CN104671329A - 一种沉水植物原位修复沉积物中多环芳烃的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沉水植物原位修复沉积物中多环芳烃的方法，将沉水植物菹草栽培于含有有毒污染物多环芳烃的沉积物中，通过菹草茎叶富集降解水中污染物以及根系分泌的营养物质提高根际微生物的数量和降解活性，从而提高微生物对沉积物的修复作用。本发明利用植物修复沉积物中的污染物，具有很好的环境与社会效益，不仅减少人力物力的损耗，同时又能够净化水质，美化水体，提高环境效益，并且使用天然植物费用低廉，在原位修复沉积物的研究方面具有重要的指导意义。

Description

一种沉水植物原位修复沉积物中多环芳烃的方法

技术领域

本发明属于水污染控制领域，具体涉及一种沉水植物原位修复沉积物中多环芳烃的方法。

背景技术

多环芳烃（简称PAHs）性质稳定、难于降解，并且具有慢性毒性和致癌、致畸、致突变作用，是环境中一类危险而需要重点研究的污染物，目前已被世界各国列为优先控制污染物。PAHs进入水环境后会强烈分配到非水相中，如吸附于颗粒物上，并沉降至沉积物中积累。当上覆水环境发生变化时，沉积物中的PAHs又会重新释放到水中，成为二次污染源。PAHs还可以通过底栖生物富集、食物链放大等过程危害人类健康。目前，对受污染沉积物的治理多采用物理化学方法，不仅费用高，而且会对生态环境造成损伤和产生新的污染。

植物修复是目前水体生物修复技术的一种，因其经济、对环境破坏性小等优点被人们广泛应用。沉水植物一方面能够通过茎叶富集降解水中有机污染物；另一方面由于根生底质，根系分泌的营养物质可以提高根际微生物的数量和降解活性，从而提高微生物对沉积物的修复作用。

菹草是春季浅水湖泊、河流和水库中占据主体的沉水植物，覆盖面积可达20%～70%。菹草又叫虾藻、虾草、麦黄草。眼子菜科，眼子菜属。它为多年生沉水草本植物，生于池塘、湖泊、溪流中，静水池塘或沟渠较多，分布我国南北各省，为世界广布种。菹草生命周期于多数水生植物不同，它在秋季发芽，冬春生长，4～5月开花结果，夏季6月后逐渐衰退腐烂，同时形成鳞枝（冬芽）以度过不适环境。菹草对锌有较高的富集能力，用含锌混合废水栽培一个月左右，体内含锌量超过原来含锌量的8倍；菹草对砷的净化能力更强，它的自然含砷量在6ppm左右，但在含砷酸氢二钾、硫酸锌、氯化汞、重铬酸钾各2ppm混合废水栽培下，菹草体内的含砷量可超过原来含砷量的16倍。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种沉水植物原位修复沉积物中多环芳烃的方法，解决污染沉积物的治理费用高、不环保的问题。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种沉水植物原位修复沉积物中多环芳烃的方法，具体是将沉水植物菹草栽培于含有有毒污染物多环芳烃的沉积物中，通过菹草茎叶富集降解水中污染物以及根系分泌的营养物质提高根际微生物的数量和降解活性，从而提高微生物对沉积物的修复作用。

由于菹草夏季6月后逐渐衰退腐烂，同时形成鳞枝以度过不适环境，故每年六月可按照处理其他沉水植物的常规方法（如打捞）收集残败菹草植株，因为实验已证实菹草体内对多环芳烃的吸收累积量很低，不足有草组多环芳烃总去除量的3%，沉积物中多环芳烃的去除主要是微生物的降解作用，菹草起到了强化微生物的作用，因此不会造成二次污染，次年冬芽长出，开始新一轮修复。

所述菹草栽培于沉积物的密度为覆盖率为40%～60%。

本发明的有益效果为：本发明利用沉水植物原位修复沉积物中的污染物，具有很好的环境与社会效益，不仅减少人力物力的损耗，同时又能够净化水质，美化水体，提高环境效益，并且使用天然植物费用低廉，在原位修复沉积物的研究方面具有重要的指导意义。

附图说明

图1是本发明实验室模拟的微宇宙***结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

实施例1实验室模拟微宇宙***沉积物的去除

1、菹草的获取

菹草是春季浅水湖泊、河流和水库中占据主体的沉水植物，覆盖面积可达20%～70%。菹草扎根于沉积物，能够通过根际作用促进根际微生物的生长。由于菹草只在早春时节生长，故3-4月份时我们从天津大学敬业湖采集生长健壮的菹草，带回实验室经过一系列处理之后用于微宇宙***的建立。

2、沉积物染毒

采集海河表层15cm的沉积物，于通风处自然阴干，压碎，过2mm筛。用丙酮溶解一定量的菲和芘，喷洒于1/6的沉积物中。翻动沉积物使溶剂挥发，两天后与剩余5/6未染毒沉积物混合并再次过2mm筛，从而得到一定PAHs浓度的沉积物，备用。

