（环境工程专业论文）电镀厂区土壤重金属污染特征及铬污染植物修复技术初探.pdf

桂林工学院硕士学位论文 摘要 我国j ：业化进程的加快，一方面促进了国民经济的迅速发展，但另一方面也造成r 严 重的环境污染。重金属污染是导致十壤环境破坏的重要原因之一，对十壤环境的重金属污 染进行修复已经受到越来越多关注，并成为当前国际环境科学研究的热点问题。寻找适合 当地气候条件与十壤条件的重金属耐性植物是生物修复的前提。本文以厂西某电镀厂为 例，调肖分析电镀厂周隔十壤和植物中的重金属含量，旨在探明电镀厂区及其周边区域的 重金属污染特性，评价电镀厂周嗣十壤环境的安全性。通过研究植物对重金属吸收的耐性 特征，寻找重金属的富集植物，为重金属污染十壤的治理与利用提供新的种质资源。在对 研究域十壤干植物进行采样调查分析和室内实验研究的基础上，得到以f 结论： ( 1 ) 尾水塘底泥的c u 、n i 、c r 平均含量分别为1 5 4 m g k g 、1 3 2 5 m g k g 、3 0 7 6 m g k g 。 若以农州污泥中污染物控制标准( g b 4 2 8 4 8 4 ) 中酸性七壤的允许限值衡龋，c r 朱超标， c u 部分超标，n 人部分超标( 最高达3 5 5 倍) 。电镀厂尾水塘底泥是满在的- 二次污染源。 ( 2 ) 电镀厂周围稻田的十壤受到不同程度的重金属污染，重金属含馘主要由河水中 的重金属浓度决定。若以十壤环境质鼙标准( g b l 5 6 1 8 - 9 5 ) - - 级标准来衡颦，各采样点 十壤中c r 禽封均术超标：n i 含量均超标；c u 含苗部分超标。重金属在十壤中表现山明显 的累积效应，2 0 0 5 年稻田十壤中c u 、n i 、c r 平均含鼙较2 0 0 4 年分别增k 了2 5 6 9 、2 2 1 6 、 2 56 9 。 ( 3 ) 电镀废水污染十壤中的c u 、n i 、c r 都有显著增加，这种增加不仅简单表现为总 鲑的增加，而且表现为不同化学形态禽鬣的增加。在污染区十壤中，有机结合态的c u 、 c r 幂ln i 分别i i l 总颦的2 8 0 0 4 ，5 8 2 和1 7 ，4 ，而对照区十壤有机结台态的c u 、c r 币n i 只有总垃的9 6 ，3 5 2 平9 2 。 ( 4 ) 重金属在水稻备部位的分布情况，表现出明显的规律性，即为根 莘叶 谷子， 其中c u 、c r 较易在水稻中富集。水稻可食h j 部分c u 含鼙未超标，c r 含颦超标明显( 最 高返4 5 1 倍) 。冈此，以受电镀尾水污染的河水作为灌溉水源具有一定的风险性。 ( 5 ) 通过对污染区优势植物的调夯分析，发现李氏乐叶片平均含铬鼙为1 6 6 1 5 m g k g ， 叶铬含鼙与底l 抛铬含苗之比平均为2 0 6 ，叶铬含鬣与水中铬含颦之比平均为2 9 6 3 ，n l + 铬 禽鼙与根羊铬含簧之比平均值为4 4 ，其生物寓集系数和转运系数都较高。进一步的室内 水培实验表明，李氏禾在c r ( i 1 i ) 培养条4 - 1 二r ，叶铬含量均人y - 1 0 0 0 m g k g ，最高达5 6 0 7 6 m g k g 超过超寓集i 临界值4 , 6 倍。野外调奄和室内实验结果均说明李氏秉具有明显的超富 集特征。冈此，李氏采是铬湿生超富集植物，选取李氏禾作为铬的超富集植物来修复铬污 染十壤有很好的应用前景。 ( 6 ) 研究红壤、水稻士、粉煤灰对c r ( v i ) 的吸附特性，结果表明二种介质都对c r ( v 1 1 表现出不同稃度的吸附和还原作埘。红壤对c r 的吸附效果最好，粉煤灰对c “) 的还原 作川最强。冈此，红壤是铬的最佳吸附材料。 关键词：电镀废水重金属植物修复超富集植物 桂林工学院硕士学位论文 a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to fi n d u s t r ya c c e l e r a t e dt h eg r o w t ho fe c o n o m y , b u ti ta l s o m a d ee n v i r o n m e n ts u f f e r e ds e r i o u sp o l l u t i o n t h eh e a v ym e t a l - c o n t a m i n a t i o nw a s o n eo ft h ei m p o r t a n tf a c t o r sd a m a g i n gs o i le n v i r o n m e n t t h er e s t o r a t i o no f c o n t