CN102381766B - 一种利用水生植物千屈菜修复铬污染水体的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用水生植物千屈菜修复铬污染水体的方法，步骤如下：1）将千屈菜种植在铬污染水体中，生长培养时间不低于14天；2）将生长培养后的千屈菜从污染水体中移走，再种植千屈菜，重复操作，直至水体中铬的含量降低到国家水质标准的要求；所述千屈菜为苗期或者成熟期的千屈菜。本发明的优点是：利用水生植物千屈菜修复任何形态铬污染水体，其铬污染水平可以达到20mg/L，不仅能够净化水质，使重金属铬在水体环境中的浓度明显降低，而且富集在千屈菜内的重金属还可回收利用，既作到污染治理，又可回收利用、节约资源。该方法工艺简单、易于实施，具有良好的经济效益和社会效益，有利于大规模推广应用。

Description

一种利用水生植物千屈菜修复铬污染水体的方法

技术领域

本发明涉及污染水体的水生植物修复技术，具体地说是一种利用水生植物千屈菜（Lythrum salicaria Linn.）修复铬污染水体的方法。

背景技术

目前对利用水生植物降解有机物和氮磷富营养污染的研究比较多，参见文献1：王正兴, 沈耀良. 受污水体水生植物修复技术的应用及其发展. 四川环境, 2006, 25(3): 77-80；文献2：Gregor K, Sophie V. Eutrophication and endangered aquatic plants: an experimental study on Baldellia ranunculoides (L.) Parl. (Alismataceae). Hydrobiologia, 2009, (635): 181-187；文献3：由文辉, 刘素媛, 钱小燕, 等. 水生经济植物净化受污染水体的研究. 华东师范大学 (自然科学版), 2000, (1): 99-102，而对于利用水生植物处理重金属铬污染物的研究相对来说较少。水生植物对很多重金属，如Zn、Cr、Pb、Cd、Co、Ni、Cu等，都有很强的吸收积累能力。沉水植物和浮水植物能够吸收大量重金属，适合在低污染水体中作为吸收重金属的载体，同时还可以监测水体中重金属的含量，参考文献4：Mahujchariyawong J, Ikeda S. Modelling of environmental phytoremediation in eutrophic river—the case of water hyacinth harvest in Tha-Chin River, Thailand. Ecol Model, 2001, 142(1/2): 121-134。水生植物根部重金属的含量一般比其茎和叶中的含量高的多，参考文献5：黄亮, 李伟, 吴莹, 等. 长江中游若干湖泊中水生植物体内重金属分布. 环境科学研究. 2002, 15(6): 1-4。但在个别植物中，叶、茎重金属的含量接近于根部，个别植物在叶部的含量甚至更高。这可能与它们的吸收途径不同有关，例如苦草，整个植物都沉没在水中，根、茎、叶都能吸收重金属，因此体内重金属的分布比较均匀。

一些重金属及其化合物可以离子形式转移到植物体内并得到富集,此类植物即为积累型植物，参考文献6：严素珠, 梁东, 彭秀娟. 8种水生植物对污水中重金属-铜的抗性及净化能力的探讨. 中国环境科学, 1990, 10(3): 166-170。超积累植物吸收重金属离子是通过螯合离子交换和选择性吸收等物理和化学过程进行的；为根际微生物提供附着点，促进微生物群落的生长，在根际微生物体内，重金属离子能够与细胞壁上的活性基团，包括羧基、羟基、磷酸基和胺基等，发生定量结合反应，通过物理吸附或形成无机沉淀沉积在细胞壁上；植物根部释放的分泌物能将重金属离子以沉淀物的形式沉降下来，参考文献7：Zhang X H. Chromium accumulation by the hyperaccumulator plant Leersia hexandra Swartz. Chemosphere, 2007, (67): 1138-1143。如重金属诱导作用可使凤眼莲体内产生金属硫肽，这些机制使许多水生植物具有富集大量重金属的能力，参考文献8：唐志坚, 张平, 左社强, 等. 植物修复技术在地表水处理中的应用. 中国给水排水, 2003, 19 (7): 27-29。

相关研究表明，芦竹生物量大、适应性强、耐受性好、可富集铬、镍和铜；满江红可富集铅、汞、铜等，参考文献9：王英彦. 用凤眼莲根内金属硫肽检测水体的重金属污染的初步研究. 环境科学学报, 1994, 14 (4): 431-438、文献10：韩志萍. 铬铜镍在芦竹中的富集与分布. 环境科学与技术, 2006, 29(5): 106-108]。Soltan的研究表明，凤眼莲每克干物质能吸收锰1485μg、锌295μg、铅185μg左右，参考文献11：Soltan M，Rashed M N. Laboratory study on the survival of water hyacinth under several condition of heavy metal concentrations. Advances In Environmental Research, 2003, (7): 321-334；湿重每克浮萍在3d内能够吸收铜42.53μg、铅34.3μg、镉1.11μg，参考文献12：种云霄, 胡洪营, 钱易. 大型水生植物在水污染治理中的应用研究进展. 环境污染治理技术与设备, 2003, 4(2): 36-40；宽叶香蒲能有效净化含铅、锌废水，对铅、锌、铜和镉的去除率分别能达到93.98 %、97.02 %、96.87 % 和96.39 % , 从而使水质得到明显提升，参考文献13：辛晓云, 马秀东. 氧化塘水生植物净化污水的研究. 山西大学学报(自然科学版), 2003, 26(1): 85-87。

