（生态学专业论文）人工湿地处理电镀废水的净化效果与应用研究.pdf

浙江师范大学硕士学位论文 人工湿地处理电镀废水的净化效果与应用研究 摘要 在我国电镀行业中，大多数的电镀废水基本上都是通过化学法来处理， 化学法具有见效快、技术成熟的优势，但存在着费用高、效果不稳定的缺 点，所以必须寻求一种既投资少又操作简单的方法作为后续处理，使废水 能够稳定达标排放。采用人工湿地进行污水净化的研究与应用始于2 0 世纪 7 0 年代末期，人工湿地具有低投资、低能耗、低成本、运行维护要求低、 出水水质好等优点，是正在不断得到研究应用和发展的污水处理实用新技 术。这项技术适合我国国情，具有及其广阔的应用前景，但该项技术在我 国尚处于研究起步阶段，尤其是应用于电镀废水中重金属污染物的处理的 研究很少。本论文以电镀废水经化学沉淀法处理后的出水为研究对象，采 用潜流人工湿地小试系统和垂直流水平潜流复合人工湿地中试系统作为处 理工艺，主要从潜流人工湿地处理电镀废水的效果及去除途径、潜流人工 湿地处理电镀废水的影响因子、潜流人工湿地不同区域对电镀废水的去除 特性、潜流人工湿地处理电镀废水动力学模型与复合人工湿地中试系统深 度处理电镀废水的效果等五个方面对电镀废水的处理效果进行了一系列综 合试验研究。现将主要研究成果总结如下： 1 、通过潜流人工湿地小试系统，对人工湿地处理电镀废水的去除效果 和去除途径进行研究。结果表明，潜流人工湿地对电镀废水的去除效果是 显著的，c r 6 + 、z n 2 + 、m n 2 + 、c u 2 + 的去除率达到6 5 - - 一8 0 左右，其中c u 2 + 的去除率最高。比较三个潜流人工湿地的去除效率，有植物系统 无植物 系统 灭菌系统，在试验初期三个系统对c r 6 + 、z n 2 + 、m n 2 + 、c u 2 + 均具有很 浙江师范大学硕士学位论文 高的去除效率，可见人工湿地对重金属的去除机理主要是因为基质吸附、 植物吸收及重金属本身沉降等综合作用的结果，且基质吸附作用的贡献率 最大。 2 、对人工湿地主要影响因素进行了考察，发现水力负荷、进水浓度、 回流对潜流人工湿地处理电镀废水有一定的影响。随着水力负荷的降低， c r 6 + 、z n 2 + 、m n 2 + 、c u 2 + 的去除率呈现先升高后下降的趋势，在0 2 7m 3 ( m 2 h ) 时去除率达到最大，因此，本试验的水力负荷控制在o 2 7m 3 ( m 2 h ) 较为合 适。电镀废水的进水浓度越低，潜流人工湿地对c r 6 + 、z n 2 + 、m n 2 + 、c u 2 + 的处理能力越强，但相对于进水浓度的剧烈变化，c r 6 + 、z n 2 + 、m n 2 + 、c u 2 + 的去除率的变化不大。通过回流措施能够有效提高潜流人工湿地对电镀废 水的去除效率。 3 、通过潜流人工湿地沿程和不同深度区域对电镀废水c ，、z n 2 + 、m n 2 + 、 c u 2 + 的去除规律的分析探讨，研究了潜流人工湿地不同区域对电镀废水的去 除特性。结果表明，随着废水的沿程流动，c r 6 + 、z n 2 + 、m n ”、c u 2 + 在距进 水口3 5 c m 处的去除速率最大，随后去除速率减慢，在距进水口5 5 c m 处去 除率略微升高，最后在湿地床尾部趋于稳定，可见潜流人工湿地对c r 6 + 、 z n 2 + 、m n 2 + 、c u 2 + 的去除主要是在距进水口3 5 c m - - 一4 5 c m 处。随着废水在湿 地床内的的垂直流动，c r 6 + 、z n 2 + 、m n 2 + 、c u 2 + 在距床底3 0 c m 处的去除率 达到最大，且距床底1 0 c m 处的去除率要大于距床底为4 5 c m 处，可见，潜 流人工湿地对c r 6 + 、z n 2 + 、m n 2 + 、c u 2 + 的去除主要是在距床底3 0 c m 的深度 以下。 4 、采用人工配置电镀废水模拟试验，在试验测定的基础上对人工湿地 浙江师范大学硕士学位论文 去除电镀废水中c r 6 + 、z n 2 + 、m n 2 + 、c u 2 + 的动力学模型进行探讨。结果表明， 一级动力学模型可以较好地模拟潜流人工湿地小试系统c r “、z n 2 + 、m n 2 + 、 c u 2 + 的去除规律，c r 6 + 、z n 2 + 、m n 2 + 、c u 2 + 的相关系数( r 2 ) 较高，分别为o 9 2 0 1 、 0 9 2 7 3 、o 9 3 1 6 、0 9 4 9 5 ，对应的去除速率系数k 值分别为o 0 7 9 2 、o 0 8 0 1 、 0 0 5 2 5 、0 0 8 5 。 5 、采用垂直流水平潜流复合人工湿地对金华清湖电镀厂排放的电镀废 水尾水进行深度处理。结果表明，复合人工湿地对电镀废水的净化效果非 常显著，处理后z n 2 + 、c u 2 + 、m n 2 + 、c r 6 + 的去除率达到7 0 - - 8 8 之间，c o d 的去除率为6 0 左右，稍低于人工湿地处理生活污水和其他废水中有机物 的去除率。其中，c u 2 + 、m n 2 + 和c o d 出水均符合污水综合排放标准 ( g b 8 9 7 8 19 9 6 ) 一级标准，而z n 2 + 、c r 6 + 并未达到标准。