a m i n a t e ds o i lw a sg a i u n i n gm o r ea n dm o r ec o n c e ma l lo v e rt h ew o r l d b e f o r e r e m e d y i n gc o n t a m i n a t e ds o i l ，h e a v ym e t a lt o l e r a n tp l a n t sa d a p t i n gt ol o c a lc l i m a t e s a n ds o i lc o n d i t i o n ss h o u l db ef o u n d ，a r o u n da l le l e c t r o p l a t i n gf a c t o r yi ng u a n g x i p r o v i n c e ，s o i l sa n dp l a n t sw a ss a m p l e da n da n a l y z e da tt h ea i mo fv e r i f y i n gt h e c h a r a c t e r i s t i c so fh e a v ym e t a lc o n t a m i n a t i o na n da p p r a i s e dt h es e c u r i t yo ft h es o i l e n v i r o n m e n ta r o u n dt h ee l e e t r o p l a t i n gf a c t o r y t h ep l a n t st o l e r a n c ew a ss t ud y e dt o f i n dh y p e m c c u m u l a t o r sa n dn e ws e e d sr e s o u r c e sf o rt h et r e a t m e n to fh e a v ym e n t a l c o n t a m i n a t e ds o i l o nt h eb a s eo fd a t aa n a l y s i sa n dl a be x p e r i m e n t s ，w eg o t f o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： ( 1 ) ma v e r a g ec o n t e n t so f c u ，n i ，c ri nt h et a i lp o n ds l u d g ew e r e1 5 4m g k g ， 13 2 5m g k g a n d3 0 7 6m g k g f r o mt h es t a n d a r d so f p o l l u t a n t si ns l u d g e su s e d f o ， a g r i c u l t u r a l ( g 8 4 2 8 4 8 4 ) ，t oa c i ds o i l ，c rc o u l dm e e tt h es t a n d a r d ，w h i l ec ua n d m o s to ft h en ie x c e e d e d t h et a i lp o n ds i l to fe l e c t r o p l a t i n gf a c t o r yw a sal a t e n c y s e c o n d a r yp o l l u t i o ns o u r c e ( 2 ) t h ep a d d ys o i la r o u n dt h ee l e c t r o p l a t i n gf a c t o r yw a sp o l l u t e db yh e a v y m e t a l si nv a r i o u sd e g r e ea n dt h e r eh a dr e m a r k a b l ea c c u m u l a t i o ne f f e c t s 1 1 1 eh e a v y m e t a lc o n c e n t r a t i o n si ns o i lw a sm a i n l yd e p e n do nt h ec o n c e n t r a t i o n si nt h er i v e r f r o mt h es e c o n d a r ys t a n d a r d so ft h es a n d a r d so