凤眼莲净化印染废水过程中根系微生态系统的作用

环境科学卷妞凤眼莲净化印染废水过程中根系微生态系统的作用’孙天华刘振鸿林少宁中国纺织大学摘耍当用凤限莲净化印染废水,且停留时间为天时,根部灭菌的凤眼莲的氧化缸和无凤眼莲的氧化缸对的去除分别为、,相比之下,未灭菌的凤眼莲氧化缸靠其根部微生态系统的协同净化作用,对的去除率可达”,当废水停留时间为天时,此项去除率达三者对、表面活性剂、印染废水中常见的几种染料的去除率也与上述情况相似不能为凤眼莲直接吸收约有机物,特别是易凝聚的污染物首先被粘附、吸着、固定到根部,然后由根系微生态系统的强大净化作用降解凤眼莲,,俗称水葫芦,为多年生漂浮性水生草本植物,根系发达,生长、繁殖速率极快在水污染控制、水域净化和废水处理等领域得到广泛应用〔,一‘,国内应用凤眼莲处理针织印染废水试验虽已得到较好的效果然而,印染废水种类繁多,成份复杂,凤眼莲能否广泛地应用于纺织印染废水的处理尚不清楚凤眼莲净化废水中的重金属和酚曾有报道一”,本文对凤眼莲净化印染废水的根系微生态系统的作用,进行了研究一、材料和方法凤眼莲根系吸附作用试验参考实际印染废水中几种常见污染物质的浓度,分别配制数种单一成份的废水各弓分散黄、活性蓝八、、十二烷基苯磺酸钠八左右,置于长,宽,高的聚氯乙烯塑料缸内加人适量植物生长所需营养盐’·,八、氏、在气温,一℃、日照为、水体为一、水温一℃的条件下,从上海西郊天然水域中生长的凤眼莲挑选株体均匀健仕者,放人试验缸,每缸生物量为。,对照缸不植凤眼莲,并用黑纸覆盖,模拟凤眼莲对水面的覆盖每天定时定点取多点水样混合,测定上述四种成份的浓度取样前小时加人一定量清水,并轻轻搅拌混合,以补充前一天蒸发的水量根系微生态系统作用试验在气温、日照、试验缸等与前试验姻同的条件下,用综合印染厂工业废水,测定凤眼莲对的去除,凤眼莲放置量然后采用同前试验的单一污染物的配制废水,同时进行三组试验,每组缸凤眼莲的放置量为,号为不灭菌组,将水葫芦根系用自来水冲洗干净,放入缸内,接种生化出水号为灭菌组,将根系冲洗干净的凤眼莲在浓度为。漪漂白粉溶液中浸泡分钟,废水用新鲜蒸馏水配制,试验开始时缸内基本无菌号为不灭菌空白对照组。每天在贴近凤眼莲根部的位置定时、定点取多点水样混合,测定污染成份的浓度和细菌浓度,同时作镜检观察生物相的变化。测定方法染料浓度—分光光度计比色—分光光度计比色夏坚玲、张自勉、戴国印等同志为本试验做了不少工作,在此谨表感谢卷期环境十二烷基苯磺酸钠—单一成份,以。来表示—标准方法细菌浓度—平板计数生物相—显微镜镜检状被粘附在凤眼莲的根上由此可见,凤眼莲对不溶性胶体的去除,主要是靠其很部的粘附和吸附固定的去除是亲水性的有机高分子物质,不可能穿过根表面的细胞壁而被凤眼莲所利用,然而图表明,天的处理去除率仍达到务,这是因为在水中可以通过架桥絮凝等作用,粘附到凤眼莲的根部而被去除活性蓝的去除活性蓝属水溶性极好的染料,在废水中呈分子状态,凤眼莲对它的去除率很低结果见图,显然,凤眼莲根部对水溶性小分子的吸附和粘附性能不如对胶体和大分子好。白八欲勺带迷辞二、结果与讨论凤眼莲庞大的根系是净化污染物的关键场所,其根部细胞壁属生物半透膜,分子量较大的、非离子的化合物或胶体是无法透过而进人植物体内的下列实验结果揭示了凤眼莲根部在去除印染废水中常见的几种污染物质时的吸附作用单一污染物质的去除分散黄染料的去除分散黄染料在废水中呈不溶性胶体状态,废水在凤眼莲净化缸中停留天后,对分散黄的去除率达知外,如图镜检发现分散黄染料呈团位时可图活性蓝的去除率有凤眼莲空白祝拼。时间博匕除即。加并淡邢浓世并水时间图分散黄去除书卜有凤眼莲空白才图表面活性剂的去除书。空白匕一一一一二时间心的去除率钓表面活性剂的去除已知表面活性剂对生物的代谢有一定的抑制作用,本研究证实了这一点当表面活性剂浓度大于时,凤眼莲生一民受到了明显的抑制,出现黄叶、枯萎现象但有趣的是,当浓度达到,甚至时,实验结果仍显示卜比图以内盟,并羞形卜有凤眼莲。空白歌含并积。。