水生植物生态修复重金属污染水体

中国污水处理工程网 时间：2021-1-15 10:23:01

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　　重金属污染水体的治理修复方法主要有化学法、物理法、生物法等，物理法与化学法处理成本较高、效果不明显，相比而言，利用水生植物进行生态修复的生物法具有治理成本低、环保美观等优点，受到研究者的广泛重视，目前生物法在重金属污染修复中的应用逐步增大。

　　水生植物主要包括水生维管束植物和高等藻类，分为挺水、漂浮、浮叶、沉水等4种类型，通过培育水生植物，利用水生植物根系和茎叶对重金属的吸收、转化、富集等功能可以降低水体中重金属浓度。当水生植物生物量增长到一定程度，通过割除水生植物可以最终实现重金属从污染水体中去除。本研究综述了挺水、漂浮、浮叶、沉水等4种水生植物在生态修复重金属污染水体领域的进展，重点阐述了水生植物对重金属的蓄积效果，以及生态修复的影响因素，为水生植物在重金属污染水体修复中的应用提供依据。

　　一、水生植物去除重金属的效果研究

　　1.1 挺水植物

　　挺水植物的根、根茎一般生长在水体的底泥之中，茎、叶挺出水面。挺水植物主要通过发达的不定根、定根、主根吸收并积累水中的重金属，其根部积累重金属的能力一般大于茎部和叶部。常见的挺水植物有芦、蒲草、荸荠、水雍、荷花、香蒲等。挺水植物在水环境中生长时，其植物体内重金属的含量与水体中重金属的浓度相关。研究发现，水雍对重金属的积累能力优异，其对Cu、Mo、Cr、Cd的积累量可分别达62、5、13、11μg/g(以植物干质量的重金属质量浓度计，下同)。挺水植物香蒲对重金属的转运系数相对较高，耐受性较好，种植于高浓度Pb环境中的香蒲，其地下部分Pb质量浓度可达20mg/kg左右。其中宽叶香蒲可作为重金属污染水体的指示植物，其叶片对Zn、Mn的浓缩系数大于1，长苞香蒲生长3个月后对Cu、Zn的去除率可分别达到38%、36%。

　　研究发现，将水龙种植在含有0.501mg/LHg、103.55mg/LFe、5.556mg/LCu、28.056mg/LZn的废水中，21d后Hg、Fe、Cu、Zn的去除率分别达32.6%、44.9%、63.7%、99.7%。羽毛草、水薄荷、水龙均对高浓度含Zn废水表现出超强的处理净化能力，可用于电镀厂和冶炼厂含Zn废水的处理。对种植西伯利亚鸢尾的垂直流人工湿地进行研究，当进水中Cd分别为1、3、6mg/L时，湿地对Cd的平均去除率分别为93.3%、90.2%、92.1%，西伯利亚鸢尾地上部分Cd富集量分别达0.28、0.61、1.41mg/株，地下部分Cd富集量分别达3.48、10.81、19.40mg/株，可见西伯利亚鸢尾根部具有更强的Cd吸收富集能力。将石菖蒲、菖蒲种植于人工湿地系统处理城市污水，第15天时城市污水中Cr、Pb、Cd去除率分别达78.1%、83.2%、91.4%，可见石菖蒲、菖蒲对Cr、Pb、Cd具有较高的去除性能，因此常用于环境治理修复的应用案例中。假马齿苋、席草对Cr具有优异的蓄积能力，将假马齿苋、席草置于初始质量浓度为5mg/L的含Cr废水中，7d后两者对Cr的积累量可分别达1600、739μg/g。风水草在初始质量浓度均为1.0mg/L的含Cr、Mn废水中培养10d后，植物体内Cr、Mn积累量可分别达到44、198μg/g。

　　1.2 漂浮植物

　　漂浮植物的根不着生于泥中，株体漂浮于水面之上，随水流、风等四处漂泊。漂浮植物主要有水浮莲、凤眼蓝、浮萍等，对重金属均表现出较强的蓄积能力。陈文萍等将普通凤眼蓝和紫根凤眼蓝置于10mg/L含Cd2+溶液中培养2d，Cd2+去除率分别可达74.8%、86.0%，在10mg/L含Zn2+溶液中培养2d，Zn2+的去除率分别为76.0%、90.1%。凤眼蓝对Cu也具有较强的蓄积能力，其在5mg/L含Cu水体中培养14d后，植株体内Cu的质量浓度高达314mg/kg。浮萍对Cd、Se、Cu的吸收和蓄积能力较强，对Pb、Ni的蓄积能力较弱。王凤珍等在对墨水湖湖滨带周边植物进行研究时发现，浮萍具有较强的重金属综合富集能力，其对Cd、Cu、Hg3种重金属元素的富集系数分别为5.76、3.58、2.79。将浮萍置于不同质量浓度(1、3、5mg/L)的Cd(NO3)2中培养两周，Cd2+去除率均达到80%以上，Cd(NO3)2为3mg/L时Cd2+去除率最高，为87%。满江红在含有0.1~3.0mg/LHg的废水中培养6d后，Hg的去除率可达80%~94%。卡州萍在含有0.1~1.0mg/LHg和Cr的废水中培养12d后，Hg、Cr去除率可达到75%~100%。红萍在分别含4mg/LPb、Cd、Ni、Zn的废水中培养15d，Pb、Cd、Ni、Zn去除率可分别达到61%、57%、68%、74%，细绿萍在含15mg/LPb、10mg/LHg的废水中培养7d后，Pb、Hg去除率可分别达到98.9%、86.8%。满江红、卡州萍、细绿萍则对Hg的蓄积能力突出，其中满江红、卡州萍可适用于低浓度含Hg废水处理，而细绿萍则适用于高浓度的含Hg废水的净化治理。

　　1.3 浮叶植物

　　浮叶植物生于浅水中，根生长于水底，叶片浮在水面，常见的浮叶植物有莲、睡莲、菱、水鳖、荇菜等。菱对重金属蓄积能力与环境中重金属浓度成正比，当水体中Cd、Pb质量浓度分别为0.11、0.71μg/mL时，菱植株内Cd、Pb可分别达到13.05、87.75μg/g。周虹霞等对滇池湖岸植物进行实地踏查和研究，发现滇池边生长的野菱、水鳖等2种浮叶植物在水质净化中发挥重要作用，成为优势浮叶植物。宋力等采用睡莲对黑臭河道重金属进行修复，通过全谱直读电感耦合等离子发射光谱测定水体沉积物、植物中重金属含量，发现睡莲对沉积物中重金属平均去除率为18.23%，经治理修复后水体沉积物中Cr、Pb、Ni的主要形态为残渣态，Cd、Cu的主要形态为弱酸溶解态。Cu、Ni在睡莲中的含量分布为茎