f s o i le n v i r o n m e n t ( g b l 5 6 1 8 9 5 ) ，c r c o u l dm e e tt h es t a n d a r d ，w h i l et h ec o n c e n t r a t i o n so fc uw e r ea n dn ie x c e e d e d h e a v ym e t a li nt h es o i lw e r ei n c r e a s i n gy e a r l ya n dn o t a b l y c o m p a r i n gw i t h2 0 0 4 ， t h eg r o w t hr a t eo fa v e r a g ec o n t e n tf o rc u ，n ia n dc rw a s2 5 6 9 ，2 2 16 a n d 2 5 6 9 r e s p e c t i v e l y ( 3 ) t h ec o n t e n t so fc u , c ra n dn ii nt h ec o n t a m i n a t e ds o i lw e r es i g n i f i c a n t l y h i g h e rt h a nt h o s ei nt h en o n - c o n t a m i n a t e ds o i l i na d d i t i o n ，t h ei n c r e a s en o to n l y s h o w e da st h et o t a la m o u n tb u ta l s od i s p l a y e di nd i f f e r e n tc h e m i c a lf o r n l s t h e o r g a n i cm a t t e rf r a c t i o n so fc u ，c ra n dn iw e r ed e t e r m i n e dt ob e2 8 0 ，5 8 2 a n d 17 4 o ft h e i rt o t a la m o u n t si nt h ec o n t a m i n a t e ds o i l s ，a n do n l y9 6 3 5 2 a n d 9 2 i nt h ec o m p a r i n gs o i l s r e s p e c t i v e l y ( 4 ) o b v i o u s l y , t h ed i s t r i b u t i o no fh e a v ym e t a li nr i c ei sr e g u l a r , t h a ti sr o o t n 桂林工学院硕士学位论文 s t e m _ , l e a f m i l l e t c ua n dc ra c c u m u l a t e de a s i e r i ne d i b a lp a r t s ，t h ec o n t e n to fc u w a sn o te x c e e dt h es t a n d a r da n dt h ec rc o n t e n te x c e e d e dt h es t a n d a r do b v i o u s l y ( t h e h i g h e s tw a s4 5 1t i m e s ) t h e r e f o r e 。i r r i g a t i o n 、析t 1 1r i v e rw a t e rc o n t a m i n a t e db y e l e c t r o p l a t i n gw a s t ew a sr i s ki ns o m ed e g r e e ( 5 ) b yr e s e a r c h i n gt h ep l a n t si nc o n t a m i n a t e ds e c t i o n ，i tw a s d i s c o v e r e dt h a tt h e a v e r a g ec o n t e n to fc ri nl e e r s i ah e x a n d r as w a r t zl e a fw a s1 6 6 1 5 m g k g t h e a v e r a g er a t i oo f c r i ni t sl e a v e st ot h a ti ns o i la r o u n di t sr o o t sw a s2 0 6 ，t h ec