專利名稱：植物材料吸附劑-水絲蚓生物聯(lián)合去除景觀水體中重金屬污染物的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種植物材料吸附劑一水絲蚓生物聯(lián)合去除景觀水體中重金屬污染物的方法 及其裝置，屬于水體凈化及環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)以來，隨著工業(yè)和經(jīng)濟的迅速發(fā)展，世界各國都出現(xiàn)了不同程度的環(huán)境污染問題， 其中工業(yè)"三廢"排放、農(nóng)業(yè)活動以及城市面源污染等，是造成景觀水體遭受有機、無機和 重金屬物質(zhì)污染的主要原因。相對于富營養(yǎng)化水體中大量存在的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，水體中 的重金屬污染物濃度相對較低。然而，這些重金屬污染物一旦進(jìn)入水體，就可能造成水生生 態(tài)系統(tǒng)內(nèi)潛在的生物體重金屬毒害，并由此進(jìn)一步導(dǎo)致其在食物鏈中的傳遞和累積，從而最 終危極人類健康安全。
傳統(tǒng)的水體重金屬污染物去除方法包括物理和化學(xué)兩種。這些方法往往具有去除效率高、 效果穩(wěn)定、操作方法簡單等優(yōu)點，但它們有一個共同的缺點就是成本和運行費用較高，不適 于大規(guī)模使用，尤其在開放的景觀水體應(yīng)用中具有較為明顯的局限性。生物吸附法是一項處 理重金屬污染廢水的新技術(shù)。與傳統(tǒng)處理方法相比，生物吸附法的主要優(yōu)點在于其吸附速度 快、回收效率高，能有效地降低水體中的重金屬污染物濃度，且所用的生物材料來源廣泛， 其中很多都是工農(nóng)業(yè)的副產(chǎn)物或廢棄物，因此成本和運行費用低廉，對水生生態(tài)系統(tǒng)影響較 小，可應(yīng)用于景觀水體的水質(zhì)凈化中。目前，在眾多的重金屬生物吸附劑中，利用農(nóng)業(yè)副產(chǎn) 物，如木屑、樹皮、麥麩、谷殼、玉米皮和玉米芯等作吸附劑去除水體中重金屬污染物的研 究備受關(guān)注。作為我國產(chǎn)量最大的農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物，麥麩和米糠的年產(chǎn)量分別可達(dá)2000和1000 萬噸以上。然而，目前這些麥麩和米糠的主要用途是作為飼料，經(jīng)濟價值不高。因此，若能 夠?qū)⑦@些農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品作為重金屬的生物吸附劑，不僅資源豐富，而且價格低廉。近年來，大 量研究已證明了麥麩和米糠所具有的吸附水體中重金屬污染物的能力。然而，研究也表明， 在適宜的條件下，這些生物吸附劑也存在著一定的解吸附過程。此外，麥麩和米糠中所含有 的蛋白質(zhì)、脂類等有機質(zhì)成分會隨其在水體中的長時間浸泡而分解，從而可能造成水體的二 次污染。因此若在景觀水體中應(yīng)用麥麩和米糠等的植物材料吸附劑時，則必須進(jìn)行預(yù)處理或 定期回收。
水絲蚓(Z/w"oAz7^sp.)是淡水生態(tài)系統(tǒng)中最為常見的底棲動物，屬環(huán)節(jié)動物門、寡毛
