渗滤覆盖层

应用与环境生物学报2005,11(5):554~558ChinJApplEnvironBiol=ISSN10062687X20052102254种禾草用于覆盖层灌溉垃圾渗滤液的比较3王如意何品晶33邵立明张斌李国建(同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室上海200092)摘要以改良型百慕大草、普通狗牙根、香根草、百喜草4种禾草和经循环回灌处理后的渗滤液为实验材料,进行了不同体积浓度渗滤液在模拟垃圾填埋场植被覆盖层灌溉处理的实验研究.
结果表明,经一个生长季12mmd-1的渗滤液灌溉胁迫,改良型百慕大、香根草、普通狗牙根皆能生长,而百喜草在高浓度下不能存活.
渗滤液15%浓度时,4种禾草生物量最大,随浓度的增大生物量明显下降,生物量和渗滤液体积浓度呈显著负相关;生物量下降率的大小表明了禾草对渗滤液的抗性:百慕大>香根草>狗牙根>百喜草.
高浓度渗滤液灌溉会导致禾草活性氧产生和抗氧化系统清除间动态平衡的破坏和膜脂过氧化的加剧,加速了禾草衰老进程;保持抗氧化酶活性的稳定是禾草抗渗滤液胁迫的机制之一.
渗滤液灌溉裸土覆盖层处理水量削减率和COD去除率分别为52.
5%~57.
6%和64.
3%~66.
1%,植被覆盖层灌溉处理效果优于裸土,水量削减率为61.
3%~91.
2%,COD去除率66.
4%~94.
0%.
低浓度渗滤液下百慕大、狗牙根水量削减和COD去除效果较好,而高浓度时香根草较好.
渗滤液覆盖层灌溉处理的水量削减和COD去除效果表明,填埋场终场覆盖层灌溉处理渗滤液是可行的,改良型百慕大和香根草是适宜的植被材料.
图4表1参19关键词渗滤液;灌溉处理;禾草;水量削减;植被覆盖层CLCX705Q945.
78COMPARISONOFFOURGRASSESUSEDASCOVERFORIRRIGATIONTREATMENTOFLANDFILLLEACHATE3WANGRuyi,HEPinjing33,SHAOLiming,ZHANGBin&LIGuojian(StateKeyLaboratoryofPollutionControlandResourceReuse,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)AbstractRecirculatedlandfillleachatewasirrigatedintomimiclandfillvegetationtoanalyzetheeffectofdifferentvolumeconcentrationsanddifferentgrassesonleachatetreatmentefficiency.
Fourgrasseswereselected:improvedbermudagrassDolsol(Cynodondactyloncv.
Dolsol),commonhulledbermudagrass〔Cynodondactyoln(L.
)Pers〕,vetivergrass(Vetiveriazi2zanioidesNash)andbahiagrass(PaspalumnotatumFlugge).
Theresultsshowedthatallthegrassescouldsurvivewiththeir2rigationloadingof12mm/dforonegrowthseason,exceptthatbahiagrassdiedwithhighvolumeconcentration.
Mostabovegroundbiomasswasobtainedwhenirrigatedwith15%volumeconcentration.
Oncetheconcentrationsurpassed15%andincreasedgradually,vegetationbiomassdecreased,negativelyrelatedtovolumeconcentration.
Thedecreasingrateofbiomassindicatedthattheresistantabilitytoleachatewas:bermudagrass>vetivergrass>commonbermudagrass>bahiagrass.
Highvolumeconcentrationleachateresultedintheimbalanceofactivatedoxygenproductionandscavenge,acceleratedtheprocessoflipidperoxidationandimposedonthegrassesdetrimentally.
Leachatevolumereductionof61.
3%~91.
2%andCODremovalof66.
4%~94.
0%wereobtainedrespectivelybyirrigatedleachateintograsscover,whileonly52.
5%~57.
6%and64.
3%~66.
1%intobarecover.
Underlowvolumeconcentrationofleachateirrigation,thevolumeandCODreductionefficiencyofbermudagrasswasbetterthanthoseofvetivergrass,whilevetivergrassbetterthanbermudagrassunderhighvolumeconcentra2tionofleachateirrigation.