ri ni t s l e a v e st ot h a ti nw a t e rw a s2 9 6 3 a n dc ri ni t sl e a v e st ot h a ti ni t sr o o t sa n ds t e m s w a s4 4 b o t ho f i t sc o n c e n t r a t ec o e f f i c i e n ta n dt r a r t s p o r t a t i o nc o e f f t c i e n tw e r eh i g h t h el a be x p e r i m e n tu n d e rt h ec o n d i t i o no fc r ( i i i ) i n d i c a t e dt h a tc ri no fl e a ro f l e e r s i ah e x a n d r as w a r t zw a sm o s t l yh i g h e rt h a n1 0 0 0m k ga n dt h eh i g h e s t c o u l dr e a c h5 6 0 76m g k g ，s u r p a s s i n gt h eh y p e r a c c u m u l a t em a r g i n a lv a l u e4 6 t i m e s s ol e e r s i ah e x a n d r as w a r t zw a sa h y g r o p h y t ew i t hc rh y p e r a c c u m u l a t i v e p r o p e r t i e sa n d i ts h o w e dp o t e n t i a li nc r - c o n t a m i n a t e ds o i lr e m e d i a t i o n ( 6 ) a d s o r p t i o nc a p a c i t yo fr e ds o i l ，p a d d ys o i la n df l ya s hw e r ec o m p a r e d i t w a sf o u n dt h a tt h r e em e d i a t o ra 1 1 h a da d s o r p t i o n - d e o x i d i z a t i o nc a p a c i t i e sf o rc r ( v 1 ) c o m p a r i n gt h e s et h r e em e d i a ，r e ds o i lw a st h eb e s ta d s o r b e n ta n df l ya s hw a st h e b e s tr e d u c e r k e y w o r d s ：e l e c t r o p l a t i n gw a s t e w a t e r ；h e a v ym e t a l ；p h y t o r e m e d i a t i o n ； h y p e r a e c u m u l a t o r i i i 桂林工学院硕士学位论文 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得桂林工学院或其它教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 ， 签名撞嵫日期：龇 关于论文使用授权的说明 本人完全了解桂林工学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 签名组翩签咖 期 桂林工学院硕士学位论文 第1 章前言 1 1 土壤重金属污染现状 随着我国工业化进程的加快，工业迅速发展，一方面提高了人类的物质文 化生活水平，可是另一方面造成了环境的严重污染。土壤重金属污染是环境污 染的一个重大问题。土壤是生态环境的重要组成部分，是人类赖以生存的最宝 贵的资源之一，它的再生极为缓慢。由于生活污水排放、污染灌溉、大气沉降、 采矿冶炼、农药化肥的大量使用等原因，土壤污染尤其是重金属污染状况只趋 严重。进入土壤中的重金属具有不可降解性，并在土壤中不断累积，使土壤重 会属污染治理变得十分困难，至今尚未找到经济有效的治理方法】。沉积在土 壤中的重会属会通过土壤一植物生态系统进入植物体内累积，阻滞农作物的生 长发育，降低产量，可被植物吸收并在可食部位富集，对人类健康造成严重的 危害【2 - 5 1 ，如只本由于汞污染引发的“水俣病”和由镉污染造成的“骨痛病”就 是典型例证。