專利名稱：一種砷污染水體修復(fù)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種修復(fù)砷污染水體的方法和裝置。具體說是利用特殊植物材料—超富集植物蜈蚣草(Pteris vittata L.)—修復(fù)受砷污染水體的方法及其配套裝置。
背景技術(shù)：
砷是世界衛(wèi)生組織非常重視的環(huán)境污染物之一，即使長期低劑量接觸也會對人體健康產(chǎn)生危害(Smith et al.，《Science》，2002年第296卷2145-2146頁)。目前，世界衛(wèi)生組織(WHO)和我國規(guī)定的飲用水中砷濃度標準為不超過50μg/L(GB 5749-85)，但是美國飲用水的砷濃度標準將降至10μg/L。含砷巖石的自然風(fēng)化、礦業(yè)活動、含砷“三廢”的排放等均會導(dǎo)致水體砷污染。由于直接接觸和飲用受砷污染的水，在世界各地不斷有關(guān)于砷中毒的報道。孟加拉國64個地區(qū)中有60個地區(qū)的人民受高砷地下水威脅，約3600萬的居民由于飲用受砷污染的水而導(dǎo)致中毒(Bagla and Kaiser，《Science》，1996年第274卷174-175頁)。阿根廷及智利某些地區(qū)的地表水含砷量達0.3～8mg/L，美國阿拉斯加州的地下水含砷量也達到1mg/L(莊金陵，《礦產(chǎn)與地質(zhì)》，2003年第95期177-178頁)。我國內(nèi)蒙古、山西、新疆、寧夏和吉林等地飲用高砷水致病的受影響人口約200萬人。我國湖南省的某些地區(qū)，飲用水砷含量高達1～2mg/L(劉志暉和劉敏，《實用預(yù)防醫(yī)學(xué)》，1997年第6卷第4期75-77頁)。由于我國相當一部分人群的飲用水中砷和氟超標，今后5年我國將投入80億元解決6000到8000萬人的飲水安全問題。因此，修復(fù)砷污染水體是目前面臨的巨大挑戰(zhàn)。
砷污染水體的修復(fù)是一項艱巨的工程。目前主要采用物理-化學(xué)法配合工藝流程凈化含砷廢水，包括絮凝/過濾法、石灰軟化法、活性氧化鋁吸附法等。這些方法不僅投資大，而且還會產(chǎn)生難溶含砷物質(zhì)，不可避免地帶入其它離子，加之交換容量、處理費用等原因，當砷濃度降低至一定程度時，治理難度增加(Huang et al.，《Environment Science & Technology》，2004年第38卷3412-3417頁)。到目前為止，還沒有見到采用植物修復(fù)技術(shù)去除和凈化砷污染水體的研究和報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種廉價、清潔的砷污染水體修復(fù)方法。
本發(fā)明的又一目的在于提供實現(xiàn)上述方法的裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明利用蜈蚣草羽葉從砷污染水體中大量富集砷，以達到修復(fù)砷污染的功能。
蜈蚣草是一種砷超富集植物(hyperaccumulator)，可在含砷量高達23400mg/kg的礦渣中正常生長；在水培條件下其羽葉的含砷量可高達27000mg/kg。與普通植物相比較，蜈蚣草對砷有極強的耐受和富集能力(陳同斌等，《科學(xué)通報》，2002年第47卷第3期207-210頁)。
本發(fā)明提供的方法步驟如下a)待蜈蚣草長至40～100cm高后采取其成熟羽葉；b)稱取蜈蚣草羽葉，待修復(fù)含砷水體的體積與蜈蚣草羽葉重量比例為400～2000升/公斤；c)將羽葉切成長度為0.5～2cm的碎片；d)將羽葉碎片浸入待處理水中進行攪拌，在光照條件下浸泡12～24小時后，將羽葉收集起來進行集中處理。
所述的方法，步驟d中處理羽葉的方法是填埋或焚燒。
本發(fā)明提供的實現(xiàn)上述方法的裝置，主要由貯水池和蜈蚣草羽葉盛接裝置組成，貯水池設(shè)有進水口和出水口；其中蜈蚣草羽葉盛接裝置為平行的兩層篩網(wǎng)，篩網(wǎng)的孔徑為0.2～0.4cm，篩網(wǎng)周圈固定在篩網(wǎng)框邊緣上；兩層平行的篩網(wǎng)中，上層篩網(wǎng)的長度大于篩網(wǎng)框的長度，下層篩網(wǎng)的長度大于上層篩網(wǎng)，使兩層篩網(wǎng)下垂于貯水池中；