3、微宇宙***的建立

为研究菹草对沉积物中PAHs的去除作用，实验建立两组微宇宙***，如图1，即有草组和无草对照组。***具体建立的方法是：取30×60×40cm³的玻璃水族箱，加入经曝气的自来水（初始水层高度为20cm）。采用盆栽法（200mL烧杯）种植菹草，每个烧杯中放入100g染毒土，土层厚度约为3cm。每个烧杯栽种8根菹草，种植时菹草的长度，重量基本一致，每个烧杯中8根菹草的平均长度约为10cm，重量约为1.3g。种植菹草时，先将烧杯中3cm厚的土层用自来水浸湿，然后用镊子将菹草下端的茎（约1cm）***土层中，最后加入经曝气的自来水至烧杯顶端，静置片刻待上覆水的颗粒沉降至底部，将烧杯小心放入水族箱中。实验过程中可根据菹草的生长状况提高水族箱中的水层高度。

实验期间光照采用日光灯控制，强度为（2200±100）lx，光暗比为12h：12h，温度为（23±1）℃，冬季水温低可用加热棒调控温度，夏季水温高可适时加入冰块降温。实验连续运行54d，每隔18天破坏性地采集沉积物样品和植物样品，分析沉积物中PAHs的浓度。

4、PAHs去除效果的测定

采样获取的沉积物经冷冻干燥过筛后便可测定其中的PAHs含量，初始染毒土的PAHs也需测定，然后根据后者与前者的差值便可计算菹草对PAHs的去除量与去除率。

称取5.00g沉积物，用45mL二氯甲烷进行24h索氏提取。提取液经旋转蒸发（35℃）浓缩至1mL，加4mL正己烷进行溶剂置换，再经旋转蒸发浓缩至1mL。过硅胶-氧化铝(体积比2：1，活化)混合柱进行分离净化，先用20mL甲醇，30mL正己烷淋洗，弃之，然后再用25mL正己烷：二氯甲烷(2:3体积比)混合物淋洗出多环芳烃类化合物，淋洗液先经旋转蒸发浓缩，然后再用氮气流吹干浓缩至小于1ml。进样分析前加入10μL内标六甲基苯，定容至1mL。

处理后的样品用Agilent6890N气相色谱分析仪、5975C质谱检测器联用仪测定。HP-5ms5%石英毛细管柱（30.0m×250μm×0.25μm）。选用选择性离子方式进行分析。色谱柱的升温程序为：初始温度100℃，以20℃/min升至280℃，保持2min，程序共运行121min。氦气流量1.0mL/min，不分流进样，进样口温度为250℃，检测器温度：250℃，接口温度：280℃，四级杆：150℃，离子源：230℃，EI源70eV，进样量1μL。

主要修复效果为，在三种初始染毒浓度（8、24、48mg/kg）下，18天时，有草组∑PAHs的去除率为48.04%～59.50%，无草组的去除率为43.11%～57.30%；36天时，有草组∑PAHs的去除率为68.88%～74.57%，无草组的去除率为48.23%～60.57%；54天时，有草组∑PAHs的去除率为78.18%～83.04%，无草组的去除率为54.49%～62.17%。有草组∑PAHs去除率比无草组的提高幅度随着染毒浓度的升高而增大并且随实验时间的延长而增大。实验结束时，不同初始PAHs染毒浓度下∑PAHs的去除率都在80%左右，而无草组为60%左右，这说明菹草能显著提高沉积物中PAHs的去除。因此菹草可以用来原位修复沉积物中的PAHs。

实施例2自然环境下菹草对沉积物中PAHs的去除

菹草的获取和沉积物染毒的方法与实施例1中的方法一致。

具体方案是：装置采用围隔装置，其由金属环架，浮体和尼龙布构成，放置于天津大学青年湖内，由缆绳固定，防止倾斜和漂移。菹草种植于塑料桶中，每桶的种植密度以50%的覆盖率种植，然后将塑料桶置于围隔内。由于菹草是秋季发芽，冬春生长，4～5月开花结果，夏季6月后逐渐衰退腐烂，于是我们的***建立与结束时间是根据菹草的生长周期来设定的，设定总时间为2个月(3月中旬～5月中旬)，每10天采样一次，共采样4次。实验设置有草组与无草对照组。

沉积物中PAHs的测量方法与实施例1中的方法一致。

在实验室内菹草的生长的温度是可控的，而在自然环境下菹草的生长直接受环境温度的影响，在自然条件下有草组的去除率可达70%左右，而无草对照组的去除率为50%左右，这更进一步的说明菹草能够提高沉积物中PAHs的去除，可以用来原位修复沉积物中的PAHs。

以上参照附图对本发明进行了示意性描述，该描述没有限制性。本领域的普通施工技术人员均能理解，在实际应用中，本发明中各部件的设置方式均可能发生某些改变，而其他人员在其启示下也可能做出相似设计。需要指出的是，只要不脱离本发明的设计宗旨，所有显而易见的改变及其相似设计，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种沉水植物原位修复沉积物中多环芳烃的方法，其特征在于，将沉水植物菹草栽培于含有有毒污染物多环芳烃的沉积物中，通过菹草茎叶富集降解水中污染物以及根系分泌的营养物质提高根际微生物的数量和降解活性，从而提高微生物对沉积物的修复作用。

2.根据权利要求1所述沉水植物原位修复沉积物中多环芳烃的方法，其特征在于，每年六月按照处理其他沉水植物的常规方法收集残败菹草植株，无需特殊处理。

3.根据权利要求1所述沉水植物原位修复沉积物中多环芳烃的方法，其特征在于，所述菹草栽培于沉积物的密度为覆盖率为40%～60%。