重会属污染环境修复已成为当前国际环境科学研究的热点问题 1 6 7 1 。 重会属是指密度4 0 以上的约6 0 种元素或密度在5 0 以上的4 5 种元素。在 环境污染研究中的重会属主要是指h g 、c d 、p b 、c r 以及类金属a s 等生物毒 性显著的元素，其次是指有一定毒性的一般重金属，如z n 、c u 、n i 、c o 、s n 等【8 9 1 。目前由于对人体健康影响较大而引起人们热切关注的重会属有h g 、c d 、 p b 、c r 、a s 等。 土壤中重会属的来源主要有两条途径，即自然源和人为源。 自然源是指重会属由于原生矿物的风化作用被导入土壤，而土壤的物理化 学性质可使重金属在土壤的不同层次上重新分配，土壤中重金属的自然富集或 自然矿化可使局部地区土壤中的重会属过量。土壤中本底重金属主要为自然源。 土壤重会属的人为源则主要来自以下几方面： ( 1 ) 城市生活垃圾及污水污泥 随着国民经济的飞速发展，城市垃圾和污水排放量急剧增加。城市垃圾成 分复杂，且含有多种重金属；污水中重会属含量也常常超标。在污水处理过程 i 桂林工学院硕士学位论文 中，7 0 一9 0 的重会属元素通过吸附或沉淀而转移到污泥中1 1 0 】。一些重会属元 素如锡、铬，主要来自工业排放的废水；一些重金属元素如铜、锌等，主要来 自家庭生活的管道系统。重金属是限制污泥大规模土地利用的重要因素，因为 污泥施用于土壤后，重金属将积累于地表层。有研究表明，污泥的施用会导致 土壤3 0 4 0 c m 以上的层内镉、铜、铅、锌等：会属元素的总含量增加，而在表 土层5 c m 内的增加幅度最大j 。当污泥中的某些重金属含量超过农用标准时， 其农用的可行性就会受到质疑，若直接用于堆肥，施用于农田会对农用造成重 会属污染。 ( 2 ) 含重金属的农用化学品的使用 长期不合理的施用农药、化肥也可导致土壤重金属污染。绝大多数的农药 为有机化合物，少数为有机一无机化合物或纯矿物质，个别农药在其组份中还 含有h g 、a s 、c u 、z n 等重金属，生产中过量或不科学使用农药将会造成土壤 重会属污染，如长期使用波尔多液会使土壤中铜含量增加。重金属元素是肥料 中见报道最多的污染物质，氮、钾肥料中重金属含量相对较低，而磷肥中则含 有较多的有害重会属，复合肥的重会属主要来自母料及加工流程。肥料中重会 属含量一般是磷肥 复合肥 钾肥 氮肥【l “。许多研究表明，随着磷肥及复合 肥的大量施用，土壤有效c d 的含量不断增加，作物吸收c d 量也相应增加。据 马耀华等对上海地区菜园的研究发现：施肥后，c d 的含量从0 1 3 m g k g 上升到 o 3 2 m g k g t b l 。近年来，地膜的大面积推广使用，造成了土壤的白色污染。由于 地膜生产过程中加入了含有c d 、p b 的热稳定剂，同时也加重了土壤重会属污 染【1 4 】。 我国的土壤环境质量不容乐观。由于我国的水资源十分紧缺，部分灌区常 把污水作为灌溉水源。城市生活污水中重金属含量很少，但工矿企业污水未经 分流处理而排入下水道与生活污水混合排放，使污水中的重会属含量增加。这 就造成污灌区土壤h g 、a s 、c r 、p b 、c d 等重金属含量逐年增加。掘调查，淮 阳污灌区土壤h g 、c d 、c r 、p b 、a s 等重金属在1 9 9 5 年已超过警戒线，其 他污灌区部分重会属含量也远远超过当地背景值。据我国农业部进行的全国污 灌区调查，在约1 4 0 万h m 2 的污灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污灌区 土地面积的6 4 8 ，其中轻度污染的占4 6 7 ，中度污染的占9 7 ，严重污染 桂林工学院硕士学位论文 的占8 4 l 怕l 。由此，我国每年因重金属污染而造成的粮食减产超过1 0 0 0 万吨， 另外被重会属污染的粮食每年也多达1 2 0 0 万吨，因此造成的经济损失合计至少 为2 0 0 亿元i l “。 ( 3 ) 工业废气、废水和废渣 据相关资料报道，我国很多厂矿企业单位没有“三废”处理装置，工业废 物未经处理直接向环境中排放。 例如，沈阳冶炼厂冶炼锌的过程中产生的矿渣主要含z n 、c d ，1 9 7 1 年开 始堆放在一个洼地场所，其浸入液中z n 、c d 含量分别达6 6 x1 0 3 m g l 和7 5 x 1 0 3 m g l ，目酊己扩散到离堆放场7 0 0 m 以外的范围【1 8 l 。 电镀废水不仅量大，而且对环境造成的污染也很严重i i a 9 】，因为电镀废水 中不仅含有氰化物等剧毒成分，而且含有c r 、z n 、c u 、n i 等自然界不能降解 的重会属离子，属于致癌、致畸或致突变的剧毒物质，对人类危害极大。