环境出凤眼莲对表面活性剂有一定的去除率,见图无疑,这样的去除仍是凤眼莲庞大根系的吸附能力所致比较上述四类不同物质的去除效果,可以看出,凤眼莲对不溶性胶体、大分子、或表面活性剂等物质,能够有效地去除而对水溶性好的物质的去除能力较差产生这种差别的原因是凤眼莲根部表面进行着离子平衡过程,该过程对水中悬浮、分散和部分溶解的固体物质起着凝聚和吸附作用〔刀,使较易凝聚成絮凝物质,如胶体、高分子等,很快地从污水中凝聚沉淀下来从而达到较高的去除率但对难凝聚的溶解性良好的物质只能得到少量去除凤眼莲根系、根系微生态系统在净化过程中的作用印染废水中,胶体、悬浮颗粒和高分子污染物构成了的主要部份,利用凤眼莲净化这些污染物比较适宜但是,由于这些物质不能为凤眼莲直接吸收利用,而是被吸附在根部,这样就会产生吸附饱和间题即当凤眼莲根系与废水接触达到一定的程度,便不能再起净化作用了然而由图的曲线可见,新鲜凤眼莲与废水接触的第四、五天后,对污染物仍有去除作用只是去除率的增加变缓由此可以推断,被吸附的污染物能被逐渐降解而使凤眼莲根系继续保持净化的功能卷少好凤眼莲根系微生态系统的建立和微尘物在净化过程中的重要作用从图可知,灭菌凤眼莲氧化缸内微生物数量、种属逐步变化和增长的过程,以及不灭菌凤眼莲氧化缸内细菌浓度的变化和相应的去除率。,￡气冷毛工侧经佃撬峨时问、价生彬一一匕一曰‘一一一止一一一司‘了时间一图印染废水的去除书卜有凤眼莲空白图凤眼莲根系微生物的变化过程相相应去除率未灭菌凤眼莲灭菌凤眼莲号灭菌缸内,刚放置凤眼莲时,近根处溶液中只有少量细菌经过一天,出现少量肾形虫第二天末,细菌数从原个猛增到个,同时出现变形虫和大量漫游虫到了第三天末,细菌数略有增加,原生动物种类和数量却出现惊人增长,纤毛虫类的漫游虫、草履虫、钟虫、累枝虫等数量大增,非常活跃到了第四天、第五夭,又逐渐出现轮虫和少量线虫等后生动物近根处溶液巾的细菌浓度达到个表的结果表明,远离根部的溶液中的细菌浓度仅为个,多次镜检未发现原虫动物和后生动物,由此可见,细菌等微生物主要集中在一卷期凤眼莲的根部凤眼莲很系是微生物栖息灼理想场所。,其根部分泌物可供给微生物生长必要的有机营养和无机元素某些物质可能是微生物生长的促进剂,促使多种微生物种属和群落的生长发育而微生物的代谢产物,如含、、的无机盐,则是凤眼莲生长的必要养分两者互相依赖,互相促进,构成了极其重要的根系微生态系统表第五天不同条件凤眼莲氧化缸内细菌数最比较细菌浓度个数一丝塑竺一一…一三翌竺一一一二…翌塑一一一竺些生一一一一二燮竺一一一一兰些竺灭菌远根另一方面,从图和表可见,到了试验第天,未灭菌的号缸内,凤眼莲根部的细菌浓度高达万个,远离根部溶液中每科学,毫升细菌数万个,两者相差倍相应地,该缸对的去除率要比灭菌的号缸高出近外因此,根系微生物在净化过程中起着举足轻重的作用表是凤眼莲根部洗净后接种少量生化出水和根部灭菌两种情况下,处理印染废次几种典型的污染物的试验,同时进行不放养凤眼莲,但也不灭菌的空白试验结果显示接种少量生化出水的凤眼莲氧化缸无论对哪种污染物的去除率都是最高的;灭菌的凤眼莲氧化缸主要靠根系吸附作用而居其次;空白缸仅靠溶液中细菌的自然净化作用,相当于普通氧化塘,去除率最低。由此可见,建立于凤眼莲根部的微生态系统在净化废水过程中显示出一种“协同”作用,单纯的凤眼莲根系和单纯的细菌(空白对照缸)都不具备这探的作用,而且这种协同作用在净化PvA时表现得特别明显.这就提示,如果用凤眼莲氧化塘去除难降解印染废水的PvA成份比较有利.表2单一成分污染物的去除率和相应的细菌浓度缸缸样样洗净凤眼莲+10mlll十十十了软卜执7叱叱{{{{{{{}lll碑卜月刁J刁、、一一}}}}}}}}}{{{{{接接触时间(d)))000lll222333及菌凤{浪莲不灭菌空白对照一ƒ注J一9一0一、”njuCwt.上_{_二Jil叫IJJ州训iJ川叫(火10‘个/ml)分散黄染料去除率(%)侧石万…丽}瓜几活性蓝染料巫匾{二{口困_习困去除率(%)州叫同侧一叫0一0PVA细菌浓度(火10‘个lml)。