养殖人工湿地污水处理工艺

铬在自然界中主要以Cr3+和Cr6+的形态存在，其中，Cr6+的活性更强，具有更高的流动性，故被认为具有更强的毒性.铬被广泛用于工业生产中，大量含铬废水排到自然界中，会影响河流水质甚至污染地下水资源，进而严重威胁动植物的健康生长.目前，铬污染已越来越严重，对铬污染的水体主要采取物理化学修复法和生物修复法进行净化，但物理化学法容易造成二次污染.而生物修复法尤其是植物修复，无二次污染，且能绿化环境，并可通过二次提取实现重金属的循环利用.用人工湿地模拟自然湿地，具有基建和运行费用低、维护管理方便、生态效益高等优点，已被广泛应用于废水的净化.近年来，利用人工湿地净化含重金属废水已经引起诸多研究者的关注.例如，韦菊阳等(2013)的研究表明，人工湿地可以有效清除废水中的Cd、Pb，污水停留7 d时，梭鱼草和芦苇人工湿地对Cd2+的去除率分别为86.0%、86.4%，对Pb2+的去除率分别为89.7%、90.2%.

薏米(薏苡)生长于温暖潮湿的河边地，生长迅速，根系发达，虽不属于超积累植物，但它适应人工湿地环境的能力强.研究发现，薏米人工湿地对铬的去除能力较强，能够维持长时间的去除能力.在课题组前期的研究中发现，虽然薏米人工湿地能够高效清除生活污水中的铬，但大部分的铬积累于根系，只有少量的铬可以通过收割带走，而残留于湿地系统根系的铬将是湿地系统内铬化学形态变化及水中可溶性铬的重要来源，若对根系分解过程中铬积累和释放规律认识不清，会导致湿地的高效管理出现困难，也会影响到人工湿地高效去除铬的长期和稳定运行.

对湿地植物枯落物的分解及分解过程中重金属的变化动态已经有报道，但对于人工湿地植物根系分解及分解过程中重金属元素释放及化学形态分布的变化尚未见报道.为弄清残留于湿地系统内根系铬化学形态转化及释放的规律，本研究拟通过构建微型薏米垂直流人工湿地，在生活污水中添加不同浓度的Cr6+，运行一段时间后，将根系切下，重新埋回湿地中，以研究薏米根系分解、铬元素含量及形态分布的动态变化，为人工湿地高效处理含铬生活污水的技术研究及人工湿地的运行、管理提供理论支持.

1 材料与方法(Materials and methods)

广西野生湿生薏米(Coix aquatica Roxb)由广西农业科学院作物品种资源研究所提供.

1.1试验设计

实验于2011年在广西大学农学院教学科研基地温室进行，参考文献方法在棚内构建模拟垂直流人工湿地系统：在上端口直径71 cm、下端口直径45 cm、桶高61 cm的大塑料桶进行实验，桶内从下至上依次填入10 cm 厚的大鹅卵石(直径 3~5 cm)，然后填入40 cm 厚的河沙层，在距桶底部10、25、40 cm 处分别安装水龙头用于排水;种植薏米幼苗，每桶6株.构筑以生活污水为营养源的小型薏米垂直流人工湿地系统，进水Cr6+浓度分别为0、20、40 mg ˙ L-1，以K2Cr2O7的形式加入，重复3次，每处理均设不种植植物为对照，每桶每次进水量为30 L.该人工湿地构筑于2012年3月，已在相同Cr6+浓度下持续运行1年，于2013年3月5日剪掉越冬苗，待幼苗重新长出，当苗高60 cm左右时进行铬胁迫实验.人工湿地采用间歇式进水方式，进水后水停留3 d，然后落干4 d，每7 d为1个循环.

采用埋袋法进行研究，分解袋由孔径0.5 mm的尼龙网制成(20 cm×20 cm).铬胁迫3周时，在2013年5月15日收集20、40 mg ˙ L-1铬处理的薏米根.根清洗干净后挑去发黄的老根，吸干表面的水，剪成5 cm长根段;取7 g装袋(鲜样);另取部分根烘干，取3 g装袋(干样).将装袋后的根样品对应埋回原处理大桶距离表层沙面20 cm的沙层中，每个浓度设置为A桶和B桶，A桶灌溉含铬的生活污水(20、40 mg ˙ L-1 Cr6+)，用W20A、W40A表示;B桶为只灌溉等量的生活污水(0 mg ˙ L-1 Cr6+)，用W20B、W40B表示.每桶埋9袋鲜样和9袋干样.

1.2样品的采集与测定方法 2.3.1 样品采集

在分解袋埋下30、45、60 d时取样，每次在每个投放点取回3袋鲜样和3袋干样，洗净，鲜样袋的根吸干根表面的水后直接称重，干样袋的根在70 ℃下烘干至恒重后再称重.干样袋的根用于分析分解率，鲜样袋的根用于其他指标测定.

1.3 根分解系数测定

参考文献方法，用残留率和分解系数表示.根分解过程中干物质残留率的变化可以用指数衰减模型来描述，即ln(Xt/Xo)= -kt，其中，Xt为分解t时后根的残留量(g)，Xo为根的初始质量(g)，k为分解速率常数(d-1)，t为分解时间(d).对分解残留率数据进行自然对数转化后，线性拟合得到回归方程和参数.

1.4根Cr含量的测定

根内铬总量的测定方法参考文献.