专利名称：一种铬污染水体的生物修复方法
技术领域：
本发明涉及一种铬污染水体的修复方法，具体说是利用特殊的铬富集植物
才才津牛——李氏禾(Zee,s/<3力e;ra/^ra Swartz)》爹复4各污染7K体的方法。
背景技术：
铬是人和动物新陈代谢过程中必需的微量元素，但是超量的铬对人和动物 具有明显的致癌、致畸作用(Shrivastava et al.，《Microbioogy》，2002年 第34巻l-7页)。饮用被含铬工业废水污染的水，可致腹泻、皮炎、胃部不适、 肝脏损伤等中毒症状(Gardea-Torresdey et al.，《Arch ives of Enviromental Contamination and Toxicology》，2005年第48巻225—232页)。同时，铬也是 水体中一种普遍的污染物。水体中铬污染主要是三价铬和六价铬，来源于含铬 矿石冶炼、电镀、制革及化工等多种行业。目前，世界上很多国家均将铬列为 重点防治对象(Zayed and Terry,《Plant and Soi 1》，2003年第249巻139-156 页)。我国冶金和化学工业中每年大约排出20 - 30万吨含铬废渣(张瑞华和孙 红文，《农业环境科学学报》2004年第23巻第6期1192-1195页)。铬渣中的有害 成分主要是可溶性铬酸钠、酸溶性铬酸钙等六价铬离子。由于这些六价铬以及 它的流失扩散而构成对生态环境的污染危害。其次是铬渣的强碱性危害。当铬 渣在露天堆存时，经长期雨水沖淋后大量的六价铬离子随雨水溶渗、流失、渗 入地表，从而污染地下水，也污染了江河、湖泊，进而危害农田、水产和人体 健康，且不容易降解。因此，铬污染水体的修复是亟待解决的环境问题。
现有的铬污染水体的治理方法主要有稀释法、换水法、混凝沉淀法离子、 还原法、交换法和电修复法。这些方法具有很大的局限性，特别是在治理费用 和二次污染等方面存在较多不足。植物修复技术(phytoremediation)是一种
利用植物富集作用治理污染的一种新方法，由于其廉价、高效且环境友好等优 点，日益受到人们的重视。李氏禾是发明者在中国境内首次发现的铬超富集植 物(张学洪等，《生态学报》，2006年第26巻第3期264-267页)。与普通植物相 比较，李氏禾对铬污染有极强的耐受和富集能力，在水培条件下其叶片中的铬 含量可高达5608mg/kg (Zhang et al.，《Chemosphere》，2007年第27巻1138-1143 页)。并且该植物在湿生和中生环境中都能生长，其繁殖能力很强，生长非常迅 速， 一年可多次收割。因此，其在铬污染水体的植物修复方面表现出极大的应 用潜力。
发明内容
本发明的目的是提供一种廉价、高效的利用特殊的铬富集植物材料一一李 氏禾(Zee"/a力e;ra/^ra Swartz)建立一个表面流人工湿地装置修复铬污染水
体的方法。为实现上述目的，本发明的技术解决方案是将铬富集植物李氏禾种植在装 置的填料上，利用填料的截留和植物的吸收去除水体中的铬。并通过定期留吝 收割植物，保持装置的铬修复效率。
李氏禾是一种4各超富集植物(hyperaccumulator ),多年生湿生草本，多生 于沼泽地，溪旁和稻田的田基上，在pH5 - 8的土Jt裏和我国的大部分地区都可正 常生长，适应性广，生物量大，生长迅速，根系较发达。在水培条件下，当营 养液中铬浓度为60mg/L时，仍能正常生长，根、茎、叶中铬含量分别可达到13054， 2976, 5005rag/kg。由此可见，李氏禾对铬有极强的耐受和富集能力，适合于铬 污染的水体修复。
本发明是这样实现的建立一个表面流人工湿地装置，主要由进水区，填 料区和出水区組成。进水区设进水口，填料区中填满填料，填料上种植李氏禾；
出水区设出水口。为保证进、出水均匀，进、出水均采用三角堰溢流方式。 具体步骤如下
A. 将地上部分高度10-15cm的李氏禾种植在处理装置的填料上，间 距5-10cm;填料为沸石和红壤_按1: l混合(体积比)而成。
B. 舍铬废水从装置进水区流入，经过填料区流出；
C. 当李氏禾长至25-30cm,留在5cm左右进行收割，将收割的李氏禾 水上部分收集起来，进行填埋或焚烧处理；
D. 留茬的李氏禾可继续生长，待长至25-30cm后，再进行步骤C的操作， 循环至一个生长周期。
在李氏禾在填料上生长时，根据营养状况，施用氮磷钾养分，以促进其生长。
本发明对不同形态的铬均有很好的去除效果，具有成本低、操作简单、能 耗低、容易维护、铬去除率高、不产生二次污染等优点，可用于电镀、冶炼、 皮革加工等铬污染废水的修复和污染治理，修复后的水质能够达到国家相关水
质标准的要求。
图1为本发明的俯视图。
图2为本发明A-A面的剖面图。
图3为本发明对Cr ( III )污染水体的处理效果。
图4为本发明对Cr ( VI )污染水体的处理效果。
图5为本发明对Cr ( III )和Cr ( VI )复合污染水体的处理效果。
图1、 2中标记l-进水口； 2-进水区；3-三角堰；4-填料区；5-三角堰； 6-出水区；7-出水口； 8-李氏禾。
具体实施例方式
实施例
