人工湿地利用基质、植物和微生物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用，通过过滤、吸附、共沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对废水的高效净化，同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环，促进绿色植物生长并使其增产，实现废水的资源化与无害化。M.Greenway报道了不同植物对铝、铁、钡、镉、钴、铜、锰、铅、锌等重金属元素的富集作用。经过多年的探索与研究，近年来人工湿地作为改善水环境的一种有效方法，已在水库、湖泊周边面源污染的拦截和地面污染水体的净化等方面得到应用。笔者以菖蒲人工湿地为研究对象，研究了菖蒲人工湿地对煤矿废水中镉的净化作用，分析测定了湿地系统对不同流量的煤
1实验
1.1实验材料
仪器：722E可见分光光度计，上海光谱仪器有限公司。
试剂：硝酸镉、抗坏血酸，AR，成都市科龙化工试剂厂;浓磷酸、碘化钾，AR，重庆川东化工化学试剂厂;孔雀绿，AR，天津市钟表厂(原南开化工厂);明胶，生化试剂，成都市科龙化工试剂厂。
实验所用菖蒲购于重庆永川苗圃园，植株大小基本一致，植株根部大小相当，且植株健康无病虫害。基质采用泥土，采自重庆文理学院环境实验楼旁，无腐叶，已筛选出石头、杂质;河沙采自重庆永川松溉长江沿岸;炭渣采自永川发电厂。实验所用塑料箱的尺寸为：长54cm，宽45cm，高23cm，数量2个，均为实验组。
实验所用煤矿废水为重庆永川新兴煤矿采矿废水，其水质见表1。
1.2实验方法
1.2.1人工湿地的构建
采用长54cm、宽45cm、高23cm的塑料箱进行实验。在箱长两边各4cm处分别设置一块等宽、高18cm和16cm的塑料挡板，并用玻璃胶将其固定;在箱子的中间也设置一块等宽、高14cm的塑料挡板，用玻璃胶将其固定。这样就形成了入水口(18cm挡板一侧)、出水口(16cm挡板一侧)以及中间2个格子。在箱子入水口及2个格子的底部侧边分别开一个小孔以用于排水;在箱子出水口中间高14cm处及底部侧边也分别开一个小孔，分别用于取水和排水。实验装置见图1。
2个塑料箱依次填充2种14cm高的不同基质。1号箱靠近入水口的格子填充泥土，另一个格子填充河沙;2号箱靠近入水口的格子填充泥土，另一个格子填充炭渣(混入少量泥土)。在1、2号箱内种入菖蒲，均控制在12株左右。1号箱简称为菖蒲(泥土+河沙)人工湿地系统;2号箱简称为菖蒲(泥土+炭渣)人工湿地统。
植物移栽到塑料箱后，先通入自来水，待植物适应1个月后观察成活情况，至菖蒲全部成活。在实验的前1周，先通入稀释1倍的煤矿废水驯化3d，停止通废水2d，用自来水浇灌。2d后，开始通入煤矿废水进行实验。
1.2.2实验内容及过程
分别以3、6、9、12、15、18L/d的流量往塑料箱中通入煤矿废水，在一种流量下持续通废水3d后，从取水槽中取水样进行监测。与此同时，停止通废水，并放出系统中的剩余废水;再持续通清水2d，停止通清水，放出余水;2d后进行下一流量实验。根据进、出废水的镉的浓度变化计算其去除率。
1.2.3实验监测方法
废水中镉的监测采用明胶增溶镉(Ⅱ)-碘化钾-孔雀绿体系分光光度法。
2结果与讨论
2.1废水流量对菖蒲(泥土+河沙)人工湿地系统去除镉的影响
可知，菖蒲(泥土+河沙)人工湿地系统对镉的去除率随着废水流量的增大逐渐降低，当流量为3~6L/d时，系统对镉的去除率很高，且变化很小。但当流量>6L/d时，系统对镉的去除率突然下降，这可能是因为基质材料对镉的去除能力有所下降，而菖蒲对镉还处于耐受适应阶段，其对镉的去除能力还不太强。当流量为9~18L/d时，该系统对镉的去除率不断降低，这可能是由于随着处理时间的延长，系统对重金属的容量越来越小所导致，尽管如此，当废水流量达到18L/d时，该系统对镉的去除率仍达到86.23%。由此可知，菖蒲(泥土+河沙)人工湿地系统能较好地处理煤矿废水中的镉。
2.2废水流量对菖蒲(泥土+炭渣)人工湿地系统去除镉的影响
可知，菖蒲(泥土+炭渣)人工湿地系统对镉的去除率总体上看是随着废水流量的增大而不断降低。当废水流量为3~6L/d时，系统对镉的去除率较高，这可能是因为在处理初期，植物对重金属镉的去除贡献较小，而以泥土和炭渣组成的基质系统对废水有较好的过滤和吸附能力，所以在低流量下该系统能很好地去除废水中的镉。当流量由6L/d提高到9L/d时，系统镉去除率从99.63%突然下降到70.16%，这可能是因为随着流量的增加，系统中通入的镉的总量突然增大，Cd2+对植物的胁迫作用，严重影响植物的生长发育，微生物活性降低，系统对镉的去除率下降。当流量为9~15L/d时，随着流量的增大，植物对隔的去除率贡献减小，基质对隔的去除能力也减弱，所以整个系统对隔的去除率下降。
综合可以看出，在同种植物及相同的外界条件下，当废水流量较高时，以泥土+河沙为基质构建的人工湿地系统对镉的去除率明显高于以泥土+炭渣为基质构建的人工湿地系统。在废水流量为3~6L/d时，以泥土+河沙为基质的系统对镉的去除率和以泥土+炭渣为基质的系统对镉的去除率都在99%左右。这是因为在处理前期，人工湿地系统中的2种基质都有较好的吸附能力，所以在低流量下，2种系统都能很好地去除废水中的镉并且去除率的差距不大。当废水流量为9L/d时，以泥土+河沙为基质的系统对镉的去除率为93.95%，而以泥土+炭渣为基质的系统对镉的去除率为70.16%，前者比后者高出26.79%。这是因为在较高的废水流量下，在泥土+河沙为基质的菖蒲人工湿地系统中，菖蒲能够正常生长发育并提供微生物附着和形成菌落的场所，促进微生物群落的发育，且植物代谢产物和残体及溶解的有机碳又可给湿地中的硫酸还原菌和其他细菌提供食物源。而在泥土+炭渣为基质的菖蒲人工湿地系统中，炭渣本身含有的重金属比河沙本身多，炭渣对镉的活性表面比河沙小，从而使炭渣对镉的吸附能力比河沙对镉的吸附能力弱，植物受到Cd2+的毒害作用，导致植物对Cd2+的吸收能力减弱，同时微生物的活性也有所降低。所以泥土+河沙为基质的菖蒲人工湿地系统对煤矿废水中镉的去除效果要好于泥土+炭渣为基质的菖蒲人工湿地系统。
实验研究了不同基质、不同流量的情况下，菖蒲人工湿地对煤矿废水中镉的去除效果。实验结果表明：以泥土+河沙为基质构建的菖蒲人工湿地对镉的去除率最高可达100%，最低也为86.23%。以泥土+炭渣为基质构建的菖蒲人工湿地对镉的去除率最高也能达到99.63%，但随着废水流量的增大，系统对镉的去除率急剧下降，最低达到66.11%。因此，菖蒲(泥土+河沙)人工湿地系统比菖蒲(泥土+炭渣)人工湿地系统对煤矿废水中镉的净化能力强，其在对煤矿废水中镉的净化中具有广阔的应用前景。