8113,0去除率〔%)18.1127.4司…画巫…国州洲一叫},扮除率(%)}”}8·,{’·01“·,…‘,2222233300000222333000.22203330,2220.,,0。888O。8881119.77728.999OOO10.22211。99918。333000。1555D。2000{___0。2220。333O。777OOOOOOOOOOOOOOO444_2224_弓弓几几】QQQ1乙乙一一一甲甲,,,,,,,之之JJJ一JJJ工‘.‘‘UUU1.111‘。弓弓艺。555333.9999。lll000O。777l。222__吐吐222。0002。0004。5556。888(下转第57页)卷〕明环境K?(7’)~K?(20℃)1.025卜,o(7)科学.57D,~1.gM一2,,式中,t,为河流流速(m/、)L为河流平均深度(m)(2)水的气相传质系数设水的蒸发量为N附(mol·em一,·h一,),根据Fick定律得:N即~夜梦(P了一户w)/RT(8)式中,衅和尹为温度丁时水的饱和蒸气压和实际分医(atm)由测得的蒸发量和相对湿度就可计算出水的气相传质系数畔,结果见表2.(3)亨利常数亨利常数可以根据分子的蒸气压和水中的溶解度来估算断sJ:D,~2.ZX10一,M一213论(10)(11)三、结1.模拟实验测定了37种有机物的挥发速率,得出有机物的挥发为一级动力学过程.2.可以用双膜理论预测有机物的挥发速率常数.参考文献[1][3」Hc一16.04PoMTS(9),‘.J,esJ,.J‘O切了Ž吕”.‘r.Lr.L式中,P0为纯有机物的蒸气压(atm)M为有机物的分子量;T为绝对温度(K);s为有机物的溶解度(mgZL),(4)气相和液相扩散系数气相和液相扩散系数可由分子量(M)来估算(结果见表l):Smith,J.H.,Bornberger,D.CoHayhe,,D.山En,iroo.Sci.Tec人二01,14,1332(1980).Ratlibun,R.E,Tai,D.Y,作are尸Researc八,15-243(1981)·Joffe,B.P,Ferrara,R.A,J.石月夕iro月.Eng喊109,8,9(1983)·叶常明,环境科学丛+1l,6(4一5),148(1985).Wakeham,5.G.,Davi,,A.CoKaras,J.L召卜,iron.sci.roc滩,01,17,611(1983)·Churehill,M.A,J.Sa九iz.E月g.A脚.Soc.Ci口·Eng.88,l(1962),Lursson,p·,甲at。护尺。,。arc寿,17,1317(1981)·Warren,J.L,William,F.R,D的id,!I.R,Ha,dboo畏ojC人。micalProPori才y万:ti,。atio,一M妇rhod‘;pp.l,一11McGraw一HillBookCOnlpany-NewYork,1982.(收稿日期:1989年9月28日)(上接第27页)三、结论参考文献Wolverton,B.C.etal.,NASA,TM一x一72729,197弓.Mukheriee,D.P.etal,,FortilizorTe‘人刀ology,19(3一4),1982.5eheiger,B.R.,NTISNPri,gjfold,VA(USA),DE8300633(1983).Middlebrooks,JoeJ:1一1Reed,SherwoodC.,Wator/E,gin廿。ri,g&Manag君,n。;t,6,5一54(1981).DeBusk,T.A.etal.,].En夕iro月.Qt,al,12(2),257一262(1983).Parkinson,G.,Ch‘仍icalEngi月亡才ri丹g,4,3一7(1981).Haider,5.2.etal.,世界环境科学,4,