复合人工湿地对 电镀废水的去除效率存在一个最适宜的处理时间，过短和过长的处理时间 都不利于污染物的去除。低、高水力负荷对比试验研究表明，水力负荷对 c o d 的去除效果影响较大，对z n 2 + 、c u 2 + 、m n 2 + 、c r 6 + 的影响较小，在高 水力负荷条件下，复合人工湿地对z n 2 + 、c u 2 + 、m n 2 + 、c r 6 + 仍具有较高的去 除率。 关键词：潜流人工湿地，复合人工湿地，电镀废水，去除效果 i i i 浙江师范大学硕士学位论文 s t u d yo nr e m o v a le f f i c i e n c ya n da p p l i c a t i o no f c o n s t r u c t e dw e t l a n df o r e l e c t r o p l a t e w a s t e w a t e r a b s t r a c t g e n e r a l l yw et a k ec h e m i c a lm e t h o dt o t r e a te l e c t r o p l a t ew a s t e w a t e ri n e l e c t r o p l a t ep l a n t t h o u g ht h i sd e v e l o p e dt e c h n o l o g yc o u l dt a k ef a s te f f e c t s ， t h e r ea r es o m ed e f e c t si n c l u d i n gi n s t a b i l i t yo fe f f l u e n tq u a l i t ya n dr u n n i n gc o s t s ， s oi ti sn e c e s s a r yt os e a r c han e w p r a c t i c a lm e t h o dt os o l v et h i sp r o b l e m t h e s t u d ya n da p p l i c a t i o no fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tw i t hc o n s t r u c t e dw e t l a n ds t a r t e d i nt h ee n do f19 7 0 s ，w h i c hh a sm a n ya d v a n t a g e sw i t hl o wc a p i t a li n v e s t m e n t ， l o we n e r g yc o n s u m p t i o n ，l o wt r e a t m e n tc o s t ，e a s ym a i n t e n a n c ea n do p e r a t i o n ， a n dh i g hq u a l i t ye f f l u e n t t h o u g hi ti si n d i c a t e dt h a tc o n s t r u c t e dw e t l a n di sa s u i t a b l et e c h n o l o g yf o rc h i n a ，t h es t u d ya p p l i c a t i o no fc o n s t r u c t e dw e t l a n d t e c h n o l o g yi ss t a r t i n gs t a g e t h er e s e a r c h e so ne l e c t r o p l a t ew a s t e w a t e rt r e a t m e n t b yc o n s t r u c t e dw e t l a n da r es e l d o m i nt h i sp a p e r ，w eu s e ds u b s u r f a c ef l o wp i l o t s c a l ec o n s t r u c t e dw e t l a n da n d c o m b i n e dc o n s t r u c t e dw e t l a n df o ra d v a n c e dt r e a t m e n to f e l e c t r o p l a t e w a s t e w a t e ra f t e rc h e m i c a lm e t h o d ，a n dt o o kas e r i e so f e x p e r i m e n ti n v o l v i n gt h e a s p e c t so fr e m o v a le f f i c i e n c ya n dr e m o v a lw a yb yp i l o t s c a l ew e t l a n d ，e f f e c t f a c t o r so f p i l o t s c a l