3綱、近孔寡毛目、顫蚓科、水絲蚓屬，常生活在河流及湖泊淺層區(qū)域，以腐殖質(zhì)為食，同時 也是水中魚類的優(yōu)質(zhì)餌料，常在水環(huán)境污染較為嚴(yán)重的水域中大量出現(xiàn)。目前，全世界記載 的水絲蚓屬有10種以上，其中作為優(yōu)勢種類的霍甫水絲蚓"/附"(W^/^; of附eWm')在我國 主要河湖水域中均有大量分布。由于水絲蚓生命周期相對較長、遷移能力有限，在長期的環(huán) 境適應(yīng)過程中逐步形成了敏感的環(huán)境變化響應(yīng)機制以及較強的環(huán)境脅迫抗逆性，可對棲息地 物理、化學(xué)及生態(tài)特性隨時間、空間的變化情況進(jìn)行綜合反映，因此，長期以來人們多將其 作為反映淡水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的主要評價指標(biāo)之一。近年來，研究者開始逐步關(guān)注水絲蚓 對水體中各類污染物質(zhì)所表現(xiàn)出的生理耐受性，以及其在水質(zhì)凈化方面所具有的應(yīng)用潛力。 沉積在底泥表面的重金屬污染物質(zhì)可通過攝食和呼吸過程等途徑進(jìn)入水絲蚓體內(nèi)，并在其表 皮及腸壁細(xì)胞中累積。這些重金屬離子能夠誘導(dǎo)蟲體細(xì)胞內(nèi)金屬硫蛋白(metallothionein， MT)的合成，而與金屬硫蛋白絡(luò)合后的重金屬離子即被儲存和隔離在溶小體(lysosomes) 中。顯然，金屬硫蛋白是水絲蚓抵抗重金屬毒性的重要適應(yīng)性機能。同時，為了防止過高濃 度重金屬污染物對蟲體自身的損壞，水絲蚓還形成了獨特的尾部"自割"機制，即水絲蚓的 尾部有較多的溶小體，可以吸收更多的金屬儲存隔離在尾部的表皮細(xì)胞或腸道的上皮組織間， 當(dāng)金屬累積儲存到一定濃度時，尾端體節(jié)與體節(jié)之間的隔膜處便會凹陷裂開，將尾部自割。 由于水絲蚓有很強的再生能力，因此，自割后經(jīng)過約兩個星期的時間，可以再生新的尾巴， 并不會造成傷害，而斷掉的尾巴會皺縮成念珠狀退化消失，不會變成另一個新的個體。此外， 研究人員還將重金屬污染區(qū)域生長的水絲蚓進(jìn)行草蝦(Pa/aemm^^wg/o)喂食實驗，未觀察 到草蝦體內(nèi)的重金屬污染物累積現(xiàn)象。由此可知，水絲蚓能夠利用其獨特的生物學(xué)機制轉(zhuǎn)化 和降解水體中重金屬污染物毒性，但其中具體生理學(xué)過程尚未得到完整的解釋。
在針對景觀水體中重金屬污染物去除技術(shù)的研究中，需要解決兩個最為關(guān)鍵問題，即重 金屬的遷移途徑和生物毒性轉(zhuǎn)化。植物材料吸附劑在吸附水體重金屬污染物方面的有效性已 得到證實，當(dāng)吸附重金屬后的植物材料吸附劑作為餌料被水絲蚓攝食后，由吸附劑造成的水 體二次污染風(fēng)險則會大大降低。水絲蚓對于重金屬物質(zhì)的生物學(xué)耐受性及毒性降解能力，使 得水體中的重金屬污染物能夠最大限度的被"植物材料吸附劑-水絲蚓"系統(tǒng)所吸附和轉(zhuǎn)移， 同時其生物毒性也將會減少。因此，利用"植物材料吸附劑-水絲蚓"生物聯(lián)合去除景觀水體 中重金屬污染物具有非常好的應(yīng)用前景。然而，目前國內(nèi)外相關(guān)的"植物材料吸附劑-水絲蚓" 生物聯(lián)合去除景觀水體中重金屬污染物質(zhì)的方法和設(shè)計還未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種植物材料吸附劑一水絲蚓生物聯(lián)合去除景觀水體中重金屬污染物的方法及其裝置。
本發(fā)明一種植物材料吸附劑一水絲蚓生物聯(lián)合去除景觀水體中重金屬污染物的方法，其 特征在于具有以下的過程和步驟
