武汉三角湖复合垂直流人工湿地对重金属元素的去除研究_胡胜华

生态环境学报2010,19(10):2468-2473http://www.jeesci.comEcologyandEnvironmentalSciencesE-mail:editor@jeesci.com基金项目：国家自然科学基金项目(50808172；20877093；30870221)；国家十一五水专项目(2009ZX07106-002-004)作者简介：胡胜华（1978年生），男，博士，主要研究方向为湖泊生态系统环境分析及藻类生态学。*责任作者：吴振斌。E-mail：wuzb@ihb.ac.cn收稿日期：2010-10-13武汉三角湖复合垂直流人工湿地对重金属元素的去除研究胡胜华1，张婷1,2，周巧红1，贺锋1，梁威1，吴振斌1*1.中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室，湖北武汉430072；2.中国科学院研究生院，北京10049摘要：对武汉三角湖复合垂直流人工湿地进出水口中10种重金属元素(As、Ba、Cd、Cr、Cu、Li、Mn、Ni、Pb、Zn)去除进行了周年监测(2007年2月—12月)。人工湿地进水口重金属含量较低，无超标重金属元素。三角湖人工湿地进水口重金属元素含量排序为：Ba＞Mn＞Zn＞Li＞Cu＞As＞Pb＞Cr＞Ni＞Cd。三角湖人工湿地出水口对重金属去除效果排序为：Cd＞As＞Mn＞Pb＞Zn＞Cr＞Cu＞Ba＞Li＞Ni。研究表明复合垂直流人工湿地可以有效的去除重金属，对受污染水体水质改善和水生态系统恢复具有重要意义。关键词：复合垂直流人工湿地；重金属；去除；周年监测中图分类号：X144文献标识码：A文章编号：1674-5906（2010）10-2468-06人工湿地(CW)污水处理系统是一种包含土壤、植被、微生物的生态工程系统，它利用自然的净化能力来处理污水，具有投资少、能耗低、管理简便、过程稳定、处理效果好、无二次污染等优点[1-2]。CW污水处理系统于20世纪70年代首先出现在德国，继而迅速推广到世界各地。我国在“七五”期间开始人工湿地的研究，并且在北京昌平、深圳白泥坑等地建设了一批人工湿地工程。复合垂直流人工湿地(IVCW)是在“九五”期间，中国科学院水生生物研究所与德国科隆大学、奥地利维也纳农业大学共同承担的欧盟国际合作开发项目。IVCW对各态氮(有机氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮)与磷普遍具有良好的去除效果，其对氮、磷的去除机制包括基质的吸附、过滤、沉淀以及氮的挥发、植物的吸收和湿地中微生物硝化与反硝化作用的去除[2-8]。但关于IVCW对重金属去除的研究报道很少。重金属不仅污染水体，阻碍水生生物生长，而且还通过食物链途径危害人体健康。近年来，国内对水体及沉积物、水生物体内重金属含量开展了相关研究[9-12]。但是，关于人工湿地对重金属去除的研究较少[13-15]。三角湖为武汉市一小型浅水湖泊，面积为2.77km2，容积为360×104m3，平均水深为1.3m。三角湖功能区划为一般鱼类保护区，区域规划水质为地表水Ⅲ类水质，由于周边的农业面源污染，及江汉大学校园生活污水直接排入湖中，湖泊的水质已有恶化的趋势。2004年8月，针对三角湖区域水环境恶化、湖岸带水生植物群落布局零散及景观效果不佳等现状，构建了复合垂直流人工湿地工程。本文研究时间跨度为2007年2—12月，期间对三角湖人工湿地进出水口进行了监测，重点针对国内外研究中普遍认为对生态环境有重要影响的砷(As)、钡(Ba)、镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、锂(Li)、锰(Mn)、镍(Ni)、铅(Pb)、锌(Zn)，探讨复合垂直流人工湿地对重金属的去除效果。1研究地概况与研究方法1.1研究地概况三角湖人工湿地位于江汉大学校园内行政楼东北方向的湖滨空地。该地段属三角湖西南湖汊，湖滨有水塘，沿岸水域内分布有荷花、芦苇、香蒲等。工程选址区域水体透明度不高，氮、磷浓度较高[16]。1.2工艺选择针对三角湖的具体情况，由于具有占地面积大，运行和基建费用高，景观效益低及对周边环境负效应严重等缺点，常规二级污水处理工艺，如活性污泥法、氧化沟、氧化塘，均不纳入该项目技术选择范围。综合考虑人工湿地(表面流湿地、潜流湿地、复合垂直流湿地)的净化功能、污染负荷、占地面积、建设费用等因素后，该工程选取复合垂直流人工湿地工艺[16]。该处理系统是将污水投配到一定级配的砂、石等介质中，使之经常处于淹没状态，同时在介质中种植水生植物，污水经过耐水植物、介质、微生物的综合作用得以净化(图1)。该系统对细菌、总大肠菌群、粪大肠菌与藻类的平均去除率分别达99.4%、85.9%、97.7%[16]；对酞酸酯的平均去除率DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2010.10.017胡胜华等：武汉三角湖复合垂直流人工湿地对重金属元素的去