ew e t l a n d ，r e m o v a le f f i c i e n c yi nd i f f e r e n ta r e ao fp i l o t - s c a l e w e t l a n d ，f i r s t - o r d e rc h e m i c a lk i n e t i cm o d e la n dr e m o v a le f f i c i e n c yb yc o m b i n e d c o n s t r u c t e dw e t l a n d t h em a j o rr e s u l t sw e r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： i v 浙江师范大学硕士学位论文 1 r e m o v a le f f i c i e n c ya n dr e m o v a lw a yo fe l e c t r o p l a t ew a s t e w a t e rw e r e i n v e s t i g a t e db ys u b s u r f a c ef l o wp i l o t s c a l ew e t l a n d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e w e t l a n dh a ds i g n i f i c a n tr e m o v a le f f i c i e n c yf o rc r 6 + 、z n 2 + 、m n 2 + 、c u 2 + ，e s p e c i a l l y f o rc u 2 + c o m p a r ew i t hr e m o v a le f f i c i e n c yt h r e ew e t l a n d s ，p l a n t sw e t l a n d n o n p l a n t s w e t l a n d s t e r i l i z a t i o nw e t l a n d i na d d i t i o n ，t h e h i g h r e m o v a l e f f i c i e n c yo fc r 6 + 、z n 2 + 、m n 2 + 、c u 2 + w e r ea l l o b s e r v e di nt h r e ew e t l a n d s t h e r e f o r e ，w ec a nc o n c l u d e dt h a tt h er e m o v a lo fh e a v ym e t a l sr e s u l t e df r o mt h e c o m b i n e de f f e c t so fb e dm e d i u m ，p l a n t sa n dm e t a ls e d i m e n t a t i o n ，a n db e d m e d i u mp l a y e dam o s ti m p o r t a n tr o l e 2 m a j o re f f e c tf a c t o r so fp e r f o r m a n c ew e r ei n v e s t i g a t e d i np i l o t s c a l e w e t l a n d ，w h i c hs h o w e d t h a t h y d r a u l i cl o a d ，i n f l u e n t c o n c e n t r a t i o na n d r e c i r c u l a t i o na f f e c t e de l e c t r o p la t ew a s t e w a t e rr e m o v a l t h er e m o v a le f f i c i e n c y o fc r 6 + , z n 2 + 、m n 2 + c u 2 + i n c r e a s e df i r s ta n dd e c r e a s e da f t e r w a r d sw i t hh y d r a u l i c l o a dd e c r e a s e d ，a n dt h em a x i m u me f f i c i e n c yw a si nh y d r a u l i cl o a do fo 2 7 m 3 ( m 2 h ) s ot h eo p t i m a lh y d r a u l i c l o a di nt h i sw e t l a n dw a s0 2 7m 3 ( m 2 h ) t h e r e m o v a le f f i c i e n c yo fh e a v ym e t a l si n c r e a s e dw h e ni n f l u e n tc o n c e n t r a t i o nw a s l o wa n dd e c r e a s