利用人工湿地处理含铜废水的研究

阮树堂　赖九江

摘要：指出了含铜电镀废水是电镀废水中最主要的一种环境污染成分，采取人工湿地的方式进行了处理含铜废水的实验，通过研究选择合适的水生植物和湿地类型，以达到较好地铜离子去除效果。

关键词：铜离子；含铜废水；人工湿地

中图分类号：X703

文献标识码：A 文章编号：16749944（2017）10002202

1 引言

随着电镀工业的发展和环境污染的加剧， 电镀行业所造成的环境污染越来越受到人们的重视。其中，含铜电镀废水是电镀行业中最主要的废水，目前，含铜电镀废水的处理方法有化学沉淀法、离子交换法、电解法和膜技术法等。近年来，利用人工湿地净化电镀废水成为人们研究的重点。

人工湿地（CW—Constructed Wetland）污水处理技术是近年发展起来的一种污水处理新技术，具有处理效果好、运转维护管理方便、工程基建和运转费用低以及对负荷变化适应能力强等特点。其基本原理是在人工湿地填料上种植特定的湿地植物，从而建立起一个人工湿地生态系统。当电镀污水通过湿地系统时，其中的污染物质和营养物质被湿地系统吸收或分解，而使水质得到净化。

2 人工湿地类型的选择

按照湿地中主要植物形式，人工湿地可分为浮游植物系统、挺水植物系统和沉水植物系统。而目前一般所指人工湿地系统都是指挺水植物系统。

挺水植物系统根据废水流经的方式，可将人工湿地分为表面流湿地、潜流湿地和垂直流湿地三种类型，由于潜流湿地具有截留、生物膜过滤和受气候影响小等特点，因此，本实验以水平潜流人工湿地（图1）作为实验系统。

图1 水平潜流人工湿地

3 材料和方法

3.1 植物的选用

不同的生长环境和污水处理要求，选用的植物是不同的，因此，应当选用生长良好本地适应性强的植物作为人工湿地植物。该实验采取水平潜流的人工湿地类型，可选植物有凤眼莲、芦苇、蒲草和菖蒲等。经过前期种植实验观察，芦苇在试验场地生长良好，且去除重金属的能力较强，根据表1 所示，蒲草的成活率最差，凤眼莲和菖蒲的成活率较高，而芦苇的成活率最高，在考虑其经济因素的影响，因此，实验植物选芦苇作为人工湿地植物。

3.2 实验材料

该实验在实验室用无水硫酸铜配置浓度为100 mg/L的铜离子溶液作为实验电镀废水。

3.3 实验方法

该实验实地面积约10 m2，于每月取样两次，固定每次取样时间是中午12∶00；观察铜离子浓度变化。

3.4 铜离子浓度的确定

以1-（2-吡啶偶氮）-2-萘酚（PAN）为指示剂，以 EDTA 络合滴定法测定处理后铜离子的含量，从而计算铜离子的去除率[1]。

移取10.00 mL人工湿地处理过含铜离子的溶液于200 mL锥形瓶中，加入13 mL 50% H2SO4，加熱至冒烟，冷却，用氨水（1+1）调节至蓝色，加入17 mL pH值为5.5的六次甲基四胺缓冲溶液，摇匀，加入10滴PAN指示剂，用EDTA标准溶液滴定，溶液颜色由蓝紫色变为墨绿色即为终点。同时，用铜标准溶液标定EDTA溶液，得到CEDTA=1.5 mol/L按照下式计算铜离子浓度：

CCu=CEDTA|V|64×1000（1）

3.5 铜离子去除率的计算

去除率=100-试验后铜离子浓度/100 mg/L。

4 实验结果与分析

4.1 实验结果

水平潜流人工湿地对铜离子的去除效果见表2，由表2可知，水平潜流人工湿地对铜离子具有较好地去除效果。实验初期，铜离子去除率只有4.7%，去除效率较低，可能原因是：其一，铜离子尚未完全与水生植物混合；其二，人工湿地中的重金属主要是通过水生植物、土壤微生物和基质的共同作用去除[2]，但是系统中植物、微生物的生长以及周边环境需要一个持续稳定的过程[3]，因此对重金属的去除需要一个调整适应期。

60～80 d时，铜离子去除效率提升很大，原因是随着处理时间的延长，湿地中的生物群落结构渐趋于稳定，湿地去除效果逐渐提高，密集的水生植物和它们发达的地下部分形成的稳定的微生物系统，以及人工基质对电镀废水的阻挡、过滤作用，共同促进了存在废水中重金属的去除，从而使试验中期重金属的去除率提升[4]；另外一个原因可能是铜离子在系统中水解，系统酸碱性发生变化，致使铜离子浓度降低。

当处理时间在100 d后，铜离子去除效率上升比较缓慢，可能原因是湿地生物和微生物等可吸收的铜离子浓度逐渐趋于饱和；二者，铜离子水解反应趋于平衡。

当实验处理130 d后，铜离子浓度为0.44 mg/L，小于国家污水排放标准0.5mg/L。

通过图2观察，处理后废液的pH值基本保持下降趋势，原因可能是在人工湿地内部，微生物群体逐渐释放质子，使得体系呈现弱酸性。

5 结论

（1）人工湿地中，选择芦苇作为水生植物可以有效地形成微生物群落，从而过滤吸收铜离子。

（2）水平潜流人工湿地可以有效地去除电镀废水中的铜离子，当试验处理初期，铜离子去除不明显，在试验处理中期，铜离子去除较为显著。

（3）人工湿地系统的酸碱性对铜离子去除有影响。

（4）随着处理时间的延长，可以有效地去除铜离子，达到国家污水排放标准。

（5）人工湿地作为一个集环保、绿色和可循环等优点的污水净化系统，可以有效地达到区域性水净化的目的。

参考文献：

[1]

刘和连，许 方，黄海平.EDTA络合滴定法测定黄铜中铜和锌[J]. 冶金分析，2015， 35（5）：70～73.

[2]CHENG S P， GROSSE W， KARRENBROCK F. Efficiency of constructed wetlands in decontamination of water polluted by heavy metals[J]. Ecological Engineering， 2002， 18（3）：317～325.

[3]Zhu T， JENSSEN P D， MAHLUM T， et al. Phosphorus sorption and chemical characteristics of lightweight aggregates （LWA）-potential filter media in treatment wetlands [J]. Water Science and Technology， 1997， 35（5）：103～108.

[4]孙和和，刘 鹏，蔡妙珍，等.垂直流-水平潜流复合人工湿地深度处理电镀废水的效果[J].生态环境 2008， 17（1）：64～69.

[5]符 东，王成端，廖 又，等.人工湿地净化污水机理的研究现状分析[J].绿色科技，2014（5）：187～190.