a. 植物材料吸附劑的制備將具有良好水絲蚓適口性的植物性農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物預(yù)先進(jìn)行研 磨，并過篩，控制其粒徑為0.50mm左右；所述的植物農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物為麥麩，谷殼、玉米、玉 米芯等，選擇其中的任一種或兩種的混合物；
b. 水絲頓生物的準(zhǔn)備,選擇健康的水絲蝴成蟲，蟲體體長為25 40mm，體寬0.7 0.8mm， 蟲體體質(zhì)健壯，活力較強，呈紅色或紅褐色；
c. 將上述植物材料吸附劑和水絲躬l生物先后分別放置于箱體中的隔離網(wǎng)上；植物材料吸 附劑的投加量與水絲蚓生物的投放量兩者的重量比例為5: 1;將箱體放置于需處理的景觀水 體中，并保持箱體頂部懸于水面20cm以上。
所述的水絲頓隔離網(wǎng)的孔徑為小于0.7mm;所述水體中的重金屬污染物濃度為lmg/L時， 水絲蚓生物的投放量為250g/m3。
一種植物材料吸附劑一水絲蚓生物聯(lián)合去除景觀水體中重金屬污染物的方法中使用的專 用裝置，該裝置包括有箱體、箱體骨架、硬質(zhì)尼龍篩網(wǎng)、水絲頓固定隔離網(wǎng)、固定鎖扣和泡 沫塑料浮板；其特征在于箱體由箱體骨架及其間的硬質(zhì)尼龍篩網(wǎng)包圍組成；所述硬質(zhì)尼龍 篩網(wǎng)的孔徑為小于0.5mm;水絲蚓固定隔離網(wǎng)位于離箱體底部三分之一箱體總高度處，該固 定隔離網(wǎng)的孔徑為小于0.7mm;固定隔離網(wǎng)和尼龍篩網(wǎng)的厚度為0.3 0.4mm;在所述箱體的 底部設(shè)置有泡沫塑料浮板，以保證調(diào)節(jié)和保持箱體頂部懸浮于水面20cm以上；在箱體頂面 相對對角側(cè)設(shè)有固定鎖扣，以用于加裝繩索從而固定裝置在水體中的位置以及便于回收。
本發(fā)明方法的優(yōu)點和特點如下所述
(1) 采用"植物材料吸附劑-水絲蚓"生物聯(lián)合去除景觀水體中的重金屬污染物，能夠 有效降低水體中重金屬污染物濃度，成本和運營費用低廉，操作簡便，可應(yīng)用在開放的景觀 水體中，且不會對水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響；
(2) 利用水絲蚓攝食吸附重金屬后的植物材料吸附劑，可減少吸附劑作為生物吸附劑后 可能存在的解吸附和有機質(zhì)分解對水體影響的風(fēng)險；
(3) "植物材料吸附劑-水絲蚓"聯(lián)合去除景觀水體重金屬污染物裝置結(jié)構(gòu)簡單，制作成 本低廉，可被重復(fù)使用。


圖1是本發(fā)明一種植物材料吸附劑一水絲蚓生物聯(lián)合去除景觀水體中重金屬污染物的特 殊專用裝置。
具體實施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明結(jié)合附圖及實施例作進(jìn)一步描述。 實施例l
本發(fā)明利用植物材料吸附劑一水絲蚓生物聯(lián)合去除景觀水體中重金屬污染物。本發(fā)明主 要設(shè)計了一種專用裝置，該裝置如圖l所示，該裝置包括有箱體l、箱體骨架2、硬質(zhì)尼龍篩 網(wǎng)3、水絲蚓固定隔離網(wǎng)4、固定鎖扣5和泡沫塑料浮板6;箱體l由箱體骨架2及其間的硬 質(zhì)尼龍篩網(wǎng)3包圍組成；所述硬質(zhì)尼龍篩網(wǎng)的孔徑為小于0.5mm;水絲蚓固定隔離網(wǎng)4位于 離箱體底部三分之一箱體總高度處，該固定隔離網(wǎng)的孔徑為小于0.7mm;固定隔離網(wǎng)4和尼 龍篩網(wǎng)3的厚度為0.3 0.4mm;在所述箱體1的底部設(shè)置有泡沫塑料浮板6，以保證調(diào)節(jié)和 保持箱體1頂部懸浮于水面20cm以上；在箱體1頂面相對對角側(cè)設(shè)有固定鎖扣5，以用于加 裝繩索從而固定裝置在水體中的位置以及便于回收。