e dw i t ht h eh i 曲i n f l u e n tc o n c e n t r a t i o n ，b u tt h ei n f u e n c ew a s m u c hs m a l l e r , r e l a t i v e l yw i t hd r a s t i cc h a n g e si ni n f l u e n tc o n c e n t r a t i o n t h e e x p e r i m e n ta l s oi n d i c a t e dt h a tr e c i r c u l a t i o nw a sa ne f f e c t i v em e a s u r et oi m p r o v e t h ed is p o s a la b i l i t yo fc o n s t r u c t e dw e t l a n d 3 t h es t u d yw a sc a r r i e do u tt oi n v e s t i g a t e dt h ed i s p o s i n gr u l e so fc r 6 + 、 z n 2 + 、m n 2 + 、c u 2 + i nd i f f e r e n ta r e ao f p i l o t s c a l ec o n s t r u c t e dw e t l a n d t h er e s u l t s v 浙江师范大学硕士学位论文 s h o w e dt h em a x i m u md i s p o s i n gv e l o c i t yw a se x i s t e di n 35 c md i s t a n c e sf a r a w a yt h ei n f l o ws p o t t h e nt h ev e l o c i t yh a dal i t t l ei n c r e a s e di n5 5c md i s t a n c e a n dg r a d u a l l yk e p ts t a b l ea f t e rt h a t t h i sm e a n tt h em a j o r i t yo fe l e c t r o p l a t e w a s t e w a t e rw a st r e a t e di n35c m - - 。4 5c md is t a n c e sf a ra w a yt h ei n f l o ws p o t t h e r e s u l t sa l s oi n d i c a t e dt h em a x i m u md i s p o s i n gv e l o c i t yw a se x i s t e di n30 c m d e p t h s f a ra w a yt h eb o t t o mw h e nw a s t e w a t e rf l o w e df r o mt o pt ob o t t o m b e s i d e st h er e m o v a le f f i c i e n c yi n10 c m d e p t h s w a sg r e a t e rt h a n4 5 c md e p t h s t h i sm e a n tt h em a j o r i t yo fe l e c t r o p l a t ew a s t e w a t e rw a st r e a t e du n d e r30 c m d e p t h sf a ra w a yt h eb o a o m 4 t h ef i r s t o r d e rc h e m i c a lk i n e t i cm o d e lo fc r 6 + 、z n 2 + 、m n 2 + 、c u 2 + w a s d i s c u s s e db a s e do nt h es i m u l a t i o ne x p e r i m e n to f p i l o t s c a l e t h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h ef i r s t o r d e rc h e m i c a lk i n e t i cm o d e lc o u l db eu s e dt os i m u l a t et h e d i s p o s i n gr u l e si nt h es u b s u r f a c ef l o wp i l o t s c a l ec o n s t r u c t e dw e t l a n d t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ec o n c e n t r a t i o n so fc r 6 + 、z n 2 + 、m n 2 + 、c u 2 + a n dt i m e f o l l o w e dt