專利名稱：一種應用復合濕地植被從水體去除重金屬的方法
技術領域：
本發明涉及廢水生態處理、礦產資源開發領域，具體地說是一種應用優化復合濕地植被從水體去除重金屬并回收的方法。
背景技術：
早在20世紀初，英國和美國就有利用香蒲沼澤處理污水的先例，到了 20世紀70 年代人工濕地污水處理系統由于具有工程簡易、管理方便、運行費用低、處理效果好的優點而在世界各地被廣泛用于生活污水乃至工業廢水處理。濕地系統凈水是物理、化學與生物機制綜合作用的結果，取決于植被、基質、水深及微生物群落。一般濕地維管束植物能夠通過分化水流、減緩流速來固定基質、沉淀懸浮物，能夠在莖干和根系上為微小生物，包括藻類(Algae),細菌(Bacteria),真菌(Fungi)和原生生物(Protists)的繁殖(Microbiota colonization)提供附著場所，能夠吸收碳、養分(N、P)和微量元素進入組織并從根部、腐爛凋落物釋放有機碳源以便為微生物代謝提供能量，能夠在大氣和沉積層之間交換氣體并在缺氧基質層創造富氧的微環境(Oxygenated microsites),還能夠增加濕地系統的景觀美學價值。因而，濕地植被建設是濕地生態恢復的基礎，植物種類選擇直接影響凈化效果， 復合植被直接關系到運行效果和綜合效益。人工濕地常常選用根系發達的多年生大型植物(Macrophyte)，根系常年具有活性，不僅可以強化有機物降解，而且不必每年栽種清理，更易適應礫石基質生境；地上部分可以連年生長，具有巨大的生物量和強大的蒸騰作用，更有利于污染物凈化。然而，盡管全球已發現高等濕地植物6700余種，但試用有效的種類不過數十種，人工濕地系統往往只建設大面積的單一植被濕地(諸如蘆葦、香蒲、水蔥等)，這種單一植被模式既不利于提升濕地的景觀美學價值、強化凈水效率，也不利于提高濕地的生物多樣性、防治病蟲害。因此， USEPA (2000)認為，人工處理濕地應該設計成為眾多鄉土植物的棲居地，并且可以適當地擴大植物種類(Maximize vegetative species)。同時,維持水生大型植物多樣性、保持或恢復自然的擾動體系(disturbance regime)以阻止弱勢競爭種類(Less competitive species)的消亡，可以強化濕地生態系統的功能和相關服務。我國經度范圍廣，緯度跨度大，四季溫差較大，地域干濕明顯，因而人工濕地植被建設面臨著更多的挑戰。首先，需要優選能夠適宜各種緯度、海拔、干濕氣候條件的濕地植物種類，以去除效率為首要指標，兼顧景觀美好以提升環境美學價值，優先選擇鄉土種類以避免潛在的生物入侵風險。進而，宜根據各種優選植物的特異性去除能力，進行互補搭配形成復合濕地植被，以便利用有限的土地面積對污染物實現高效凈化，兼顧生物多樣性與科普教育功能，這樣就可能突破濕地占地面積大的缺陷，在人口高度集中、對污水處理需求最為迫切的城鎮推廣濕地凈化系統。還有，人工濕地植被系統的穩定周期長，濕地植物個體間可能通過對生態因子(如光、熱、水、氣、肥)的競爭，通過根系分泌物、枯落物釋放的化感物質來影響整個植被群落的穩定性，往往需要運行多年才能達到成熟階段。因此，優選適宜高緯地域條件的濕地植物種類并研究其成熟穩定的復合混植模式，可以有效地促進人工濕地污水處理技術的發展與應用。上佳的美學特性和高效的凈化能力使得復合植被濕地明顯優于單一植被濕地，人工濕地污水處理技術已經從傳統的單一水質凈化轉向多目標應用，關注的焦點也從污染物去除轉變為通過濕地植被建設來提高生物多樣性、提升景觀娛樂性和強化科學研究并重。 優選適宜的植物來建設多種類混植的濕地復合植被，不僅可望直接提高人工濕地的凈水效率，彌補濕地占地面積大的缺陷，而且可以兼顧到濕地生物多樣性和景觀美學價值。當前優選濕地植物種類的研究正在興起，用人工濕地來代替自然濕地的研究已經開始盛行，可是由不同種類與數量構成的復合植被的凈化效率卻存在較大差異，因而需要從數量上對人工濕地復合植被的多種類混植模式進行優化研究。