在上述專用裝置箱體中的水絲蚓固定隔離網(wǎng)上先后分別放置水絲頓生物及植物材料吸附 劑；植物材料吸附劑的投加量與水絲蚓生物的投放量兩者重量比例為5: 1,將箱體放置于需 處理的景觀水體中，并保持箱體頂部懸于水面20cm以上。
植物材料吸附劑和水絲蚓生物的準(zhǔn)備過程如下所述
(1) 植物材料吸附劑的制備將具有良好水絲躬l適口性的植物農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物預(yù)先進(jìn)行研磨， 并過篩，其平均粒徑為0.50mm;所述的植物性農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品為麥麩或谷殼。
(2) 水絲蚓生物的準(zhǔn)備選擇健康的水絲蚓成蟲，蟲體體長為25 40mm，體寬為0.7 0.8mm，蟲體體質(zhì)健壯，活力較強，呈紅色或紅褐色。
本實施例中，其具體操作過程如下
根據(jù)所需處理的景觀水體中重金屬污染物濃度，將經(jīng)預(yù)先2天饑餓處理的健康水絲頓成 蟲放置于箱體水絲蚓隔網(wǎng)內(nèi)；水絲蚓的放置量依據(jù)所需處理水體中的重金屬污染情況而定， 當(dāng)水體中重金屬污染物濃度為lmg/L時，投放量約為250g鮮重/m、健康水絲衂成蟲應(yīng)表現(xiàn) 為蟲體體長25 40mm，體寬0.7 0.8mm,蟲體體質(zhì)健壯，活力較強，呈紅色或紅褐色；將 "植物材料吸附劑-水絲蚓"聯(lián)合去除景觀水體重金屬污染物的裝置放置于需處理的景觀水體 內(nèi)，用繩索固定箱體位置；向裝置中投加經(jīng)預(yù)先研磨過篩、粒徑約0.50mm的植物材料吸附 劑，每隔2 4天向裝置中再次追投植物材料吸附劑；植物材料吸附劑總投加量與水絲蟲引生物量的比例為5:1;根據(jù)季節(jié)以及水體受污染程度等情況，"植物材料吸附劑-水絲蚓"聯(lián)合去除 景觀水體重金屬的處理周期可為7 10天，處理結(jié)束后，將裝置內(nèi)的水絲蚓及剩余吸附劑回 收；根據(jù)裝置內(nèi)水絲蚓生命活性情況，更換水絲蚓后重復(fù)進(jìn)行上述處理。 本發(fā)明方法的實驗室試驗
(1) 在實驗室條件下，分別進(jìn)行了水絲蚓和麥麩去除人工污水中重金屬鉛污染物的實驗。 在水絲蚓去除重金屬實驗中，僅向"麥麩-水絲蚓"生物聯(lián)合去除景觀水體重金屬污染物的裝 置中投加水絲蚓，所采用的人工污水中Pb^濃度為50mg/L，實驗用水總體積為50L，水絲蟲引 投加量為50g鮮重。經(jīng)過8天處理，水體中Pb^濃度降至1.35mg/L,平均去除率可達(dá)97.2%， 其中蟲體對人工污水中Pb^的吸附率約為65%。實驗結(jié)束后，水絲蚓生命活性情況仍然良好。
(2) 在麥麩吸附實驗中，僅向"麥麩-水絲蝴"聯(lián)合去除景觀水體重金屬污染物的裝置 中投加麥麩，所采用的麥麩粒徑為0.5mm，所采用的人工污水中P浐濃度為200mg/L，實驗 用水總體積為50L，麥麩的投加量為200g。經(jīng)過90min的處理后，水體中Pb"濃度降至89.32 mg/L，平均去除率為55.34%。
將用于PbS+吸附后的麥麩烘干并投喂水絲蚓后，水絲蚓表現(xiàn)出良好的攝食取向，且攝食 后生命活性良好。