h el i n e a re q u a t i o n t h ev a l u e so fr e l a t i o n s h i pe q u a t i o n ( r 2 ) w e r e 0 9 2 01 ，0 9 2 7 3 ，0 9 316a n d0 9 4 9 5 ，r e s p e c t i v e l y a c c o r d i n g l y , t h ev a l u e so f d i s p o s a lv e l o c i t ye q u a t i o n ( k ) w e r eo 0 7 9 2 ，0 0 8 01 ，o 0 5 2 5a n do 0 8 5 ， r e s p e c t i v e l y 5 av e r t i c a l h o r i z o n t a ls u b s u r f a c ef l o wc o m b i n e dc o n s t r u c t e dw e t l a n dw a s u s e di nt h i si n v e s t i g a t i o nf o ra d v a n c e dt r e a t m e n to fe l e c t r o p l a t ew a s t e w a t e rf r o m q i n g h ue l e c t r o p l a t ef a c t o r yi nj i n h u a t h er e s u l t ss h o w e dt h i sc o m b i n e d c o n s t r u c t e dw e t l a n dh a ds i g n i f i c a n tr e m o v a le f f i c i e n c y t h er e m o v a le f f i c i e n c y v i 浙江师范大学硕士学位论文 o fz n 2 + 、c u 2 + 、m n 2 + 、c r 6 + w e r e7 0 一- - 8 8 ，c o dw a s6 0 c u 2 + 、m n 2 + a n d c o dc a nm e e t “i n t e g r a t e dw a s t e w a t e rd i s c h a r g es t a n d a r d ”( g b8 9 7 8 19 9 6 ) ，b u t z n 2 + a n dc r 6 + c a nn o t i tw a sa l s od e m o n s t r a t e da no p t i m a ld is p o s a lt i m ew a s e x i s t e di nt h i sc o m b i n e dc o n s t r u c t e dw e t l a n d h y d r a u l i cl o a d i n gh a dag r e a t e r e f f e c to nc o dt h a nh e a v ym e t a l s h i g hr e m o v a le f f i c i e n c yc a nb eo b s e r v e df o r h e a v ym e t a l se v e nu n d e rh i g hh y d r a u l i cl o a d i n g k e yw o r d s ：s u b s u r f a c ef l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n d ，c o m b i n e dc o n s t r u c t e d w e t l a n d ，e l e c t r o p l a t ew a s t e w a t e r ，r e m o v a le f f i c i e n c y v i i 浙江师范大学硕士学位论文 浙江师范大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其他机构已经发表或 撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声 明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：孙币妒日期：伊辟6 月7 日 学位论文使用授权声明 本人完全了解浙江师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并 向国家有关机关或机构送交论文的复印件和电予文档_ ，允许论文被查阅和借阅，可以采 用影印、缩印或扫描等手段保存、汇编学位论文。同意浙江师范大学可以用不同方式在 不同媒体上发表、传播论文的全部或部分内容。同时授权中国科学技术信息研究所将本 学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务， 同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 保密的学位论文在解密后遵守此协议。 