CN109081445A - 一种速选综合修复水体重金属污染的水生植物组合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水体修复技术领域，公开了一种速选综合修复水体重金属污染的水生植物组合方法，步骤包括：1）检测水体中各类重金属含量；2）检测种植水生植物后水体中的重金属含量；3）水生植物组合，计算组合修复效果；4）在污染水体中种植3‑10种水生植物组合以确定最优组合；5）种植最优组合。本技术方案利用不同水生植物对不同种类重金属的修复效果不同的原理，采用多种水生植物搭配组合，计算推测水生植物组合的效果，再优选组合种植，快速找到最优的水生植物种类组合，对水体中各种重金属都有很好的修复效果，维持生态系统物种多样性，避免单一水生植物施用造成生态系统脆弱，无污染、原位修复，提高效率，优化效果。
Description
技术领域
本发明属于水体生态修复领域，具体涉及一种速选综合修复水体重金属污染的水生植 物组合方法。
背景技术
随着生活污水和工业废水排放、垃圾渗滤液流入、大气沉降、地表径流注入和水生生 物的死亡堆积等，使河流湖泊中重金属污染物逐步富集起来。重金属污染物在水体中具有 相当高的稳定性，当它们在水体中积累到一定的限度就会对水生生态系统产生严重危害， 并可能通过食物链直接或间接地影响到人类的自身健康。因此，修复水体污染已成为当前 热点。其中，利用大型水生植物修复水体重金属污染具有治理成本的低廉性、治理效果的 永久性、环境美学的兼容性和后期处理的简易性等特点。
目前大量的试验已开展，以寻找适应性强，蓄积重金属能力大的水生植物。目前的研 究主要集中在利用单种植物修复重金属污染。但是，每种植物对不同的重金属的蓄积能力 不同，比如浮萍修复重金属Cd较好，但修复重金属Pb的能力较差，如果同时要修复水体Cd和Pb污染，可将浮萍与另外一种修复Pb能力较强的水生植物组合。因此，有必要寻找 较优的植物种类组合，能够对水体中各类重金属污染都有很好的修复效果。但是，在寻找 较优植物组合的过程中，如果采用对各种植物组合一一试验的话，工作量巨大，毕竟水生 修复植物很多。
发明内容
本发明的目的在于针对上述技术存在问题，提供一种速选综合修复水体重金属污染的 水生植物组合方法，实现原位生态修复，通过以下方案实现。
一种速选综合修复水体重金属污染的水生植物组合方法，步骤如下：
1)检测水体中各类重金属含量；
2)进行模拟实验，检测各类水生植物在该水体中的修复效果；
3)对水生植物进行随机组合，计算组合后的修复效果；
4)根据计算结果，选择对各类重金属修复效果都较好的3-10个水生植物组合，进行 模拟实验，明确这几个组合的实际修复效果；
5)选择最优的水生植物组合，以间种或混合种植的方式种植。优选水生植物组合是 对各类重金属污染修复效果均较好，即重金属吸收率平均值大标准差小的组合。
重金属为锌、铜、镉、铬、铅等。
模拟实验是指将取一定的污染水体和底泥，放置在一些开口容器中，在容器中分别种 植各类水生植物，3个月后，检测各类水生植物对不同重金属(锌、铜、镉、铬、铅等) 的修复效果。
修复效果是指：(初始水体该重金属含量-修复3-12个月后的水体中某重金属含量) /初始水体该重金属含量；
沉水植物为黑藻、狐尾藻、苦草、菹草、眼子菜、金鱼藻、水池草等；挺水植物为水蕹、香蒲、水葱、芦苇、风车草、鸢尾、石菖蒲、假马齿苋、席草、羽毛草、水薄荷、水 龙等；浮游植物为水浮莲、浮萍、卡州萍、绿萍、槐叶萍、满江红等。
水生植物组合。假设选定的某植物对重金属铜修复效果很好，但对其他重金属修复效 果较差。那么，组合的其他水生植物需对其他重金属锌铅等具有较好的修复效果。然后对 各种底泥重金属去除率进行平均值和标准差计算，找到平均值高而标准差小的一种组合方 法。
沉水植物和挺水植物的种植方式为移栽，分株或幼苗根部包裹泥土沉于水中，种植密 度为10-100棵/m2。浮游植物的种植方式是将种子用底泥包成小团，放进水体里，种植密 度为50-400棵/m2。