發明內容
針對各類型、低濃度的水體銅、鋅、鉛、鎳、錳、鎘、鉻、汞、鋁、金、銀污染，以對各種類重金屬的特異性去除能力為首要指標，兼顧景觀美觀、容易栽培、生命力強等特性，本發明提供一種應用優化復合濕地植被從水體去除重金屬的方法，能夠適宜各種緯度、海拔、干濕氣候條件，并且對上述重金屬具有長期耐受性，并能通過復合濕地中的植被回收重金屬。一種應用復合濕地植被從水體去除重金屬的方法，其特征在于在水體上建立濕地系統，所述濕地系統中的復合濕地植物為蘆葦、香蒲、柳樹，水力停留時間為5-10天，所述蘆葦10 100株/m2、香蒲10 150株/m2、柳樹20 100株/m2。優選20 100株/m2、香蒲20 100株/m2、柳樹50 100株/m2。所述蘆葦、香蒲、柳樹均勻混植，形成均勻的復合植被。所述方法還包括回收步驟，所述回收為將復合濕地植物的地上部分收割，焚燒，殘余灰分溶水后進行電解，在電極上收集重金屬。有研究表明，濕地植物對水體銅、鋅、鎳、鉛、鉻、鎘等重金屬污染物有吸收積累的作用。作為全球兩種應用最為廣泛的濕地植物，蘆葦對銅、錳的去除效應突出(污染負荷適宜時> 90% )，但對重金屬的抗性相對較差；香蒲對重金屬的耐性較強，而且對鎘、錳的去除效應突出(污染負荷適宜時>90%)，對銅、鋅、鎳的去除也具有相對優勢。據陽承勝于 1998年對韶關凡口鉛鋅礦廢水香蒲植物凈化塘系統最新研究發現，該廢水凈化系統對鉛、 鋅、銅、鎘的去除率分別為94. 02%,97. 35%,96. 79%,96. 28%。而且該系統隨著香蒲植物群落的發展，凈化效益在提高。但是這些草本濕地植物往往存在生存年限短，生物量少、經濟價值低等缺陷，而且重金屬往往只是富集于地下的根部中，向地上部運輸較少，因此通過收獲地上部生物質來移除重金屬污染物非常受限。木本濕地植物柳樹不僅樹形高大美觀， 而且對錳、鎳、銅、鋅、鎘、鉛等常見重金屬的耐受力很強，對銅的去除能力突出(污染負荷適宜時> 90% )。憑借地上部生物量高的優勢，柳樹憑借收獲地上生物質可以有效地移除重金屬，而且將重金屬富集在木材中，消除其進入食物鏈、在有機體內富集并最終給人類帶來健康威脅的風險。本發明根據優選的上述濕地植物的特異性去除能力進行互補搭配，開展配方實驗和建模求解，找出各種植物(均勻混植時的)株密度與水體復合重金屬(銅、鋅、鉛、鎳、錳、 鎘、鉻、汞、鋁、金、銀中的2種或以上)去除量之間的量化模型，開發出針對水體復合重金屬污染實現最大量去除的最優配方，由于所優選的三種濕地植物在相互作用過程中，其生命力強、耐受性好、競爭力高，形成的復合植被可以長期穩定，因此在重金屬載荷能力范圍內， 可以長期保持較高的去除效率。應用優化配方的復合植被濕地，不僅出水重金屬含量明顯降低(在水力停留時間約一周、重金屬載荷正常的條件下，純植被的去除效應達到約50% 或以上)，而且復合濕地植被的生物質中重金屬含量可望達到約O. 05% O. I %或以上，復合濕地植被生長茂盛，每年秋季生長季末、或者夏秋生長季節中，可以一次或多次刈割，通過收獲地上部生物質可以高效移除重金屬污染。