濕地對(duì)煤礦廢水中鎘的凈化作用，分析測定了濕地系統(tǒng)對(duì)不同流量的煤

1實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)材料

儀器：722E可見分光光度計(jì)，上海光譜儀器有限公司。

試劑：硝酸鎘、抗壞血酸，AR，成都市科龍化工試劑廠;濃磷酸、碘化鉀，AR，重慶川東化工化學(xué)試劑廠;孔雀綠，AR，天津市鐘表廠(原南開化工廠);明膠，生化試劑，成都市科龍化工試劑廠。

實(shí)驗(yàn)所用菖蒲購于重慶永川苗圃園，植株大小基本一致，植株根部大小相當(dāng)，且植株健康無病蟲害?；|(zhì)采用泥土，采自重慶文理學(xué)院環(huán)境實(shí)驗(yàn)樓旁，無腐葉，已篩選出石頭、雜質(zhì);河沙采自重慶永川松溉長江沿岸;炭渣采自永川發(fā)電廠。實(shí)驗(yàn)所用塑料箱的尺寸為：長54cm，寬45cm，高23cm，數(shù)量2個(gè)，均為實(shí)驗(yàn)組。

實(shí)驗(yàn)所用煤礦廢水為重慶永川新興煤礦采礦廢水，其水質(zhì)見表1。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1人工濕地的構(gòu)建

采用長54cm、寬45cm、高23cm的塑料箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在箱長兩邊各4cm處分別設(shè)置一塊等寬、高18cm和16cm的塑料擋板，并用玻璃膠將其固定;在箱子的中間也設(shè)置一塊等寬、高14cm的塑料擋板，用玻璃膠將其固定。這樣就形成了入水口(18cm擋板一側(cè))、出水口(16cm擋板一側(cè))以及中間2個(gè)格子。在箱子入水口及2個(gè)格子的底部側(cè)邊分別開一個(gè)小孔以用于排水;在箱子出水口中間高14cm處及底部側(cè)邊也分別開一個(gè)小孔，分別用于取水和排水。實(shí)驗(yàn)裝置見圖1。

2個(gè)塑料箱依次填充2種14cm高的不同基質(zhì)。1號(hào)箱靠近入水口的格子填充泥土，另一個(gè)格子填充河沙;2號(hào)箱靠近入水口的格子填充泥土，另一個(gè)格子填充炭渣(混入少量泥土)。在1、2號(hào)箱內(nèi)種入菖蒲，均控制在12株左右。1號(hào)箱簡稱為菖蒲(泥土 河沙)人工濕地系統(tǒng);2號(hào)箱簡稱為菖蒲(泥土 炭渣)人工濕地統(tǒng)。

植物移栽到塑料箱后，先通入自來水，待植物適應(yīng)1個(gè)月后觀察成活情況，至菖蒲全部成活。在實(shí)驗(yàn)的前1周，先通入稀釋1倍的煤礦廢水馴化3d，停止通廢水2d，用自來水澆灌。2d后，開始通入煤礦廢水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.2.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及過程

分別以3、6、9、12、15、18L/d的流量往塑料箱中通入煤礦廢水，在一種流量下持續(xù)通廢水3d后，從取水槽中取水樣進(jìn)行監(jiān)測。與此同時(shí)，停止通廢水，并放出系統(tǒng)中的剩余廢水;再持續(xù)通清水2d，停止通清水，放出余水;2d后進(jìn)行下一流量實(shí)驗(yàn)。根據(jù)進(jìn)、出廢水的鎘的濃度變化計(jì)算其去除率。

1.2.3實(shí)驗(yàn)監(jiān)測方法

廢水中鎘的監(jiān)測采用明膠增溶鎘(Ⅱ)-碘化鉀-孔雀綠體系分光光度法。

2結(jié)果與討論

2.1廢水流量對(duì)菖蒲(泥土 河沙)人工濕地系統(tǒng)去除鎘的影響

可知，菖蒲(泥土 河沙)人工濕地系統(tǒng)對(duì)鎘的去除率隨著廢水流量的增大逐漸降低，當(dāng)流量為3~6L/d時(shí)，系統(tǒng)對(duì)鎘的去除率很高，且變化很小。但當(dāng)流量>6L/d時(shí)，系統(tǒng)對(duì)鎘的去除率突然下降，這可能是因?yàn)榛|(zhì)材料對(duì)鎘的去除能力有所下降，而菖蒲對(duì)鎘還處于耐受適應(yīng)階段，其對(duì)鎘的去除能力還不太強(qiáng)。當(dāng)流量為9~18L/d時(shí)，該系統(tǒng)對(duì)鎘的去除率不斷降低，這可能是由于隨著處理時(shí)間的延長，系統(tǒng)對(duì)重金屬的容量越來越小所導(dǎo)致，盡管如此，當(dāng)廢水流量達(dá)到18L/d時(shí)，該系統(tǒng)對(duì)鎘的去除率仍達(dá)到86.23%。由此可知，菖蒲(泥土 河沙)人工濕地系統(tǒng)能較好地處理煤礦廢水中的鎘。2.2廢水流量對(duì)菖蒲(泥土 炭渣)人工濕地系統(tǒng)去除鎘的影響