浮游植物每隔1-5个月整株打捞，沉水植物、挺水植物和浮叶植物每隔3-12月进行茎叶收割。
本技术方案利用不同水生植物对不同种类重金属的修复效果不同的原理，采用多种水 生植物搭配组合，快速找到最优的水生植物种类组合，对水体中各种重金属都有很好的修 复效果，能够维持生态系统物种多样性，避免单一水生植物施用造成生态系统脆弱。无污 染、原位修复。由于不同水生植物对不同的重金属修复效果不同，因此采用不同的水生植 物组合会更好的修复各类重金属污染。但是水生修复植物本就很多，再一一试验各种水生 植物组合的效果会导致工作量巨大。本发明先通过计算来推测水生植物组合的效果，再优 选几个组合种植，将大大降低了工作量。
具体实施方式
下面结合实验对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
1)取重金属铜、锌、镉污染水体，并检测水体中铜含量为1mg/L、锌含量为1mg/L、镉含量为0.3mg/L；
2)将底泥和污染水体分别放置在25个50升的圆形塑料桶内，桶内下层为30cm的淤泥，桶内上层为污染水体；
3)向25个50升的圆形塑料桶内种植水生植物，每个桶内只种植一种水生植物，分别为沉水植物黑藻、狐尾藻、苦草、菹草、眼子菜、金鱼藻，每个桶内种植10棵；挺水 植物水蕹、香蒲、水葱、芦苇、风车草、鸢尾、石菖蒲，每个桶内种植10棵；浮游植物 水浮莲、浮萍、卡州萍、绿萍、槐叶萍、满江红，每个桶内投掷30个种子。
4)2个月后，分别检测这25种水生植物对重金属铜的修复效果、锌的修复效果和镉的修复效果。
表1为单一沉水植物修复2个月后，水体重金属去除率：
| 沉水植物种类 | 铜去除率％ | 锌去除率％ | 镉去除率％ |
| 黑藻 | 57 | 64 | 71 |
| 狐尾藻 | 63 | 73 | 66 |
| 苦草 | 75 | 61 | 69 |
| 菹草 | 65 | 63 | 66 |
| 眼子菜 | 62 | 71 | 58 |
| 金鱼藻 | 68 | 69 | 74 |
表2为单一挺水植物修复2个月后，水体重金属去除率
| 挺水植物种类 | 铜去除率％ | 锌去除率％ | 镉去除率％ |
| 水蕹 | 68 | 43 | 57 |
| 香蒲 | 61 | 70 | 59 |
| 水葱 | 63 | 67 | 46 |
| 芦苇 | 68 | 72 | 66 |
| 风车草 | 54 | 49 | 63 |
| 鸢尾 | 52 | 65 | 71 |
| 石菖蒲 | 69 | 63 | 59 |
表3为单一浮游植物修复2个月后，水体重金属去除率
| 挺水植物种类 | 铜去除率％ | 锌去除率％ | 镉去除率％ |
| 水浮莲 | 66 | 74 | 69 |
| 浮萍 | 65 | 68 | 47 |
| 卡州萍 | 66 | 53 | 67 |
| 绿萍 | 69 | 71 | 68 |
| 槐叶萍 | 62 | 66 | 58 |
| 满江红 | 69 | 58 | 63 |
5)对25种水生植物进行随机组合，计算不同组合下，三种重金属的去除率的平均值 和标准差，从而获取修复效果较好的组合。
比如，A和B两种水生植物按照1:1的比例进行组合，三种重金属去除率的平均值的计算方法为：(A水生植物铜去除率×1+B水生植物铜去除率×1+A水生植物锌去除率 ×1+B水生植物锌去除率×1+A水生植物镉去除率×1+B水生植物镉去除率×1)/6。
三种重金属去除率的标准差的计算方法为：其中X1＝(A水生 植物铜去除率×1+B水生植物铜去除率×1)/2；X2＝(A水生植物锌去除率×1+B水生植物锌去除率×1)/2；X3＝(A水生植物镉去除率×1+B水生植物镉去除率×1)/2。N＝3， u＝(X1+X2+X3)/3
