当前世界环境

介绍

一般来说，水是人类和生命最重要的化合物之一。从纯粹的定量角度来看，水覆盖了大约71%的地球表面，生物物质的组成比例急剧上升，从定性的角度来看，所有的生命形式都需要大量的水来完成它们的生物功能，比如生物的营养和排泄都是基于水的。¹实际上，世界上可供使用的清洁水的数量是有限的，因此使用残余废水是很重要的，尽可能地清洁。有证据表明，在希腊和罗马文明中，残余废水被重新利用到农业中。²农业使用了大约70%的可用水，预计在缺水的时代和地区，农民采用城市或家庭废水作为灌溉用水的替代来源。虽然循环水只占总供水量的一小部分，但它可以解决一些农业问题。

许多作物品种在适当的条件下使用再生水，如农作物(玉米、大麦、燕麦、小麦)、纤维和种子作物(棉花、花籽)、蔬菜作物(西兰花、卷心菜、芹菜、花椰菜)或饲料(苜蓿、干草、草)。^{3、4、5、6所示}

据估计，地球有135.1万公里^3.的水。只有3%是淡水，即适合饮用、卫生、农业和工业。大部分淡水都远离人类文明，或者在难以获取和利用的地区。联合国粮食及农业组织(FAO)估计只有9000到14000公里^3.在经济上可供人类每年消费。⁷世界人口正以每年约1.2%的速度增长，预计到2030年将增加到90亿。为这些人提供足够的水将是一个巨大的挑战;水不仅对人类直接消费和家庭来说是必不可少的，而且对粮食生产和生活所需的其他工业问题及其提高水平也是必不可少的。人均日需水量为2 ~ 4升，而粮食生产人均需水量为2000 ~ 5000升，才能满足全球需求。因此，农业是水的主要消费者，因为它几乎占所有提取量的70%，直到95%进入发展中国家，需求不断增加。⁸

将处理后的废水回用到农业中是一种选择，在缺水地区得到了越来越多的研究和采用。世界上许多地区都逐渐经历了水资源短缺的问题。这是由于水资源停滞或减少造成的水需求不断增长，以及气候因素造成的周期性干旱。很可能是气候变化加剧了水资源短缺，全球升温2摄氏度可能导致“1亿至4亿人可能面临饥饿的风险，大约20亿人没有水来满足他们的消费需求、卫生设施和食物”(世界银行，2009年)。

水资源的缺乏导致家庭和城市污水(无论是经过处理的还是未经处理的)的循环利用增加，用于灌溉。用于上述目的的水的再循环，必须达到预防公共卫生疾病的质量，并且所获得的农产品已被市场接受。农业部门的发展是许多国家经济发展和福利的最重要的阶段和初始阶段，农业仍然是粮食安全和主权的关键，也是世界上大部分地区的增长因素。

根据NOM-002-ECOL-1996，⁹剩余废水的定义是:从城市、工业、商业、服务业、农业综合企业、牲畜、家庭，包括分馏和一般任何其他用途排放的具有不同成分的水及其混合物。

高级初级治疗

为了改善水质，在70年代初，他提出了一种替代处理废水的方法，称为物理化学处理。这种替代疗法实际上被称为高级初级治疗(APT)，已在发达国家成功应用。APT是一种通过混凝、絮凝、沉淀、过滤和消毒等方法，去除废水中大部分胶体和生物病原体成分的处理系统。¹⁰处理后的废水或出水是透明的，因为几乎完全消除了悬浮物，病原体生物，以及剩余废水中的大部分生化需氧量(BOD)和磷。

光化学过程

这些过程涉及受太阳或其他来源的紫外-可见辐射吸收影响而发生的化学反应，其中其反应动力学可以通过添加氢而增加₂O₂阿,_3.金属盐或半导体。根据桑迪普·夏尔马及其同事的说法，¹¹光化学工艺为水和废水处理提供了以下优点，这些优点不仅限于利用•OH自由基作为氧化剂。

• 避免使用O_3.或者减少它的比例。
• 如果在没有光的情况下与同样的技术进行比较，则增加反应的速度。
• 排除剧烈的pH变化。
• 允许使用多种氧化剂。
• 降低运营成本。
• 不是选择性氧化剂。
• 无反应产物或在低浓度下形成。
• 一般来说，改善处理后的水的感官特性。

这些自由基(•OH)，具有足够的性质来攻击几乎所有的有机化合物，并与10反应⁶到10¹²比O等其他氧化剂快一倍_3.．由于反应器设计(灯的类型、几何形状、流体动力学、湍流等)的不同，光化学破坏确定化合物的效率可能会发生巨大变化，从而影响电能消耗和成本。¹¹