作者签名而卜夺斧导师签名：孓“ 日期：硼睁6 月7 日 浙江师范大学硕士学位论文 第一章前言 1 。1 电镀废水 1 1 1 我国电镀废水污染现状 由于工业生产和人类活动排放污染物进入水体，使水体及底泥的物理、化学及生化 性质发生变化，从而降低了水体的使用价值，这种现象称为水体污染【l 】。水污染问题已 经影响到人们的正常生活，成为一个亟需解决的热点问题。导致水体恶化的污染源主要 有工业废水及废弃物、农业面源污染和城市生活污水及垃圾，这些污水大部分未经处理 直接排入江、河、湖泊、海洋等水体，超过水体的自净能力，从而引起水环境质量的恶 化【2 】。2 0 0 1 年，全国废水排放总量4 2 8 亿吨，其中工业废水排放量2 0 1 亿m 3 ，占废水 排放总量的4 7 ，工业污染排放指数比国际先进水平常高出几倍到几十倍( 3 】。伴随着人 类的生产活动而产生的工业废水，其数量之大，来源之广，危害之严重己远远超过了环 境的承受能力，并通过食物链最终危害人的健康，进而发展到严重阻碍社会持续发展的 程度在工业废水中，尤以电镀废水的公害问题最为严重 4 1 。电镀是利用电化学的方法对 金属和非金属表面进行装饰、防护及获取某些新性能的一种工艺过程【5 】。电镀做为通用 性强，应用面广的工业行业，几乎所有的工业部门都有一定范围的电镀加工。由于跨行 业分散在各个部门，缺乏统一的协调规划，造成电镀废水点过于分散，数量多且规模小 的特点。据不完全统计，目前我国的电镀厂、点约有一万家，每年排放的4 0 亿m 3 废水 约有5 0 未达到国家排放标准1 6 。这些废水中含有氰化物、酸、碱以及重金属污染物， 这些物质如果不经处理或者处理不彻底就排放到环境中去，必定会对生念环境及人类产 生广泛而严重的危害，所以电镀废水的污染问题己成为环境保护领域的突出问题之一。 电镀废水主要包括电镀漂洗废水、钝化废水、镀件酸洗废水以及刷洗地坪、极板的 废水。由于电镀种类的不同，电镀废水中所含的污染物也就不同。总的来讲，电镀废水 中主要含有铬、锌、铜、镉、铅、镍等重金属离子以及酸、碱，有的废水还含氟及其化 合物【_ 7 1 。废水进入水体后，会危及水生动植物生长，影响水产养殖，造成大幅度减产甚 至鱼虾绝迹：或是破坏农田土壤，毁坏庄稼，并通过食物链危害人类健康；或是进入饮 用水源，在人体内积累，轻者引起慢性中毒，重者导致死亡。其中镉、铬、铅、镍是国 家规定的一类有害物质，其最高允许排放浓度分别为o 1 m g l 、0 5 m g l 、0 5 m g l 1 、 1 o m g l 。含铜、锌、氟废水是国家规定的二类有害物质。氰化物是剧毒物质，最高允 许排放浓度为0 5 m g l 1 【6 】。其中某些物质如氨氮、磷酸盐等虽然不是毒物，但他们进入 水体可使水体富营养化，造成水质污染。 1 1 。2 电镀废水主要处理方法 我国从六十年代中期开始较为普遍地研究和应用电镀废水的治理方法。从仅仅着手 防治污染，到既着眼环境保护，又注重资源回收，将环境保护和经济效益、社会效益有 浙江师范大学硕士学位论文 效地结合起来。随着经济的发展以及材料的多样化，电镀废水的处理工艺也趋于多元化。 电镀废水处理方法总体来讲可分为四类，即化学法、物理法、物理化学法、生化法。 1 1 2 1 化学法 化学法是借氧化还原反应或中和沉淀反应将有毒、有害的物质分解为无毒、无害的 物质或将重金属经沉淀和浮上法从废水中除去。 1 1 2 1 1 化学还原法 化学还原法在电镀废水治理中最典型也最主要的是对含铬废水的治理。其方法就是 在废水中加入f e s 0 4 、n a h s 0 3 、n a 2 s 0 3 、s 0 2 或铁粉等使c r 6 + 还原成c r 3 + ，然后再加入 n a o h 或石灰乳沉淀分离。一些工厂采用水合胼还原法，但要注意p h 值的控制，过高 时浮起的c r ( o h ) 3 会沾污镀件【5 】。该法优点是设备简单，投资少处理量大，但要防止沉 渣污泥造成二次污染。 1 1 2 1 2 氧化破氰法 对含氰的废水化学处理方法很多，如碱性氧化法、过氧化物法、水解法、臭氧处理 法、电化学氧化法等。而又以碱性氧化法应用最广，即废水在碱性条件下，加入氯系氧 化剂( 如次氯酸钠、漂白粉和液氯等) 将氰化物破坏转化成为无毒无害产物，较彻底地 解决了氰化物的污染问题。但本法应用时必须对p h 值进行严格的控制，否则易使少量 残留氰化物氢化不彻底，产生二次污染【8 - 9 】。 1 1 2 1 3 化学沉淀法 向废水中加入药剂( n a o h 、石灰等) ，使水中重金属离子与碱的氢氧离子作用生成 难溶于水的氢氧化物，然后把氢氧化物和水分离达到去除重金属离子的目的。每种重金 属离子都有自己沉淀的最佳p h 值范围，但废水中往往含多种重金属离子，共沉淀作用 会改变p h 值，应根据实际废水投加中和剂的试验作出水的p h 值与残留重金属浓度的 关系曲线，来确定废水p h 值范围和中和剂投加量【1 0 】。该法的优点是处理效果好，但是 沉淀物的分离以及污泥的二次污染不容忽视。 1 1 2 1 4 中和法 中和法主要用来处理电镀厂的酸洗或碱洗废水。常有自然中和法、投药中和法、过 滤中和法和滚筒式中和法等。另外用电石渣作为中和剂处理算废水也有较好的效果，同 时可以达到“以废治废”的目的。 