ThegoodefficiencyofleachatevolumereductionandCODremovalmeantthatleachatetreatmentthroughirrigationonlandfillvegetationwasfeasible,andbermudagrassandvetivergrassweresuitablevegetationr.
Fig4,Tab1,Ref19Keywordsrecirculatedlandfillleachate;irrigationtreatment;grass;volumereduction;vegetationcoverCLCX705Q945.
78以渗滤液循环回灌为核心的垃圾生物反应器填埋既加速了垃圾的稳定化又降低了渗滤液的污染负荷[1],但经填埋层循环回灌后的渗滤液,生物可降解性差,腐殖类物质含量和氨收稿日期:2004208212接受日期:20042112013国家"863"项目(2001AA644010,2003AA644020)资助SupportedbytheNational"863"ProjectsofChina33通讯作者Correspondingauthor(E2mail:solidwaste@mail.
tongji.
edu.
cn)氮浓度高,此类渗滤液生物处理效果有限,而物化处理成本高[2].
借助于渗滤液灌溉土壤,水量可通过蒸发作用大幅削减[3],灌溉垃圾填埋场封场植被能促进植被生长,有利于填埋场生态恢复,并有一定污染物去除和蒸散减量效果[4,5],因此可通过在垃圾填埋场植被覆盖层灌溉处理经循环回灌渗滤液,利用覆盖层植物-土壤生态系统来净化和减量此类渗滤液.
植被的重要作用在于参与净化水质,提高蒸散力,有效减量渗滤1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.
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cnki.
net液,降低渗滤液灌溉时的二次污染特别是臭气污染,且植被也有利于垃圾填埋场本身的安全与稳定;因此能否有效净化和减量渗滤液,关键在于选择适宜的植物,要能耐受渗滤液灌溉造成的特定土壤环境的胁迫.
香根草(Vetiveriazizanioides)已被广泛证明具有较强的抗逆能力和净化能力,它在纯尾矿或由尾矿和垃圾组成的混合基质上都能生长,且在供试垃圾场上可以旺盛生长,是可行的垃圾场植被恢复材料[6,7],不但对生活污水有良好的去除效果[8],对垃圾污水净化也有一定效果[9].
百喜草(Paspalumno2tatum)是一种优良的水土保持植物,也是抗逆性较强的植物,在垃圾场和尾矿上能较好生长[6,10,11].
狗牙根(Cynodondac2tylon),属禾本科,具有生长势强、适应性广、耐盐碱、养护粗放的特点,是垃圾填埋场植被恢复草本植物中的优势种,在填埋场特定的生态环境下可良好生长[12],对渗滤液的浇灌有较强的耐性[13].
本文采用盆栽模拟的方法,对上述3属4种禾草进行比较,以期了解它们对经循环回灌处理的渗滤液灌溉胁迫的抗性及作为覆盖层植被的适宜性,探索了在填埋场终场植被覆盖层灌溉处理此类渗滤液的可行性,探讨渗滤液对植物的作用机制,为垃圾填埋场植被重建提供依据.
1材料与方法1.
1供试材料供试植物为4种禾草:改良型百慕大(袋鼠)(Cynodondactyloncv.
Dolsol)、普通狗牙根(脱壳)〔C.
dactylon(L.
)Pers〕、香根草(VetiveriazizanioidesNash)及百喜草(PaspalumnotatumFlugge);渗滤液为上海老港垃圾填埋场调节池渗滤液(COD6000~15000mgL-1、NH32N600~2000mgL-1,B/C0.
2~0.
3),经实验室处于稳定产甲烷阶段的厌氧垃圾填埋柱(填龄2a)循环回灌处理后的出水(表1).
1.
2试验设计于2003年3月底定量播入百慕大、狗牙根、百喜草草籽,香根草草苗移栽入上口直径为26cm、下口直径为20cm、深26cm塑料盆所盛土壤中,为模拟垃圾填埋场终场覆盖层;塑料盆底部开有出水孔,出水孔上铺1.
5cm厚陶粒层和0.
5cm厚土工布、土工布上铺22cm厚土;塑料盆悬吊于自制的实验板台中,仅盆口暴露于太阳光下,避免太阳照射到盆壁.
土壤为轻壤土,有机质1.
73%,总氮0.
039%,总磷0.
052%,pH8.