權(quán)利要求
1、一種植物材料吸附劑-水絲蚓生物聯(lián)合去除景觀水體中重金屬污染物的方法，其特征在于具有以下的過程和步驟a.植物材料吸附劑的制備將具有良好水絲蚓適口性的植物性農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物預(yù)先進(jìn)行研磨，并過篩，控制其粒徑為0.50mm左右；所述的植物農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物為麥麩，谷殼、玉米、玉米芯等，選擇其中的任一種或兩種的混合物；b.水絲蚓生物的準(zhǔn)備，選擇健康的水絲蚓成蟲，蟲體體長為25～40mm，體寬0.7～0.8mm，蟲體體質(zhì)健壯，活力較強，呈紅色或紅褐色；c.將上述植物材料吸附劑和水絲蚓生物先后分別放置于箱體中的隔離網(wǎng)上；植物材料吸附劑的投加量與水絲蚓生物的投放量兩者的重量比例為5∶1；將箱體放置于需處理的景觀水體中，并保持箱體頂部懸于水面20cm以上。
2、 如權(quán)補要求1所述的一種植物材料吸附劑一水絲蚓聯(lián)合去除景觀水體中重金屬污染物的方 法，其特征在于所述的水絲蚓隔離網(wǎng)的孔徑為小于0.7mm;所述水體中的重金屬污染物濃度 為lmg/L時，水絲蚓生物的投放量為250g/m3。
3、 一種植物材料吸附劑一水絲頓生物聯(lián)合去除景觀水體中重金屬污染物的方法中使用的專用 裝置，該裝置包括有箱體(1)、箱體骨架(2)、硬質(zhì)尼龍篩網(wǎng)(3)、水絲蚓固定隔離網(wǎng)(4)、 固定鎖扣(5)和泡沫塑料浮板(6);其特征在于箱體(1)由箱體骨架(2)及其間的硬質(zhì) 尼龍篩網(wǎng)(3)包圍組成；所述硬質(zhì)尼龍篩網(wǎng)的孔徑為小于0.5mm;水絲蚓固定隔離網(wǎng)(4) 位于離箱體底部三分之一箱體總高度處，該固定隔離網(wǎng)的孔徑為小于0.7mm;固定隔離網(wǎng)(4) 和尼龍篩網(wǎng)(3)的厚度為0.3 0.4mm;在所述箱體(1)的底部設(shè)置有泡沫塑料浮板(6)， 以保證調(diào)節(jié)和保持箱體(1)頂部懸浮于水面20cm以上；在箱體(1)頂面相對對角側(cè)設(shè)有 固定鎖扣(5)，以用于加裝繩索從而固定裝置在水體中的位置以及便于回收。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種植物材料吸附劑—水絲蚓生物聯(lián)合去除景觀水體中重金屬污染物的方法及其裝置，屬于水體凈化及環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用植物材料吸附劑和水絲蚓生物聯(lián)合去除景觀水體中重金屬污染物。本發(fā)明敘述了植物材料吸附劑的制備及水絲蚓生物的準(zhǔn)備過程，并補用本發(fā)明的專用裝置，即帶有水絲蚓固定隔離網(wǎng)的箱體，將水絲蚓和吸附劑先后放置于該固定隔離網(wǎng)上，然后使箱體懸浮放于需處理的水體中，箱頂面露出水面，每隔2～4天向裝置中再次追投植物材料吸附劑，處理周期為7～10天。本發(fā)明方法通過水絲蚓攝食吸附重金屬后的植物材料吸附劑，可有效提高水體重金屬的生物去除效果。
文檔編號B01J20/22GK101580304SQ20091005386
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者丁國際, 何池全, 劉佳苗, 張亞克, 方嘉蕓, 霞 梁, 高夢凡 申請人:上海大學(xué)