1 1 2 1 5 腐蚀电池法 腐蚀电池法是基于电化学中的腐蚀原理来处理电镀废水中的氰或铬离子。采用铁屑 处理电镀含铬废水，特别是焦炭铁屑法，因阳极碳不仅有吸附能力，而且其具有的 催化作用可使重金属离子变成颗粒粗、比重大、易沉降的絮状产物，表现了极佳的处理 效果。但该法缺点是处理时间一长，铁屑容易结块，影像处理效果【1 1 】。 1 1 2 2 物理法 2 浙江师范大学硕士学位论文 1 1 2 2 1 蒸发浓缩法 蒸发浓缩法的工作原理是通过蒸发手段减少镀液中的水分，从而达到浓缩镀液的目 的。目前该法单独使用的不多，一般作为一种辅助方法使用【5 】。 1 1 2 2 2 反渗透法 反渗透法的原理简单，是一种采用半透膜进行高压过滤的浓缩分离技术。它的特点 是完全用物理操作，在运转中产生一部分浓缩液或回用或综合利用，稀液回用于漂洗， 此外并无其它废弃物。该法的关键是应具有选择性和透水性好的半透膜，且由于膜对金 属离子的去除率不同，长期运行在漂洗槽可能有杂质离子累积的问题f 1 2 】。 1 1 2 3 物理化学法 1 1 2 3 1 活性炭吸附法 活性炭吸附法是处理电镀废水的一种经济有效的方法，主要用于含铬、含氰废水。 国内从7 0 年代开始，有不少单位进行试验研究工作，并有部分投入生产使用【9 1 。但该方 法存在活性炭再生操作复杂和再生液不能直接回镀槽利用的问题，吸附容量小，不适于 有害浓度高的废水。 1 1 2 3 2 液膜法 液膜法一般采用水包油包水双重乳液体系，液膜为煤油和表面活性剂或添加剂，内 水相为n a o h 溶液，外水相为待处理的含氰或铬废水。它包括制膜、分离、净化及破乳 过程。该法优点是工艺简单，设备占地面积小，净化效率高，耗能少，投资低等，但要 注意防止油的二次污染o l 。 1 1 2 3 3 离子交换法 最常用的交换剂是离子交换树脂，柱子饱和后可用酸碱再生后反复使用。对于含氰 废水，可先将自由氰离子变成金属离子的络离子，然后使废水通过阳离子和阴离子交换 树脂的混合柱，用无机酸使之再生，再生液用碱中和。此法具有回收利用、化害为利、 循环用水和处理费用低等优点，但它技术要求较高、一次性投资大，且在回收的铬酸中 有余氯，影响回用，近年用者趋少 1 0 】。 1 1 2 3 4 电解法 电解法是利用电解作用本身处理或回收重金属，也有利用电解产生的金属氢氧化物 的凝聚作用。一般应用于浓度较高的和单一的电镀废水。在国外主要用于回收浓废液中 的金、银、铜、锡、锌等金属，一般不用于电镀含铬废水的治理。该发的主要缺点是消 耗电力和铁材，污泥也多，目前已较少采用。 1 。1 2 4 生化法 主要是利用微生物来治理电镀废水的高新生物技术。应用s r 复合功能菌处理电镀 废水中的重金属。目前活性炭生物膜法由于活性炭的富集作用和生物膜的降解作用相 结合，可望成为处理含氰废水较有前途的方法之一【9 1 。 浙江师范大学硕士学位论文 相对而言，化学法比之物理法、物理化学法具有投资低成本低、见效快的优点，得 到各国的广泛运用。国外对电镀废水的治理9 0 以上使用化学法，我国约有4 0 的电镀 厂采用此法【l3 1 。但是也存在着消耗药剂量大，产生污泥多，占地面积大，效果不稳定的 缺点，难以满足水污染治理领域日益提高的要求处理的多功能性、高效稳定性和经 济合理性。因此，探索高效、低耗、低成本、易管理、可持续的污水处理技术成为世界 各国环境治理的一个重要方向。人工湿地技术是国际上近2 0 年发展起来的一种废水处 理新技术，其投资少、效果好、运行维护方便、氮磷去除率高，人工湿地的研究在世界 范围内得到了迅速发展。 1 2 人工湿地污水处理系统概述 1 2 1 人工湿地的定义 湿地是分布于陆生生态系统和水生生态系统之间具有独特水文、土壤、植被与生物 特征的生态系统【l4 1 。由于湿地类型的多样性、分布的广泛性、面积的差异性、淹水条件 的易变性，以及湿地边界的不确定性，对湿地进行科学的定义比较困难【l 引。1 9 7 1 年拉 姆萨尔国际湿地保护公约将湿地定义为：湿地系指不论其为天然或人工、常久或暂时的 沼泽地、泥炭地或水域地带，带有或静止或流动，或淡水、半咸水或咸水水体者，包括 低潮时水深不超过6 m 的水圳1 6 1 。1 9 9 4 年的中国湿地生态环境保护规划会议上对湿 地的解释是：处于陆地与水域的交汇处，水位接近或处于地表面，或有浅层积水，一般 以低水位时水深2 m 处为界，并具有以下特征：( 1 ) 至少周期性的以水生、湿生植物为植 物优势种；( 2 ) 低层土主要是湿生土壤；( 3 ) 在每年的生长季节底层土被水淹没4 个月以 卜【1 7 】 lo 湿地可以分为天然湿地和人工湿地两大类。美国著名的湿地研究、设计与管理专家 h a m m e r 博士等【l8 】将人工湿地定义为：“一个为了人类利用和利益，通过模拟自然湿地， 人为设计与建造的由饱和基质、挺水与沉水植被、动物和水体组成的复合体”。夏汉平 等人1 1 9 j 认为，人工湿地是指通过模拟天然湿地的结构与功能，选择一定的地理位置与地 形，根据人们的需要人为设计与建造的湿地。高拯民和李宪法【2 0 】认为，湿地处理系统( 表 面流人工湿地) 是将污水有效控制地投配到土壤经常处于饱和状态、生长有像芦苇、香 蒲等沼泽水生植物的土地上，污水在沿一定方向流动过程中在耐水植物和土壤联合作用 下得到净化的一种土地处理系统。 