探讨河道重金属污染水体修复系统及方法

张秋明

1 前言

随着我们国家的电镀行业、冶金行业、印刷行业和化工行业等工业经济的飞速发展，很多行业都开始使用重金属，含有重金属的废弃物也在不断地增多，很多人都知道重金属是河道的主要污染物，很多企业将排放到附近的河流中，导致河道里面积累了大量的污染物，特别是释放重金属，对人类的健康影响非常大。所以，有效地除掉或者修复重金属污染水体是现在最重要的工作，很多专家学者都在不断地研究开发新技术来修复重金属污染的水体技术。生物修复河道重金属污染水体主要利用植物以及相关的微生物之间的相互作用去除河道被污染的水体中的重金属。生物修复河道重金属主要是利用植物的根以及植物的茎叶等等每个部位对重金属进行不断地吸收，植物的每一个部位对重金属吸收和积累机制是不一样的，种植时间越长，在植物中积累的重金属就越多，对河道内重金属污染水体修复的效率就会大大降低。

2 技术背景

重金属是河道水体里重要的污染物之一，随着我们国家的经济及其工业的飞速发展，我们国家的农业、工业以及城市生活排出来的污染物逐年增加，排放出来了的重金属也在不断地增长，导致了河道里面的重金属不断地增多，严重地影响了河水中的生态系统。由于，很多重金属不能被生物分解，导致不断地积累，如镉元素、铅元素和汞元素均不能被生物分解，在食物链中不断地积累。最后，会传递到人类，严重地影响了人类的健康。在河流里很多重金属也会与悬浮颗粒相互吸附，不断地发生沉淀，形成河流中的沉淀物。如果河流中的水体环境发生了变化，这些重金属沉淀物经过一系列的反应，会重新回到河流中，造成了二次污染，严重地污染了生态环境，对人类的健康有很大的影响。对河流流域水生态系统构成严重威胁。与此同时，沉积物中重金属含量反映河流受污染程度，研究河流沉积物重金属污染，对开展生态风险评价具有重要意义[1]。

河流主要处在平原，工业发展比较高，这样大大增加了生活污水以及工业废水的排放量。如今，河水天然径流量不断地减少，很多河流都呈现出非常规水源补给特征。河流径流补给方式发生了变化，这样大大增加了河流的重金属污染问题[2]。

3 河道重金属污染水体修复方法

本文主要目的在于克服现有技术存在的不足之处，提供一种河道重金属污染水体修复系统及方法。本文主要对河道重金属污染水体修复系统进行分析，包括依次连通的污水储罐、pH调节池、沉淀池、生化处理池、微滤膜装置、纳滤膜装置、反渗透系统和蒸发浓缩结晶装置；还提供了重金属污染水治理方法，包括以下步骤：第一步，废水进入pH调节池，使一部分重金属以氢氧化物的形式沉淀；第二步，pH调节池的出水进入沉淀池3后，再进入生化处理池进行重金属去除，生化处理池中添加有占废水体积比3%生化处理剂；第三步，对步骤二产生的废水进行微滤过滤；第四步，对步骤三处理后的废水进行纳滤过滤；第五步，对步骤四纳滤滤处理后的生产废水进行反渗透处理，得到回用水和浓盐水；第六步，蒸发结晶处理：对步骤五得到的浓盐水进行蒸发结晶处理，得到结晶体。重金属污染水治理方法主要步骤，如图1所示。

图1 重金属污染水治理方法主要步骤

主要阐述了一种生态防护坡，包括基体、土坡、第一混凝土层、植物护坡混凝土层、固定件、植被，所述基体包括其底部的碎石层、侧面竖直的挡土墙，土坡设置在碎石层、挡土墙之间，形成一斜坡，土坡的上方覆盖第一混凝土层，第一混凝土层上方覆盖有植物护坡混凝土层，植物护坡混凝土层包括有孔隙混凝土和植被营养土组成，所述固定件将土坡、第一混凝土层、植物护坡混凝土层连接固定，所述植被种植于植物混凝土层上，本文的生态防护坡能使河道土坡或山体稳定，不至于因雨水冲刷而滑坡[3]。生态防护坡，如图2所示。

图2 生态防护坡

4 植物对河道污染沉积物中重金属的修复作用

4.1 酶活性的变化

酶在土壤中起着非常关键作用，所有的生物反应都需要酶的参与，酶主要来源自于动植物以及微生物的分泌物[4]。酶活性主要指酶催化相关生态系统反应的能力，从土壤物质代谢就可以推断酶的活性。土壤酶活性非常重要，从土壤酶活性可以分析出来土壤环境质量以及土壤生产力。对酶的活性进行分析可以判断出来河道里面的重金属对河水以及土壤的污染程度，从分析的结果可以选择恰当的修复方法。酶活性动态变化如图3所示。

图3 酶活性动态变化

通过由图3可以知道，多酚氧化酶活性随着时间的增加，酶的活性越强，土壤在种植黑麦草以前，在土壤的沉积物当中多酚氧化酶活性非常低。因为一些有机物相互进行转化，激活了酶的活性，使其可以快速进行反应，20d以后过氧化氢酶的活性不断增加，在30～40d之间增加的坡度变缓，在60d酶的活性达到了最大值，大约为0.10mg/g。对于多酚氧化酶来讲，其主要作用是将土壤当中的多元酚氧化为醌，这样可以加快土壤的腐殖化进程，在种植黑麦草以前过氧化氢酶的活性为4.85mL/g，在20d内基本上保持不变，超过20d多酚氧化酶活性开始不断地上升，上升幅度基本不变，在60d达到了最大值，大约为9.78mL/g。过氧化氢酶活性主要和土壤当中的有机质含量以及微生物数量有直接关系，过氧化氢酶不但可以分解代谢产生的对生物体有毒害作用的过氧化氢，还可以参与生物呼吸代谢。

4.2 根际微生物的变化

对于植物根际来讲，主要是根系影响下的一种特殊生态环境，对植物根际微生物的种类以及数量有直接关系，并且还相互进行影响，可以为很多微生物提供一些所需要的营养物质，根际微生物数量大于非根际微生物的数量。对于黑麦草而言，其根际的细菌为1.5×106个/g，而非根际的细菌数量为1.5×108个/g，然而，与种植前相比较而言均高出2个数量级。种植以后，根际真菌为5.4×105个/g，而根际低微生物为5.4×107个/g，在种植以前为5.4×103个/g。

根系分泌物主要是由一些有机酸，而且这些有机酸能降低根际沉积物的pH值，可以降低重金属含量，主要是利用碳酸盐态的重金属通过一系列的生物反应，可以使得河道里重金属转移到植物体内，并且在植物体内不断地积累。半个月以后，植物的根际微生物主要是由很多生物组成，如藻类、真菌以及相关的细菌。植物中根系微生物使河道内重金属转移到植物体内，并不断地积累，主要体现了生物的有效性，耐性比较高，可以使重金属在植物体内不断地进行转移。

5 结束语

目前，国内外水体重金属修复技术都处在起步阶段。对河流水体重金属污染修复技术主要有以下几种方法，生物膜修复法、电动力学修复法、生物修复法、离子还原交换法、化学混凝吸附法以及有河流稀释法等等。如今这些修复河水重金属污染技术有很多弱点，如严重的时候会造成河道二次污染、修复周期比较长、修复量非常小、修复率非常低、修复费用比较高等等。所以，急需一种安全的河道重金属污染水体修复系统来解决重金属污染问题。