3;各盆之间土壤质地、密度相同;模拟植被覆盖层和裸土覆盖层渗滤液灌溉处理试验均设5组,其中渗滤液体积浓度:0(自来水100%)作对照组,体积浓度15%、35%、70%和100%(原液)作为4个实验组,每组3个重复.
待禾草成活后,从4月下旬起每天按设定的渗滤液体积浓度灌溉,水力负荷固定为12mmd-1(650mLpot-1d-1),水一次均匀布入模拟覆盖层表面,定期收集出水,记录出水水量并测定其COD值.
1.
3生理生化指标测定于按设计的水力负荷12mmd-1灌溉后近6mo(10月中下旬)后对禾草进行采样分析.
清晨,选择有代表性的新鲜植株叶片,剪成小段混匀,称取定量进行测试.
然后收获植物地上部分,洗净并80℃烘至恒重,称重统计生物量.
表1渗滤液的水质特征Table1Characteristicsofrecirculatedlandfillleachate指标Index范围Range灌溉期间均值AveragevaluepH7.
68~8.
428.
21ρ(BOD)/mgL-120~10060ρ(COD)/mgL-1500~18001000ρ(NH32N)/mgL-1600~20001100ρ(NO32N)/mgL-10~5015ρ(KN)/mgL-1660~22001200ρ(P)/mgL-13.
354~4.
6274.
173ρ(Cl-)/mgL-11000~30001500ρ(Na)/mgL-1642.
6~897.
5764.
1ρ(Cu)/mgL-10.
019~0.
0260.
0215ρ(Zn)/mgL-10.
243~0.
2820.
258ρ(Cr)/mgL-1覆盖层灌溉垃圾渗滤液的比较1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.
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cnki.
net物量高于对照组,但差异不显著(P>0.
05),表明适当浓度渗滤液灌溉对抗性较强的禾草来说是有利的.
当渗滤液体积浓度大于15%后,随着其浓度的增大,3种草地上部分生物量明显下降,生物量和浓度成显著负相关,关系式分别为:y=-2.
1175x+319.
86(R2=0.
9975),y=-1.
0799x+275.
09(R2=0.
9552),y=-1.
5803x+328.
85(R2=0.
9279);可知生物量下降速度为普通狗牙根>香根草>改良型百慕大,说明后者对渗滤液的抗性要强于前者.
图1渗滤液胁迫对禾草地上部分生物量的影响Fig.
1Effectsofrecirculatedlandfillleachateirrigationonabovegroundbiomassoffourgrasses:普通狗牙根C.
dactylon;:改良型百慕大C.
dactylon;:香根草V.
zizanioides;*:百喜草P.
notatum.
下同Thesamebelow2.
1.
2渗滤液灌溉下禾草受胁迫差异分析植物在逆境会发生膜脂的过氧化作用,导致膜结构和功能的破坏,膜透性增加.
MDA是膜脂过氧化产物之一,其含量和膜透性大小反映了受胁迫导致脂质过氧化和膜系统伤害程度.
由图2可知,渗滤液胁迫下普通狗牙根、改良型百慕大、香根草3种草MDA和相对膜透性在15%浓度时均最低,且均显著低于对照组(P狗牙根>百慕大,且香根草的MDA绝对量较高,说明渗滤液胁迫下香根草的膜脂过氧化程度要高于普通狗牙根和改良型百慕大,而相对膜透性增加率,普通狗牙根>改良型百慕大>香根草,MDA增长率大小与膜透性增长率大小并未表现出完全一致的关系;相关分析表明,除对照组外狗牙根、百慕大、香根草地上部分生物量均和MDA含量成显著负相关(R=-0.
889,-0.
949,-0.
965),和相对膜透性成显著负相关(R=-0.
934,-0.
992,-0.
873),表明高浓度渗滤液胁迫会加剧膜脂过氧化作用,使质膜相对透性增大,从而对禾草生长产生了不利影响,造成生物量的降低.
由图2可知,15%浓度渗滤液作用下,3种草H2O2量均较低,之后随浓度增大,H2O2量均增加.
和狗牙根、百慕大相比,香根草H2O2含量绝对值较小,且增加率较低;狗牙根比百慕大的H2O2含量较高且增加率较高.