材料与方法

光化学过程

通过使用适合于UV/H再循环的间歇式光反应器，去除来自APT的水中的有机污染物₂O₂/ O_3.系统。反应器容量为1l，配备汞中压蒸汽紫外灯(型号PUV-1022，贺利氏，法兰克福，德国)，长110mm，功率1000w, 145v, 7.5 a。这盏灯由石英管保护着。反应器有蒸馏水循环系统来调节温度。反应容器由耐热玻璃制成，其上部有两个入口，下部有空气或空气/臭氧流的入口。为了产生臭氧，我们使用了King ozone Hydrozon K-40发生器，它每小时产生40毫克的臭氧。该灯的最高发射波长在200 ~ 460 nm之间，吸收了等长的大部分有机官能团，并进行了自由基•OH的形成，最后进行了评价，得到了初始和最终样品的紫外可见光谱。

在获得来自APT的组合水样品后，将其倒入定性纸过滤器中，保留1.5µm，最终澄清并消除样品的沉淀物。一旦获得等分，就进行具体分析，给出以下参数的量化:

pH、电导率和总悬浮物的测定用PC-16型电导设备进行。剩余过氧化氢含量(或使用臭氧时形成的其他过氧化物)使用纸质指示剂测定，过氧化氢测试25(0.5-25毫克)^－1)。紫外-可见光谱采用珀金埃尔默分光光度计测定，型号为Lambda 20。

采用默克公司的SQ118光度计，采用分析分光光度法对废水进行表征和实验监测^®程序与试剂盒测试:颜色，浊度，COD, Cu, Cd, Cr, Pb, Zn, Fe, Mn和Ni分别使用方法139,113,105,042,115,106,114,103,107,045和049。

植物对重金属吸收的测定

在无土系统中，玉米幼苗经过三种处理试验后播种:

1. 高级一级处理后的废水。
2. 光化学处理水(PCT)。
3. 一个见证人将是城市网络(UW)。

这些处理采用随机完全区组设计，共5个重复(见图1)，其中实验单元由聚苯乙烯托盘组成，其中有36个腔，填充泥炭苔藓(基质)，有用地块被认为是每个实验单元的16个中心植物。

按照每次处理在清晨进行灌溉，根据植株的需要，每次处理使用相同的水量(1 L水/盘，即约27 mL/腔)。

图1 (a):完全随机设计(CRD) 用于种植玉米幼苗。b)情节有帮助。 点击此处查看图

测定的参数为:发芽率、株高、地上部和根部的干重。

在种子萌发时，对建立试验有用地块后7、10和15天的发芽数进行了量化。在种植后15、30和45天进行三次试验，用卷尺从茎基部开始测量形成有用的同一地块的幼苗的高度，并折叠最上面的叶子。当植株的平均高度达到50厘米时，对有用地块的16株植株进行修剪、标记，并将其地上部分与根系分开。在细菌炉中以60^o在此失效后，将其在Krusty牌电磨机中研磨3天，测定其叶片，茎和根中金属的存在，并通过瓦里安设备(型号光谱55b)根据原子吸收法对样品进行分析。

分析日期

方差齐次假设采用bartlet检验进行验证，方差分析按实验设计进行，多重均值比较采用Tukey检验。¹²统计百夫长十六¹³使用软件进行计算和统计检验，置信度为95%。

结果与讨论

根据形成APT富层的参数和光化学照射后的结果如表1所示

表1:辐照前后处理废水样品中各参数的对比

治疗	浊度 (UNF *)	颜色 (1 / m)	pH值	DQO 毫克/升
恰当的	62	11.7	6．8	200
PCT	16	3.1	7.8	90

由于有机污染物的光化学降解，观察到浊度，颜色和DQO的降低;pH值的增加可能是为了形成碳酸氢盐。¹⁴水的浑浊是由于存在悬浮和溶解的颗粒。DQO因去除可氧化污染物而降低。

紫外可见光谱

图2显示了用于灌溉不同实验单元的不同类型水样测定的光谱的比较。APT出水的光谱中含有大量的化合物，这些化合物吸收了该区域(曲线下的大部分面积)，第二个光谱是在APT排放的水经过2小时光化学照射后获得的，污染物的初始浓度已经降低(曲线下的面积很小)，第三个光谱是由城市网络使用的水确定的。