可知，菖蒲(泥土 炭渣)人工濕地系統(tǒng)對(duì)鎘的去除率總體上看是隨著廢水流量的增大而不斷降低。當(dāng)廢水流量為3~6L/d時(shí)，系統(tǒng)對(duì)鎘的去除率較高，這可能是因?yàn)樵谔幚沓跗?，植物?duì)重金屬鎘的去除貢獻(xiàn)較小，而以泥土和炭渣組成的基質(zhì)系統(tǒng)對(duì)廢水有較好的過濾和吸附能力，所以在低流量下該系統(tǒng)能很好地去除廢水中的鎘。當(dāng)流量由6L/d提高到9L/d時(shí)，系統(tǒng)鎘去除率從99.63%突然下降到70.16%，這可能是因?yàn)殡S著流量的增加，系統(tǒng)中通入的鎘的總量突然增大，Cd2 對(duì)植物的脅迫作用，嚴(yán)重影響植物的生長發(fā)育，微生物活性降低，系統(tǒng)對(duì)鎘的去除率下降。當(dāng)流量為9~15L/d時(shí)，隨著流量的增大，植物對(duì)隔的去除率貢獻(xiàn)減小，基質(zhì)對(duì)隔的去除能力也減弱，所以整個(gè)系統(tǒng)對(duì)隔的去除率下降。

綜合可以看出，在同種植物及相同的外界條件下，當(dāng)廢水流量較高時(shí)，以泥土 河沙為基質(zhì)構(gòu)建的人工濕地系統(tǒng)對(duì)鎘的去除率明顯高于以泥土 炭渣為基質(zhì)構(gòu)建的人工濕地系統(tǒng)。在廢水流量為3~6L/d時(shí)，以泥土 河沙為基質(zhì)的系統(tǒng)對(duì)鎘的去除率和以泥土 炭渣為基質(zhì)的系統(tǒng)對(duì)鎘的去除率都在99%左右。這是因?yàn)樵谔幚砬捌?，人工濕地系統(tǒng)中的2種基質(zhì)都有較好的吸附能力，所以在低流量下，2種系統(tǒng)都能很好地去除廢水中的鎘并且去除率的差距不大。當(dāng)廢水流量為9L/d時(shí)，以泥土 河沙為基質(zhì)的系統(tǒng)對(duì)鎘的去除率為93.95%，而以泥土 炭渣為基質(zhì)的系統(tǒng)對(duì)鎘的去除率為70.16%，前者比后者高出26.79%。這是因?yàn)樵谳^高的廢水流量下，在泥土 河沙為基質(zhì)的菖蒲人工濕地系統(tǒng)中，菖蒲能夠正常生長發(fā)育并提供微生物附著和形成菌落的場所，促進(jìn)微生物群落的發(fā)育，且植物代謝產(chǎn)物和殘?bào)w及溶解的有機(jī)碳又可給濕地中的硫酸還原菌和其他細(xì)菌提供食物源。而在泥土 炭渣為基質(zhì)的菖蒲人工濕地系統(tǒng)中，炭渣本身含有的重金屬比河沙本身多，炭渣對(duì)鎘的活性表面比河沙小，從而使炭渣對(duì)鎘的吸附能力比河沙對(duì)鎘的吸附能力弱，植物受到Cd2 的毒害作用，導(dǎo)致植物對(duì)Cd2 的吸收能力減弱，同時(shí)微生物的活性也有所降低。所以泥土 河沙為基質(zhì)的菖蒲人工濕地系統(tǒng)對(duì)煤礦廢水中鎘的去除效果要好于泥土 炭渣為基質(zhì)的菖蒲人工濕地系統(tǒng)。

實(shí)驗(yàn)研究了不同基質(zhì)、不同流量的情況下，菖蒲人工濕地對(duì)煤礦廢水中鎘的去除效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：以泥土 河沙為基質(zhì)構(gòu)建的菖蒲人工濕地對(duì)鎘的去除率最高可達(dá)100%，最低也為86.23%。以泥土 炭渣為基質(zhì)構(gòu)建的菖蒲人工濕地對(duì)鎘的去除率最高也能達(dá)到99.63%，但隨著廢水流量的增大，系統(tǒng)對(duì)鎘的去除率急劇下降，最低達(dá)到66.11%。因此，菖蒲(泥土 河沙)人工濕地系統(tǒng)比菖蒲(泥土 炭渣)人工濕地系統(tǒng)對(duì)煤礦廢水中鎘的凈化能力強(qiáng)，其在對(duì)煤礦廢水中鎘的凈化中具有廣闊的應(yīng)用前景。