利用水生高等植物所具有的富集能力，从废水中吸收重金属离子，能够净化水质，使重金属在水体环境中的浓度明显降低，富集在植物体内的重金属还可通过定期收割等方式回收利用，既作到污染治理，又可回收、节约资源，实现可持续发展。超积累植物专一性、区域性强，目前大多处于实验阶段，因此今后应大力开发适应性强、高效稳定的超积累水生植物，参考文献14：周启星, 宋玉芳. 污染土壤修复原理与方法. 北京: 科学出版社, 2004；文献15：阳承胜, 蓝崇钰, 束文圣. 宽叶香蒲人工湿地对铅/锌矿废水净化效能的研究. 深圳大学学报(理工版), 2000, 17(2): 51-57；文献16：屠晓翠, 蔡妙珍, 孙建国. 大型水生植物对污染水体的净化作用和机理. 安徽农业科学, 2006, 34(12): 2843-2844。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术分析，提供一种利用水生植物千屈菜修复铬污染水体的方法，该方法可有效降低重金属铬在水体环境中的浓度，既作到污染治理，又可回收利用资源，而且工艺简单、易于实施。

本发明的技术方案： 

一种利用水生植物千屈菜修复铬污染水体的方法，步骤如下：

1）将千屈菜种植在铬污染水体中，生长培养时间不低于14天；

2）将生长培养后的千屈菜从污染水体中移走，再种植千屈菜，重复操作，直至水体中铬的含量降低到国家水质标准的要求。

所述千屈菜为苗期或者成熟期的千屈菜。

本发明的优点是：利用水生植物千屈菜修复任何形态铬污染水体，其铬污染水平可以达到20mg/L，不仅能够净化水质，使重金属铬在水体环境中的浓度明显降低，而且富集在千屈菜内的重金属还可回收利用，既作到污染治理，又可回收利用、节约资源。该方法工艺简单、易于实施，具有良好的经济效益和社会效益，有利于大规模推广应用。

附图说明

图1为各处理浓度下千屈菜生物量的变化图。

图2为千屈菜对重金属铬的积累和清除效果图。

具体实施方式

实施例：

一种利用水生植物千屈菜修复铬污染水体的方法，步骤如下：

1）将成熟期的千屈菜种植在铬污染水平为20 mg/L的1000ml的烧杯中，水体体积为1000ml,生长培养时间为14天；

2）将生长培养后的千屈菜从污染水体中移走，再种植同等数量的千屈菜，重复操作多次后，水体中铬的含量降低到国家水质标准的要求。

采用水培实验方法检测千屈菜对水体中铬污染物的清除效果：

1）将大小一致的成熟期的千屈菜移栽到1/5霍格兰营养液中培养七天，待植物生长稳定后用于水培试验，水培实验中，六价铬（Cr⁶⁺）的添加浓度分别为0 mg/L、1mg/L、5 mg/L、10 mg/L和20mg/L，铬以重铬酸钾的形式添加。试验容器为1L烧杯，上面覆盖20mm厚的泡沫板，板中间开孔，以固定植株，每个烧杯种植2-3株植物。培养液采用霍格兰营养液，并加入相应体积的重铬酸钾溶液以调整培养液六价铬浓度为水培实验设置的浓度。培养液为500mL，每日添加由蒸发损失的营养液。重复3次，培养一周后，收获植株，分别剪取根、茎、叶进行重金属铬含量的测定。

2）样品分析和数据分析：

将收获的植物样分成根、茎和叶3部分，用自来水充分冲洗以去除粘附于植物样品上的污物，然后再用去离子水冲洗，沥去水分，于105℃下杀青20min，然后在70℃下烘至恒重。烘干后的植物样品粉碎备用。植物样品均采用硝酸-高氯酸法消化，硝酸与高氯酸的体积比为1：3。原子吸收分光光度计法测定植物样中的重金属铬含量，原子吸收分光光度计为AA240FS型，其Cr的波长为357.9nm。所得数据采用origin8.0和excel2003进行处理。

3）实验结果：

重金属对植物生物量的影响是评价植物对重金属忍耐性的一个非常重要的指标之一，图1为各处理浓度下千屈菜生物量的变化图，从图1可以看出：与对照相比，随着溶液中铬浓度的增加，千屈菜的生物量依次降低，从铬浓度为5 mg/L开始，千屈菜的生物量出现负增长，说明在高浓度时，千屈菜的生长受到抑制；在低浓度（铬浓度≤1 mg/L）时，千屈菜的生物量变化与对照相比略有下降，说明在低浓度时，千屈菜的生长基本没有受到抑制，即千屈菜对重金属铬有一定的耐性。另外，在整个水培实验过程，除铬浓度为20mg/L时，千屈菜表现出一定的毒害特征外，其他浓度水平都无表现出可见的毒害症状。