H2O2是对植物具有毒害作用的一种活性氧,可抑制SOD等酶的活性,参与叶绿素的降解,降低叶绿体的抗坏血酸含量,引起膜脂质过氧化,加速叶片的衰老[16],除对照组外,各草丙二醛、膜透性和H2O2含量间的正相关,生物量和H2O2含量间的负相关也说明了此点,这也表明渗滤液的伤害可能与活性氧引起的氧化胁迫有关.
2.
1.
3抗氧化酶SOD、POD活性变化与耐性SOD是O·2的主要清除剂,它可将O·2岐化为H2O2与O2,控制膜脂过氧化,减少膜系统的伤害,被认为是抵御活性氧伤害的"第一道防线"[18].
由图3可看出,狗牙根SOD活性较高,随体积浓度的增大,禾草的SOD活性迅速升高,香根草、改良型百慕大在35%浓度时达到最大值,而普通狗牙根在15%浓度即达最大值,之后随浓度的增大,SOD活性下降,下降率为香根草覆盖层灌溉处理对渗滤液水量减量和主要污染物COD去除效果近一个生长季后,进水负荷12mmd-1条件下,裸土覆盖层灌溉处理水量削减率和COD去除率分别为52.
5%~57.
6%和64.
3%~66.
1%,不同体积浓度渗滤液下处理效果差异不大;同等条件下,禾草植被覆盖层处理效果较裸土更佳,水量削减率为61.
3%~91.
2%,COD去除率66.
5%~94.
0%;渗滤液原液灌溉组裸土覆盖层水量削减率、COD去除率分别为52.
5%和64.
3%,改良型百慕大、香根草和普通狗牙根覆盖层的水量削减率分别为64.
6%、62.
1%和61.
3%,COD去除率分别为69.
2%、66.
4%和68.
4%,可见渗滤液覆盖层灌溉处理减量效果明显(图4).
相关分析表明,改良型百慕大、香根草、普通狗牙根覆盖层对水量的削减率与各自的生物量线性正相关(R=0.
804,0.
663,0.
952),显然生物量差异造成蒸散蒸发效果,导致了同种草不同浓度渗滤液减量效果的差异;COD去除率同渗滤液的削减率呈显著正相关(R=0.
992,0.
769,0.
945),表明COD去除主要缘由为覆盖层的截留作用,而不是生物降解去除,这也符合此类渗滤液性质特点,即生物降解性差、有机物大部分为腐殖类物质.
不同草间,低浓度下同为狗牙根属的改良型百慕大、普通狗牙根水量削减和COD去除效果较好,而高浓度时香根草略好.
图4渗滤液覆盖层灌溉处理水量减量和COD去除的效果比较Fig.
4ComparisonofleachatevolumeandCODreductionefficiencythroughirrigationonmimiclandfillvegetationcover1:狗牙根C.
dactylon;2:百慕大C.
dactylon;3:香根草V.
zizanioides;4:裸土CK3结论3.
1渗滤液覆盖层灌溉处理有良好的水量削减和COD去除效果,裸土覆盖层对水量的削减率在52%以上,对COD的去除率在64%以上;植被覆盖层分别在61%和66%以上,通过在垃圾填埋场植被覆盖层对渗滤液的最终处理是可行的.
3.
2适宜的草本植物材料可耐渗滤液原液高水力负荷灌溉;对渗滤液的抗性:改良型百慕大>香根草>普通狗牙根>百喜草;低体积浓度的渗滤液有利于禾草的生长,而高浓度则产生不利影响,且浓度越高不利影响越明显.
3.
3高浓度渗滤液灌溉会导致禾草活性氧产生和抗氧化系统清除间动态平衡的破坏和膜脂过氧化的加剧,加速了禾草衰老进程.
保持抗氧化酶活性的稳定,是禾草抗渗滤液胁迫的机制之一.
3.
4从对渗滤液灌溉胁迫的抗性和处理效果综合分析,香根7555期王如意等:4种禾草用于覆盖层灌溉垃圾渗滤液的比较1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.
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net草、改良型百慕大、普通狗牙根、百喜草4种禾草中,除百喜草外均可以作为渗滤液垃圾填埋场终场覆盖层灌溉处理植被材料,但香根草、改良型百慕大更适宜.
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