本發明具有如下優點I.適用地域廣,針對性強。優選的濕地植物生命力強、適應性好、競爭力高,而且對各種重金屬的特異性去除能力可以互補，因此根據3種濕地植物株密度與重金屬去除量之間的數學模型，可以開發出針對不同類型、不同濃度水體重金屬去除的各種最優化配方，以便實現對單一或復合水體重金屬污染的最大化去除。2.應用簡便，凈水效果好。優選的濕地植物適應地域廣，栽培容易，生長迅速，可以以植物浮島、人工濕地等形式在全國范圍內應用；對中、低濃度的重金屬廢水，經過優化復合植被處理一段時間以后(水力停留時間約3 7天)，水體重金屬的去除率可以達到 50%或以上(此數據為濕地植被處理效果，考慮到濕地基質的過濾效應，去除效果將明顯提高)；出水重金屬污染物濃度大幅降低，在重金屬載荷較低的條件下，可望達標“城市污水再生利用景觀環境用水水質(GB/T 18921-2002)”。3.回收工藝簡單，經濟可行性高。富集重金屬的濕地復合植被在生長季可以一次或多次收割，收獲的地上部生物質可以用作水體重金屬吸附材料(植被生長季富集其內的重金屬，加上吸附其上的重金屬，總金屬含量將遠超傳統礦石的最低工業品位)；進而集中焚燒，可以供暖或發電；殘留的灰分進行溶水、電解，即可回收重金屬資源。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明作進一步詳細說明。實施例I按照優化配方，建設水培濕地系統，復合濕地植被搭配如下蘆葦100株/m2、香蒲 20株/m2、柳樹80株/m2，均勻混植。水培濕地采用純水培方式，進水設計如下表I所示。表I復合濕地植被進水設計(參照污水綜合排放標準GB 8978-1996三級標準)
權利要求
1.一種應用復合濕地植被從水體去除重金屬的方法，其特征在于在水體上建立濕地系統，所述濕地系統中的復合濕地植物為蘆葦、香蒲、柳樹，水力停留時間為5-10天，所述蘆葦10 100株/m2、香蒲10 150株/m2、柳樹20 100株/m2。
2.根據權利要求I所述的應用復合濕地植被從水體去除重金屬的方法，其中水力停留時間為3-7天，所述蘆葦20 100株/m2、香蒲20 100株/m2、柳樹50 100株/m2。
3.根據權利要求I所述的應用復合濕地植被從水體去除重金屬的方法，所述蘆葦、香蒲、柳樹均勻混植，形成均勻的復合植被。
4.根據權利要求I所述的應用復合濕地植被從水體去除重金屬的方法，所述方法還包括回收步驟，所述回收為將復合濕地植物的地上部分收割，焚燒，殘余灰分溶水后進行電解，在電極上收集重金屬。
全文摘要
本發明涉及“一種應用復合濕地植被從水體去除重金屬的方法”，其特征在于在水體上建立濕地系統，所述濕地系統中的復合濕地植物為蘆葦、香蒲、柳樹，水力停留時間為5-10天，所述蘆葦10～100株/m2、香蒲10～150株/m2、柳樹20～100株/m2。通過三種濕地植物的植物株密度，使其去除能力進行互補搭配，且相互促進，同時三種濕地植物相互作用上，其生命力強、耐受性好、競爭力高，形成的復合植被可以長期穩定，因此在重金屬載荷能力范圍內，可以長期保持較高的去除效率。應用優化配方的復合植被濕地，不僅出水重金屬含量明顯降低，而且復合濕地植被的生物質中重金屬含量可望達到約0.5～1％或以上，因而具有“礦源”價值。
文檔編號C25C1/00GK102583755SQ20121001786
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者靖德兵 申請人:靖德兵