经过计算，修复效果较好的为组合1：沉水植物狐尾藻、苦草+浮游植物水浮莲，组合 比例为1:2:2；组合2：沉水植物金鱼藻+浮游植物水浮莲，组合比例为2:1；组合3：沉 水植物苦草+挺水植物芦苇+浮游植物绿萍，组合比例为2:2:3。
6)将上述3种组合，同时种植于装有底泥和污染水体的塑料桶中，2个月后，检测这三种组合对水体污染的修复效果。
表4为三种水生植物组合修复2个月后，水体重金属去除率
| 植物组合种类 | 铜去除率％ | 锌去除率％ | 镉去除率％ |
| 狐尾藻、苦草+水浮莲 | 76 | 81 | 73 |
| 金鱼藻+水浮莲 | 75 | 79 | 83 |
| 苦草+芦苇+绿萍 | 74 | 69 | 72 |
经过试验，发现组合2不仅对重金属铜、锌、镉的修复效果均较好，而且有较好的交互效应。
研究发现，沉水植物+浮游植物两种植物组合对重金属铜、锌和铬的修复效果较好， 挺水植物在组合中并没有展示其修复优势。
实施例仅说明本发明的技术方案，而非对其进行任何限制；尽管参照前述实施例对本 发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载 的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不 使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种速选综合修复水体重金属污染的水生植物组合方法，其特征在于，包括以下步骤：1）检测水体中各类重金属含量；
2）检测种植水生植物后水体中的重金属含量；
3）水生植物组合，计算组合修复效果；
4）在污染水体中种植3-10种水生植物组合以确定最优组合；
5）种植最优组合。
2.根据权利要求1所述的一种速选综合修复水体重金属污染的水生植物组合方法，其特征在于，步骤2）的具体方法是：取一定量的污染水体和底泥，放置在开口容器中，在容器中分别种植各类水生植物，3-12个月后，检测各类水生植物对不同重金属的修复效果。
3.根据权利要求1或2任一所述的一种速选综合修复水体重金属污染的水生植物组合方法，其特征在于，水生植物包括沉水植物和/或挺水植物和/或浮游植物。
4.根据权利要求3所述的一种速选综合修复水体重金属污染的水生植物组合方法，其特征在于：沉水植物为黑藻和/或狐尾藻和/或苦草和/或菹草和/或眼子菜和/或金鱼藻和/或水池草；挺水植物为水蕹和/或香蒲和/或水葱和/或芦苇和/或风车草和/或鸢尾和/或石菖蒲和/或假马齿苋和/或席草和/或羽毛草和/或水薄荷和/或水龙；浮游植物为水浮莲和/或浮萍和/或卡州萍和/或绿萍和/或槐叶萍和/或满江红。
5.根据权利要求1或2或4所述的一种速选综合修复水体重金属污染的水生植物组合方法，其特征在于，步骤3）中修复效果计算方法为：（初始水体该重金属含量-修复后的水体中某重金属含量）/初始水体该重金属含量。
6.根据权利要求1或2或4所述的一种速选综合修复水体重金属污染的水生植物组合方法，其特征在于，步骤4）中的最优组合为重金属去除率的平均值大，标准差小的组合。
7.根据权利要求6所述的一种速选综合修复水体重金属污染的水生植物组合方法，其特征在于：沉水植物和挺水植物的种植方式为移栽，将分株或幼苗根部包裹泥土沉于水中，种植密度为10-100棵/m2；浮游植物的种植方式是将种子用底泥包成小团，放进水体里，种植密度为50-400棵/m2。
8.根据权利要求7所述的一种速选综合修复水体重金属污染的水生植物组合方法，其特征在于：浮游植物每隔1-5个月整株打捞，沉水植物、挺水植物和浮叶植物每隔3-12月进行茎叶收割。
9.根据权利要求1或2或4或7或8所述的一种速选综合修复水体重金属污染的水生植物组合方法，其特征在于：所述的重金属为锌、铜、镉、铬、铅。
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