由上述裝置，蜈蚣草羽葉碎片置于兩層篩網(wǎng)中間，并與篩網(wǎng)一起浸入貯水池中待修復(fù)的砷污染水體中。
所述的裝置，篩網(wǎng)為塑料篩網(wǎng)。
所述的裝置，貯水池底設(shè)有攪拌裝置。
所述的裝置，蜈蚣草羽葉盛接裝置中的篩網(wǎng)框一端兩側(cè)設(shè)有把手，把手旁設(shè)置有滑輪，該滑輪置于篩網(wǎng)框的兩側(cè)邊上的輪槽中，由把手的推拉，使篩網(wǎng)從一端滑向另一端。
本發(fā)明主要是利用蜈蚣草羽葉從水體環(huán)境中大量吸收和富集砷，從水體中取出羽葉即可帶走大量砷。與傳統(tǒng)的砷污染水體治理方法相比，該方法更廉價、簡便、高效，是一種實用范圍廣、投資和運行成本低、容易維護、操作簡單的“綠色環(huán)境技術(shù)”。本發(fā)明可以解決砷污染水體的修復(fù)和治理問題，具有良好的環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益，在砷污染水體的修復(fù)和治理方面有巨大的應(yīng)用潛力。


圖1為本發(fā)明蜈蚣草離體羽葉對含砷濃度為52μg/L的水體的處理效果。
圖2為本發(fā)明蜈蚣草離體羽葉對含砷濃度為530μg/L的水體的處理效果。
圖3為本發(fā)明蜈蚣草離體羽葉對含砷濃度為5000μg/L的水體的處理效果。
圖4為本發(fā)明砷污染水體修復(fù)裝置三維示意圖。
圖5為本發(fā)明蜈蚣草羽葉盛接裝置的俯視圖。
圖6為圖5中B端面或C端面的側(cè)視圖。
圖7為圖5中A端面的正視圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本砷污染水體修復(fù)方法和裝置作進一步的描述。
請參閱圖4，本發(fā)明的裝置主要由貯水池1和羽葉盛接裝置組成。其中羽葉盛接裝置的長和寬根據(jù)貯水池1的大小而定，羽葉盛接裝置的基本結(jié)構(gòu)是由兩層塑料篩網(wǎng)6和7(篩網(wǎng)的孔徑為0.2～0.4cm)周圈固定在一呈矩型的篩網(wǎng)框2邊緣上。上層篩網(wǎng)6的尺寸略大于篩網(wǎng)框2的尺寸，下層篩網(wǎng)7的尺寸大于上層篩網(wǎng)6，蜈蚣草羽葉碎片放置在兩層篩網(wǎng)中間，這樣可以避免羽葉漂浮在水體表面，使羽葉碎片全部浸入水體中，與待修復(fù)水體充分接觸，并由貯水池底內(nèi)的攪拌裝置5連續(xù)攪拌，在本實施例中的攪拌裝置5可為一攪拌機。完成修復(fù)后，從貯水池中取出羽葉盛接裝置，將吸收了水中砷的羽葉進行填埋或焚燒。
再結(jié)合參閱圖5至圖7，為了更方便地清理羽葉，還可以在羽葉盛接裝置的篩網(wǎng)框的一端設(shè)成活動把手8，把手8旁設(shè)有滑輪9，篩網(wǎng)框的兩側(cè)邊設(shè)有輪槽10。每次羽葉處理結(jié)束時，將把手8從A端滑向D端，從篩網(wǎng)中取出蜈蚣草羽葉，收集后集中處理。
以下是利用上述裝置進行污染水體修復(fù)的實施例。
實施例1待處理砷污染水體(砷濃度為52μg/L)通過進水口3進入貯水池1中，將切碎的蜈蚣草羽葉(長度為1cm，水∶蜈蚣草＝500∶1，V/W)放入羽葉盛接裝置的兩層篩網(wǎng)6和7中間，然后將塑料篩網(wǎng)和羽葉全部浸入水中，用攪拌裝置5不停地進行攪拌。在0、1、4、8、12、24和48小時取水樣分析其砷濃度，48小時后將羽葉盛接裝置2的A端滑向D端，將羽葉從篩網(wǎng)中取出后集中處理，處理后的水體從出水口4輸出貯水池1。從圖1可以看出，在0-12小時之間，水體中砷的濃度隨著羽葉浸泡時間的延長而降低，到12小時時水體中砷的濃度達到最低，為33.5μg/L，并達到我國《生活飲用水衛(wèi)生標準》限定的含砷濃度(50μg/L，GB 5749-85)以下；從12-48小時，水體中砷的濃度有回升的趨勢。整個過程中蜈蚣草羽葉對砷的去除效率最高可達33.5％。