1 2 2 人工湿地的类型 人工湿地根据其建造目的不同至少可以分为四大类【2 1 】：人工生境湿地，协助天然 湿地用于生物多样性的保护：人工抗洪湿地，用于控制洪水或泄洪；人工水产湿地， 用于农业生产与水产养殖；人工处理湿地，用于污水污染物的处理。实际上，大多数 人工湿地是用于污水处理目的，即为人工处理湿地( c o n s t r u c t e dw e t l a n d ) ，这个概念 4 浙江师范大学硕士学位论文 直到1 9 9 6 年才被提出来。它是利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作 用，来实现污水净化的一种新型污水生态处理工艺。 按照水流形态的差异，人工湿地处理系统又可分为四类【2 2 】：表面流人工湿地( s u r f a c e f l o ww e t l a n d s ，简称s f w ) ，潜流人工湿地( s u b s u r f a c ef l o ww e t l a n d s ，简称s s f w ) ，垂 直流人工湿地( v e r t i c a lf l o ww e t l a n d s ，简称v f w ) 和潮汐流湿地( t i d a lf l o ww e t l a n d s ，简 称t f m 。 表面流人工湿地系统也称水面湿地系统( w a t e rs u r f a c ew e t l a n d s ) 。废水在填料表面 漫流，水位较浅，多在0 1 o 6 m 之间。这种系统形式接近于天然湿地，废水进入表面流 人工湿地系统时，绝大部分有机物的去除是由长在植物水下茎、杆上的生物膜来完成。 因而这种湿地系统难以充分利用生长在填料表面的生物膜和生长丰富的植物根系对污 染物的降解作用，其处理能力较低。同时，这种湿地系统的卫生条件亦较差，易在夏季 滋生蚊蝇、产生臭味而影响湿地周围的环境；在冬季或北方地区则易发生表面结冰问题 及系统的处理效果受温差变化影响大的问题。故表面流人工湿地多见于气候温和地区的 大型城市污水处理系统。 潜流人工湿地系统也称渗滤湿地系统( i n f i l t r a t i o nw e t l a n d s ) 。在潜流式人工湿地系统 中，废水在填料表面以下渗流。一方面，可充分利用填料表面及植物根系上的生物膜以 及其他各种作用处理废水。在填料中由于连续呈水饱和状态，因而呈厌氧态，但由于水 生植物可传输较多的氧进入根系，根区附近呈好氧态，所以在基质中形成了连续的好氧、 缺氧及厌氧状态，相当于许多串联或并联的m a o 处理单元，其处理效果和处理能力均 较好。另一方面，由于水流在填料表面以下流动，故具有保温性较好、处理效果受气候 影响小的特点，而且，潜流人工湿地的突出优点是很少产生恶臭及蚊蝇孽生等问题，卫 生条件较好。是目前研究和应用比较多的一种湿地处理系统。但是这种湿地系统的投资 要比表面流湿地系统高些。 由于这种工艺利用了植物根系的输氧作用，也讲其称为污水处理的根区方法( r o o t z o n em e t h o d ，简称r z m ) ，而这种人工构造的系统也称之为根区处理床。一般情况下， 这种人工湿地的出水水质优于传统的二级生物处理。 垂直流人工湿地系统中的水流综合了表面流人工湿地系统和潜流式人工湿地系统 的特性，水流在填料床中基本上呈由上向下的垂直流，水流流经床体后被铺设在出水端 底部的集水管收集而排出处理系统。这种系统的基建要求较高，较易滋生蚊蝇，目前己 不多采用。 潮汐流人工湿地系统是近年来兴起的一种新型的地下型系统，它是由伯明翰大学提 出的 2 3 j 。在这种湿地系统中，湿地床交替地被充满水和排干。在向床内充水的过程中空 气被挤出，床体逐渐被淹没。当湿地床完全被水所饱和以后，水就全部被排出。在排水 过程中新鲜的空气被带入床内。伯明翰大学的最新研究成果表明当水被排出湿地床，有 5 浙江师范大学硕士学位论文 机污染物留在床体时氧消耗量最大。因此，在排水过程中进入的新鲜空气可以看作是去 除污染物的氧源。通过这种交替的进水和空气流动，氧的传递速率和消耗量大大提高， 极大地提高了湿地床的处理效果。但是，潮汐流湿地运行一段时间后，床体可能会被大 量的生物膜堵塞，限制了水和空气在床体内的流动，降低了处理效果。因此，设计中 考虑设备用床交替运行，以便在空床时进行生物降解。 1 2 3 人工湿地的组成及其作用 人工湿地系统是个完整的生态系统，它主要是由人工基质、水生植物、微生物、水 体等四个基本要素组成，各组成部分协同作用。湿地系统正是在这种有一定长宽比和底 面坡度的洼地中，由土壤和填料( 如砾石等) 混合组成的填料床。废水在床体的填料缝 隙中流动或床体表面流动，并在床体表面种植具有性能好、成活率高、抗水性强、生命 周期长、美观及具有经济价值的水生植物( 如芦苇、蒲草等) ，形成一个独特的动植物 生态系统，对废水进行处理1 2 4 j 。 1 2 3 1 人工基质 人工湿地的基质又称为填料、滤料，一般由土壤、细沙、粗砂、砾石或灰渣等组成， 这些基质一方面为微生物的生长提供稳定依附表面，同时也为水生植物提供了载体和营 养物质。基质为植物提供生长介质的同时，通过沉淀、过滤、吸附等作