图2:采用UV-Vis光谱对比进入 对玉米幼苗进行不同的处理 点击此处查看图

表2显示了从墨西哥官方规范NOM-CCA/032-ECOL/1993中确定的一些参数得到的结果的比较，该规范规定了由农业灌溉处理的来自城市的废水中污染物的最大允许限度;结果表明，除铜高于规范外，其余参数均符合现行标准。

表2:norm - cca /032-ECOL/1993中建立的一些参数的比较。

参数	最大容许限度	恰当的	威斯康辛大学
电导率(mmho/cm)	2000	686
总悬浮固体(mg/L)	120	343
镉(毫克/升)	0.01	< 0.025	< 0.025
铜(毫克/升)	0.2	0.68 *	0.83 *
总铬(mg/L)	0.1	0.08	0.09
铁(毫克/升)	5	< 0.01	< 0.01
锰(毫克/升)	0.2	0.03	0.03
镍(毫克/升)	0.2	0.20	0.09
铅(毫克/升)	6	0.29	0.27
锌(毫克/升)	2.00	0.47	0.23

*高于最大允许值

玉米植物生物测定

对玉米种子发芽率数据进行Bartlett检验，以确认其同质性，然后对其进行方差分析，结果表明不同处理之间的效果没有显著差异(α≤0.05)。在表3中，用Tukey的方法对平均值进行比较的结果可以看出，获得的最大发芽率为97.5%，其中施用在植物上的效果没有显着差异。对幼苗干重所获得的数据也得出了同样的结论。

表3:发芽率、玉米幼苗高度与干重百分比的关系
对不同种类的水进行灌溉处理。

治疗	平均发芽率在天，S.E.和意义。			平均身高(厘米)，s.e.和显著性。			干重、s.e.和显著性的平均值。
	7天	10天	15天	15天	30天	45天	茎叶(g)	根(g)
恰当的	75.00±6.55 a	90.00±3.75 a	96.25±1.53 a	9.10±0.10 a	26.40±0.40 a	46.60±0.40 a	11.48±0.50 a	3.4±0.60 a
威斯康辛大学	77.50±5.44 a	92.50±2.33 a	96.25±1.53 a	8.80±0.20 a	26.60±0.70 a	48.10±0.60 a	10.08±1.03 a	3.6±0.50 a
PCT	86.25±3.06 a	96.25±1.53 a	97.50±1.53 a	9.30±0.10 a	28.30±0.33 a	50.40±0.40 b	11.84±0.87 a	3.0±0.44 a

标准误差

同一行同上标组结果差异无统计学意义(p < 0.05)。

根据对玉米幼苗不同生育期的三种高度评价所实现的方差分析，播种45 d后，各处理之间存在显著差异。同样，通过平均比较郁金香检验(HSD)，目前两组平均均受到光化学处理的影响有统计学差异(p<0.05)，株高均为50.4 cm。表3。

原子吸收法测定植物地上部和根部重金属的数据见表4。可以观察到，该方法未检测到Cd。Pál等。¹⁵研究了Cd对玉米的影响，报道了Cd在光化学处理后引起玉米生长抑制、水分和离子代谢变化等生理变化，且植物根部Cu和Cr含量较高，地上部较低。对重金属的耐受性高度依赖于对重金属污染场所的各种生物、化学和生理适应。¹⁶

表4:玉米幼苗原子吸收测定金属。

工厂空中部分的金属(ppm)
治疗	铜	Cr	Pb	锌	Cd
威斯康辛大学	0.70	0.06	0.25	0.19	ND
PCT	0.80	0.04	0.04	0.14	ND
恰当的	0.60	0.06	0.25	0.38	ND
植物根部的金属含量(ppm)
威斯康辛大学	1.72	2.0	0.42	1.3	ND
PCT	0．85	0.16	0.14	1.6	ND
恰当的	0.80	0.18	0.50	1．7	ND

ND =未检测到

结论

结果表明，铜、铅和锌是不同类型水分的主要富集元素，根系和地上部分的富集规律相同。在所有实验单元中，这些金属的浓度也发现了类似的情况。

在植物中，根系的积累倾向大于地上部分。植物根系和地上部金属元素含量为Cu >Zn> Pb> Cr> Cd。发芽率和平均干重差异不显著。在达到较高平均值的三个处理中，在高度方面存在差异;经光化学处理的白色废水灌溉植株在种植后45 d达到50.4 cm。

由于吸收这些重金属而产生的植物毒性尚未确定，然而，我们需要注意这些元素的浓度，因为它们具有生物蓄积性。存在光化学处理后的废水经深度一级处理后用于农业灌溉而无植物毒性风险的可行性。

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