實施例2主要操作過程基本同實施例1，但是待修復(fù)水體的砷濃度為530μg/L。將切碎的蜈蚣草羽葉浸入待處理水體中(水∶蜈蚣草＝500∶1，V/W)，在0、1、4、8、12、24和48小時時取水樣分析其砷濃度，48小時后將羽葉從水體中取出。從圖2中可以看出，在0-24小時之間，水體中砷的濃度隨著羽葉浸泡時間的延長而降低，到24小時時水體中砷的濃度達到最低，為440μg/L。如果增加蜈蚣草羽葉的用量，其去除砷的效率可以進一步提高。通過采用蜈蚣草羽葉進行修復(fù)后，污染水中的砷濃度降低到我國《污水綜合排放標準》中限定的含砷濃度(500μg/L，GB 8978-1988)以下。
實施例3主要操作過程基本同實施例1，但是待修復(fù)水體的砷濃度為5000μg/L(普通工業(yè)污水含砷濃度的最高水平)。在砷濃度為5000μg/L的水體中浸入蜈蚣草羽葉(水∶蜈蚣草＝500∶1，V/W)，在不同時間取水樣分析其砷濃度。從圖3中可以看出，在0-12小時之間，水體中砷的濃度隨著羽葉浸泡時間的延長而降低，到12小時時水體中砷的濃度達到最低，為4500μg/L。整個過程中砷的去除效率最高可達10％。
權(quán)利要求
1.一種砷污染水體修復(fù)方法，其步驟如下a)待蜈蚣草長至40～100cm高后采取其成熟羽葉；b)稱取蜈蚣草羽葉，待修復(fù)含砷水體的體積與蜈蚣草羽葉重量比例為400～2000升/公斤；c)將羽葉切成長度為0.5～2cm的碎片；d)將羽葉碎片浸入待處理水中進行攪拌，在光照條件下浸泡12～24小時后，將羽葉收集起來進行集中處理。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟d中處理羽葉的方法是填埋或焚燒。
3.用于權(quán)利要求1所述方法的裝置，主要由貯水池和蜈蚣草羽葉盛接裝置組成，貯水池設(shè)有進水口和出水口；其中蜈蚣草羽葉盛接裝置為平行的兩層篩網(wǎng)，篩網(wǎng)的孔徑為0.2～0.4cm，篩網(wǎng)周圈固定在篩網(wǎng)框邊緣上；兩層平行的篩網(wǎng)中，上層篩網(wǎng)的長度大于篩網(wǎng)框的長度，下層篩網(wǎng)的長度大于上層篩網(wǎng)，使兩層篩網(wǎng)下垂于貯水池中；由上述裝置，蜈蚣草羽葉碎片置于兩層篩網(wǎng)中間，并與篩網(wǎng)一起浸入貯水池中待修復(fù)的砷污染水體中。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述篩網(wǎng)為塑料篩網(wǎng)。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述貯水池底設(shè)有攪拌裝置。
6.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述蜈蚣草羽葉盛接裝置中的篩網(wǎng)框一端兩側(cè)設(shè)有把手，把手旁設(shè)置有滑輪，該滑輪置于篩網(wǎng)框的兩側(cè)邊上的輪槽中，由把手的推拉，使篩網(wǎng)從一端滑向另一端。
全文摘要
一種砷污染水體植物修復(fù)的方法和裝置，利用蜈蚣草的離體葉片從污染水體中大量吸收砷，達到降低水體中砷含量和凈化水質(zhì)的目的。其裝置主要由貯水池和蜈蚣草羽葉盛接裝置組成，貯水池設(shè)有進水口和出水口，池底設(shè)有攪拌裝置，蜈蚣草羽葉置于兩層塑料篩網(wǎng)中間，塑料篩網(wǎng)固定在羽葉盛接裝置上。本發(fā)明具有投資少和維護成本低、工程量小、能耗低、容易維護、操作簡單、砷去除效率高、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點，是一種適用范圍廣、效果好的污染水體“綠色修復(fù)技術(shù)”，可用于各種受砷污染水體的修復(fù)和污染治理，修復(fù)后的水質(zhì)能夠達到國家相關(guān)水質(zhì)標準的要求。
文檔編號C02F101/10GK1935699SQ20051008648
公開日2007年3月28日 申請日期2005年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月22日
發(fā)明者陳同斌, 閻秀蘭, 陳陽, 黃澤春, 雷梅, 廖曉勇 申請人:中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所