如图1和图2所示，建立一个表面流人工湿地装置，主要由进水区(2),填料区(4)和出水区(6)组成。三个区的长度比例为1: 8: 1;进水区(2) 设进水口 (1);填料区(4)中填满填料，填料上种植李氏禾(8);出水区(6) 设出水口 ( 7 )。整个装置由厚度为0. 5cm塑料板制成，坡度为1%,高度约30cm。， 为保证进、出水均匀，进、出水均采用三角堰(3) (5)溢流方式。填料为沸石 和红壤按l: l混合(体积比)而成。填料层厚度为25cm。整个装置，长宽比为 2: 1。
铬污染水体从进水口 (l)进入进水区(2),在此调节流量后，通过三角堰 (3:)緩緩溢流入填料区(4)。污染水体中的铬在填料区被填料吸附和植物吸收 浓度大大降低。经过填料区处理后，清洁的水从三角堰(5 )溢出进入出水区(6 )， 并通过出水口 (7)排出。填料选用沸石和红壤按体积比1: 1混合而成，该填 料对铬具有较强的吸附能力，并可将水体中的大部分六价铬还原成危害较低的 三价铬。填料中空隙度较好适合李氏禾(8)根的生长。由于李氏禾(8)对铬 有很强的富集能力，可将大量的铬从填料和水体中吸收并转移到地上可收获部 分。当收割李氏禾后，就能将填料和水体中的铬移走。留茬的李氏禾可继续生 长，并进行下一次收割。如此循环往复，可使填料始终保持非饱和状态。装置 长期运行不需要更换填料。
将不同浓度(10、 20、 40、 60、 80和150mg/L)的待处理的Cr (III)污染水 体通过进水口 (l)进入装置，4小时后，从出水口 (7)收集处理后的水样用原 子吸收分光光度法(GB/T7475-1987 )测定其中的铬浓度。从图3可知，出水中 的铬经过植物和填料处理后，浓度分别下降为O. 01、 0.05、 0.04、 0.04、 0.05 和O. lmg/L，去除率大于99. 7%，并且都达到我国《城镇污水处理厂污染物排放 标准》(GB18918-2002 )中对铬的浓度要求(0. lmg/L )。
人工配置不同浓度六价4各(以1(2(:]:207形式加入)溶液，铬的浓度水平分别 为5、 10、 15、 20、 40和60mg/L。主要才喿作过程基本同上。经过4小时的处理 后，水体中的Cr (VI)用二苯碳酰二肼分光光度法(GB/T7467-1987)未能检出 (<0. 004mg/L),表明水质符合《地表水质量环境标准》(GB3838-2002 ) —类标 准对六价铬的要求(0. 01mg/L)。用原子吸收分光光度法测得的总铬浓度见图4。 从图4可以看出，水中的铬经过处理后浓度大大下降，均低于我国《城镇污水 处理厂污染物排放标准》(GB18 918-2 002 )限定的含铬浓度。
设置添加Cr (III) (CrCl3)和Cr ( VI) (K2Cr207 )两种形态的铬污染，使Cr (III): Cr(VI) =1: 1，污染水体中的总铬浓度分别为10、 20、 30、 40、 50 和60mg/L。主要操作过程基本同上，处理效果见图5。经过处理后，水体中Cr (VI)的浓度低于二笨碳酰二肼分光光度法(GB/T7467-1987)的检出限。水体 中的总铬浓度下降为0.02、 0.04、 0.06、 0.08、 0. 06和Q. Q6mg/L，去除率分别 达到99.8%、 99.8%、 99.8%、 99,8%、 99. 9%和99. 9%，所有出水均符合我 国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002 )限定的含铬浓度标准。
权利要求
1、一种铬污染水体的生物修复方法，其特征在于建立一个表面流人工湿地装置，主要由进水区(2)，填料区(4)和出水区(6)组成；进水区(2)设进水口(1)，填料区(4)中填满填料，填料上种植李氏禾(8)，出水区(6)设出水口(7)；进、出水均采用三角堰(3)(5)溢流方式；具体步骤如下A.将地上部分高度10-15cm的李氏禾(8)种植在处理装置填料区(4)的填料上，间距5-10cm；填料为沸石和红壤按体积比1∶1混合而成；B.含铬废水从装置进水区(2)流入，经过填料区(4)流出；C.当李氏禾(8)长至25-30cm，留茬5cm左右进行收割，将收割的李氏禾(8)水上部分收集起来，进行填埋或焚烧处理；D.留茬的李氏禾(8)可继续生长，待长至25-30cm后，再进行步骤C的操作，循环至一个生长周期。
全文摘要
本发明公开了一种铬污染水体的生物修复方法。建立一个表面流人工湿地装置，使铬富集植物李氏禾(Leersia hexandra Swartz)直接生长在选择好的填料上，通过填料和植物的作用去除水体中的铬。并通过定期收割李氏禾地上部分有效地将填料中吸附的铬带走，使填料保持较高的处理效果。本发明对不同形态的铬均有很好的去除效果，具有成本低、操作简单、能耗低、容易维护、铬去除率高、不产生二次污染等优点，可用于电镀、冶炼、皮革加工等铬污染废水的修复和污染治理，修复后的水质能够达到国家相关水质标准的要求。
文档编号C02F101/22GK101293710SQ200810073629
公开日2008年10月29日 申请日期2008年6月17日 优先权日2008年6月17日
发明者杰 刘, 张学洪, 朱义年 申请人:桂林工学院