图2为千屈菜对重金属铬的积累和清除效果图，图中表明千屈菜叶、茎和根中重金属铬的含量。从图2中可以看出，随着重金属铬浓度的升高，千屈菜各部分对重金属铬的吸收呈上升趋势，且对铬的富集系数均大于1。铬浓度为1 mg/L时，重金属在千屈菜叶和茎中的含量高于其根部的含量；当铬浓度高于1 mg/L时，重金属铬在千屈菜各部分的含量大小为根 > 茎 > 叶，根部含量远远高于叶和茎中铬的含量。铬浓度为5 mg/L时，千屈菜根部重金属铬的含量已高达1359.11 mg/kg。与铬浓度为1 mg/kg相比，铬浓度为20 mg/L时，千屈菜根部重金属含量是铬浓度为1 mg/kg时的21.88倍，茎部是5.94倍，叶部是6.33倍。

千屈菜是铬类似超积累植物。从图2中还可以看出，在低浓度（铬浓度≤1 mg/L）时，千屈菜对重金属铬从根部到地上部分的迁移能力较强，因此在低浓度水平时，从植物对重金属的富集特征来看，千屈菜具有铬超富集植物应具有的基本特征；在高浓度（＞1 mg/L）时，千屈菜对重金属铬根部的吸收量远远大于地上部分的含量，这是因为千屈菜体内积累的重金属铬首先被其根部吸收，然后才运输到地上。考虑到水体中重金属铬含量一般低于1 mg/L，因此及时收割千屈菜的地上部分可以将重金属铬从水体中彻底去除。而且通过对千屈菜各部分铬含量的测定可知：铬低浓度时（1.0 mg/L）千屈菜不但能够正常生长没有任何受毒害现象，其生物量也没有减少，而且上部重金属铬含量高于根部重金属铬含量，重金属铬总量达到449 mg/kg。在铬高浓度时（≥ 5.0 mg/L），其地上部重金属铬含量达到了铬超积累植物应达到的临界含量标准1000mg/kg的4倍左右。

Claims (1)

1.一种利用水生植物千屈菜修复铬污染水体的方法，其特征在于步骤如下： 

1）将苗期或成熟期的千屈菜种植在铬污染水平为20mg/L的1000mL的烧杯中，水体体积为1000mL,生长培养时间不低于14天； 

2）将生长培养后的千屈菜从污染水体中移走，再种植千屈菜，重复操作，直至水体中铬的含量降低到国家水质标准的要求； 

采用水培实验方法检测千屈菜对水体中铬污染物的清除效果，步骤为： 

1）将大小一致的成熟期的千屈菜移栽到1/5霍格兰营养液中培养七天，待植物生长稳定后用于水培试验，水培实验中，六价铬（Cr⁶⁺）的添加浓度分别为0mg/L、1mg/L、5mg/L、10mg/L和20mg/L，铬以重铬酸钾的形式添加，试验容器为1L烧杯，上面覆盖20mm厚的泡沫板，板中间开孔，以固定植株，每个烧杯种植2-3株植物，培养液采用霍格兰营养液，并加入相应体积的重铬酸钾溶液以调整培养液六价铬浓度为水培实验设置的浓度，培养液为500mL，每日添加由蒸发损失的营养液，重复3次，培养一周后，收获植株，分别剪取根、茎、叶进行重金属铬含量的测定； 

2）样品分析和数据分析： 

将收获的植物样分成根、茎和叶三部分，用自来水充分冲洗以去除粘附于植物样品上的污物，然后再用去离子水冲洗，沥去水分，于105℃下杀青20min，然后在70℃下烘至恒重，烘干后的植物样品粉碎备用，植物样品均采用硝酸-高氯酸法消化，硝酸与高氯酸的体积比为1：3，原子吸收分光光度计法测定植物样中的重金属铬含量，原子吸收分光光度计为AA240FS型，其Cr的波长为357.9nm，所得数据采用origin8.0和excel2003进行处理； 

3）实验结果： 

重金属对植物生物量的影响是评价植物对重金属忍耐性的一个非常重要的指标之一，与对照相比，随着溶液中铬浓度的增加，千屈菜的生物量依次降低，从铬浓度为5mg/L开始，千屈菜的生物量出现负增长，说明在高浓度时，千屈菜的生长受到抑制，在铬浓度≤1mg/L低浓度时，千屈菜的生物量变化与对照相比略有下降，说明在低浓度时，千屈菜的生长基本没有受到抑制，即千屈菜对重金属铬有一定的耐性，另外，在整个水培实验过程，除铬浓度为20mg/L时，千屈菜表现出一定的毒害特征外，其他浓度水平都无表现出可见的毒害症状。 

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