凤眼莲对有机氯农药与重金属复合污染水体的修复效果研究

摘要

植物修复法是一种利用太阳能作为驱动，节能环保的低成本污染修复新技术，将其用于水体重金属污染的原位修复具有巨大的商业化应用前景。目前利用植物来去除水中重金属的试验研究中，多针对于较高浓度的重金属污染或单一重金属污染，而对低浓度的重金属污染研究较少。但实际上，城市污水厂排放的尾水和天然水体中的重金属浓度都较低且为多种重金属的复合污染，并且天然水体中的污染物质除了重金属以外，还包含了有机物、营养盐等其他物质。有机氯农药是持久性有机污染物（POPs）的一种，大量使用导致其在土壤中的长期残留，农田的水土流失导致面源污染严重，最终污染物质流向水体，破坏水生态系统。因此，论文考虑了低浓度的多金属复合污染以及有机氯农药与重金属的复合污染情况，探究了植物在复合污染下对重金属的吸收行为。试验选择工业废水和生活污水中常见的Cd，Cu，Pb三种重金属作为研究对象，通过对比几种水生漂浮植物对目标重金属的吸收能力和耐性，选择了凤眼莲作为试验植物。
　　本研究主要内容包括：⑴在单金属污染与多金属复合污染下，凤眼莲在15d内对初始浓度为0.1mg/L，1.0mg/L，1.0mg/L的 Cd(II)， Cu(II)，Pb(II)去除率分别为98％，96%和78.5%，且三种重金属的去除大部分集中在培养第1d内；在多金属复合污染下，重金属进入植物细胞存在竞争现象，去除率分别减小为79.5%，79.4%和52%，且凤眼莲对重金属的吸收不只是集中在培养初期，而是在培养第1d和第5d。在农药与单金属复合污染下，有机氯农药三氯杀螨醇抑制凤眼莲对Cd(II)和Cu(II)的吸收，且农药的浓度越低，重金属的去除率越低；但有机氯农药能够促进凤眼莲对Pb(II)的吸收，农药的浓度越高，去除率越高。在农药与多金属复合污染下，高浓度（10μg/L）的有机氯农药能够促进凤眼莲对三种重金属的吸收；低浓度（1μg/L）的有机氯农药也能够促进凤眼莲对Pb(II)的吸收，但会抑制凤眼莲对Cd(II)和Cu(II)的吸收。⑵检测凤眼莲根部和茎叶部中重金属，发现重金属含量在植物根部表现为随时间增加的趋势，被吸收的重金属主要储存在凤眼莲的根部。单金属污染下的Cd(II)， Cu(II)，Pb(II)在根部的含量分别为279.3mg/kg，2815.7mg/kg和2198.8mg/kg；多金属复合污染下则分别为134.1mg/kg，2016.8mg/kg和2089.4mg/kg。培养期内，三种重金属在凤眼莲内部的转移系数均不超过0.5，并且在多金属污染下的转移系数普遍大于单金属污染，结果认为重金属的共存促进了被植物吸收的Cd(II)和Cu(II)由根部向茎叶部迁移，但对Pb(II)的迁移影响不大。⑶通过探究凤眼莲去除重金属的影响因素试验可知，当植物对重金属的吸收未趋向饱和时，重金属的去除量与重金属的浓度、污染负荷、营养盐水平和环境温度有关，但单金属和多金属条件下部分因素造成的影响程度是不同的，通常单金属污染下影响程度较大。⑷设定培养液中的营养盐初始含量后，在不同培养时间和污染下检测溶液中TN、TP、NO3--N、NH4+-N、PO4-和NO2--N的浓度。溶液中的P基本上以PO4-的形式存在，未转化形态。重金属污染下，凤眼莲对溶液中的TP表现为去除，TN的浓度表现为Cd(II)＜Pb(II)≈Cu(II)＜Mix；有机氯农药污染下，溶液中TP、TN浓度都增高。⑸检测不同试验组凤眼莲叶片中的叶绿体色素、可溶性糖、丙二醛和超氧化物歧化酶的含量，考察不同污染条件对凤眼莲生理生化指标的影响。发现复合污染对凤眼莲的胁迫作用最大，导致植物细胞内的光合作用受影响，膜脂过氧化最严重，自由基大量累积。有机氯农药污染导致凤眼莲叶绿素含量下降，细胞过氧化程度增加，影响程度小于复合污染。而在单金属污染下，植物也受到胁迫作用，但生理生化指标的变化与重金属的种类有关。

目录

1 绪 论

1.1 重金属的污染现状、来源及危害

1.2 重金属污染治理技术

1.3 农药的污染现状及处理技术

1.4 植物修复技术的应用及发展前景

1.5 研究目的和意义及主要研究内容

2 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

3 凤眼莲对重金属去除效果及影响因素的研究

3.1 凤眼莲对不同重金属污染的去除研究

3.2 凤眼莲对有机氯农药与重金属复合污染的去除研究

3.3 重金属在植物内部的储存与迁移研究

3.4 植物对重金属污染去除影响因素的研究

3.6 本章小结

4 污染条件对凤眼莲生理及水体营养盐浓度影响研究

4.1 水体中氮元素含量变化

4.2 水体中磷元素含量变化

4.3 凤眼莲生理生化指标变化

4.4 本章小结

5 结论和建议

5.1 结论

5.2 建议

致谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录