黔西南汞铊矿废弃物淋出液污染特征及生态净化研究
作者单位：贵州大学
学位级别：硕士
导师姓名：吴永贵
授予年度：2021年
学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学]
摘 要：人工湿地系统作为一种污水生态净化的热门技术,其研究主要集中在填料或者植物对重金属等污染物的去除影响,而忽略了人工湿地是一个综合处理系统。人工湿地系统在填料、植物、湿地植物凋落物均存在的情况下,对废水中重金属的迁移转化研究较少。本文以黔西南汞铊矿废弃物(废渣和废石)为研究对象,研究干湿交替条件下不同粒径汞铊矿废弃物中重金属等特征污染物的释放特征,在此基础上建立净化汞铊矿废弃物淋出液的人工湿地系统,通过模拟小型人工湿地系统的实验,研究其对汞铊矿废弃物淋出液中污染物的净化效果。实验模拟三组小型人工湿地系统,人工湿地系统A:第一级(碳酸盐岩+铁铝氧化物+湿地植物凋落物+水葱(Scirpus validus Vahl.))+第二级(碳酸盐岩+铁铝氧化物+香蒲(Typha orientalis ***))+第三级(硅酸盐岩+美人蕉(Canna indica L.));人工湿地系统B:第一级(碳酸盐岩+湿地植物凋落物+水葱)+第二级(碳酸盐岩+铁铝氧化物+香蒲)+第三级(硅酸盐岩+美人蕉);人工湿地系统C:第一级(碳酸盐岩+铁铝氧化物+湿地植物凋落物+水葱)+第二级(碳酸盐岩+铁铝氧化物+香蒲)+第三级(硅酸盐岩+美人蕉);分析所建人工湿地对汞铊矿废弃物淋出液中Hg、As、Sb和Tl等污染物处理效果,及其重金属在人工湿地系统内的沿程变化规律。归纳得出的主要结论如下:(1)汞铊矿废弃物干湿交替条件下淋溶实验结果表明,汞铊矿废弃物淋出液为重金属含量高的废水,干湿交替促进了污染物的释放,汞铊矿废弃物污染物释放特征为废石淋出液p H为1.5～4.9,废渣初次淋出液p H为4～5,后逐渐稳定在7～8左右;废弃物中Hg、As、Sb和Tl的释放具有一定的相似性,即初次淋出时重金属浓度较大,之后逐渐降低,最后达到淋出平衡。(2)人工湿地系统对汞铊矿废弃物淋出液中的污染物的去除差异性较大,Fe、Hg和Sb进水浓度分别为536.58 mg/L、5.85、3.65μg/L,处理后尾水均未检出;As和Tl进水分别为243.57和205.62μg/L,平均去除率分别为90.12%和87.68%,SO的进水为3919.36 mg/L,人工湿地系统对SO的去除效果较差,平均去除率为63.81%,其中B处理组对各重金属和SO去除率高于其余两组;水体对填料的冲刷和湿地植物凋落物的腐解使水中TOC浓度基本不能去除;水体中COD在前期进水处理效果不明显,后期进水去除率逐渐增加。人工湿地系统可通过降低相关污染物在水体中的浓度,从而综合降低汞铊矿废弃物淋出液对发光细菌的生物毒性。三维荧光光谱表明,经人工湿地系统处理后的水体中含有类腐殖酸荧光峰。(3)人工湿地系统A、B、C三个处理组中植物各重金属富集含量分配表现为,Fe、Hg和As:BAC;Sb,CAB;Tl,CBA。重金属Fe、Hg、As、Sb和Tl在水葱、香蒲和美人蕉中含量分布表现分别为:地下地上;根茎叶;根叶茎。植物各组分在参与重金属处理前后的傅里叶变换红外光谱峰形基本保持不变,这表明重金属并未破坏植物器官本身的结构。(4)对比添加碳酸盐岩和铁铝氧化物前后的傅里叶变换红外光谱的出峰位置发现,其出峰位置基本相同,说明没有新的化学键产生。对比稻草添加前后部分吸收峰强度降低且吸收峰1426 cm,1319 cm消失,说明稻草中多糖、碳水化合物等发生水解。(5)人工湿地系统中沉积物不同重金属的形态各异,Fe、Hg和As主要以残渣态和可氧化态为主,Sb主要以可氧化态为主,Tl主要以活性较高的酸溶态为主。重金属在湿地中的截留量不同,Fe、Sb与Tl在三组人工湿地系统A、B、C中沉积物变换为ABC,Hg和As变换为BAC。(6)通过16SrDNA高通量测序手段对人工湿地系统A、B、C处理组中沉积物微生物多样性研究可以看出,样本细菌群落的丰度、均匀度、所含OTU数目及多样性指数都表现为:ACB。相似度和差异性分析表现为:A、B、C的OTU数分别为678、426和470,三组共有OTU数为174。经测序三组人工湿地系统的优势菌门都为厚壁菌门(Firmicutes)、变形杆菌(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)。综上所述:通过模拟的三组人工湿地系统小试实验对汞铊矿废弃物淋出液中相关污染物去除,发现人工湿地系统B:第一级(碳酸盐岩+湿地植物凋落物+水葱)+第二级(碳酸盐岩+铁铝氧化物+香蒲)+第三级(硅酸盐岩+美人蕉)对此种类型的重金属废水的处理效果较好。本研究结果可为类似废水中重金属的去除提供借鉴。
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