如广 东省南海市平洲地区，电镀废水排入河流，使农田灌溉水中c u 、z n 、n i 的含 量超过允许限值l 1 4 倍，河流底泥c u 、z n 、c r 、n i 超标1 2 3 7 倍，土壤超 杯0 5 2 9 倍，作物超标o 3 8 倍1 1 9 1 。掘不完全统计我国电镀厂点至今已发展 到约l 万家，每年排出电镀废水约4 0 亿m 3 1 2 0 j 。因此对电镀废水的治理历来受 到各国政府的重视，对电镀废水各种治理方法和工艺的研究也很多，其中主要 有化学沉淀法、电解法、离子交换法和膜处理法等，化学法是目前国内外应用 最多的【2 ”。然而化学法处理电镀废水虽然具有技术成熟、投资小、费用低、适 应性强、自动化程度高等诸多优点，但其缺点也是显而易见的：首先，化学法 会产生大量的污泥难以处理；另外，由于化学法要向水中加入大量化学药剂， 使出水的含赫量高，难以回用，这样就造成了水资源的浪费，如果出水外排还 有可能造成二次污染。 1 2 铬毒性及其污染 铬是生物体所必需的微量元素之一，铬的毒性与其存在的价态有关，通常 认为六价铬的毒性比三价铬高1 0 0 倍，六价铬更容易为人体吸收而在体内蓄积， 过多的铬可使蛋白质变性、核酸和核蛋白沉淀、酶系统受干扰，容易导致肝癌 的发生瞄1 。在水体中，受水中p h 值、有机物、氧化还原物质、温度及硬度等 桂林工学院硕士学位论文 条件影响，三价铬和六价铬可以互相转换。铬对植物的毒性主要发生在根部， 植物吸收的铬约有9 8 保留在根部，高浓度的铬不仅其本身对作物产生危害， 而且能干扰植物对必需元素的吸收和运输【2 3 1 。六价铬为我国实施总量控制的污 染物之一【2 4 1 。 铬的污染来源主要是含铬矿石的加工、电镀、制革、印染等多种行业，主 要以c r ( 1 i ) 和c r ( v i ) 两中价惫进入环境。据统计，全世界每年向大气中排放铬 约3 0 k t ，向水体中排放铬约1 4 2 k t ，向土壤中排放铬约8 9 6 k t ( 2 卯。世界各国普遍 把铬污染列为重点防治对象【2 6 1 。 我国污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 规定的排放标准为： 【c r ”】 0 ，5 m g l ，【总铬】 1 ( s 和r 相应代表植物地上部分与地下部分的重金属含量) ， 即植物应有较强的转运能力，而许多非超富集植物的s r 0 1 。 ( 3 ) 超富集植物能够忍耐较高浓度重会属的毒害，而一般植物则会因此被 毒害甚至导致死亡【7 ”。 有学者提出用植物地上部分重会属含量与生长介质中重金属含量之比( 生 物富集系数) 来衡量植物将重金属吸收到体内的能力，同时又要求植物地上部 分重会属含量大于地下部分含量，并用植物地上部分含量与其地下部分含量之 9 桂林工学院硕士学位论文 比( 转运系数) 来衡量植物将重金属从地下部分向上运输的能力。又有学者提 出有些生物量大的植物虽然植物体内重金属含量未达到b a k e r 和b r o o k s 提出的 参考值，但由于其生物量较大，富集重金属总量较大，也可称为超富集植物1 7 6 1 。 1 3 3 2 植物修复的类型 ( 1 ) 植物提取 植物提取( p h y t o e x t r a t i o n ) 是利用重金属积累植物或超富集植物将士壤中 的重金属萃取出来，富集并搬运到植物根部可吸收部位和植物地上部分。待植 物收获后再行处理。s a l t 等【7 7 l 把利用超富集植物来吸收土壤重会属并降低其含 量的方法称为持续植物提取( c o n t i n u o u sp h y t o e x t r a c t i o n ) ，而把利用鳌合剂来促 进普通植物吸收土壤重金属的方法称为诱导植物提取( i n d u c e dp h y t o e x t r a c t i o n ) 。 ( 2 ) 植物挥发 植物挥发( p h y t o v o l a t i l i z a t i o n ) 是利用一些植物来促进土壤重会属转变为 可挥发的形态，使其挥发出土壤和植物表面以减少土壤重金属污染。如利用某 些芥子科植物去除土壤中的h g ，这些植物能将从环境中吸收的h g 还原成气体 而挥发。还有些植物可将土壤中的s e 转化为气念形式狰7 1 。由于这方法只 适用于挥发性污染物，应用范围很小，并且将污染物转移到大气中对人类和生 物仍有一定的风险，因此它的应用将受到限制。 ( 3 ) 植物固定 植物固定( p h y t o s t a b i l i z a t i o n ) 是利用耐重金属植物或超富集植物降低重会 属的活性，通过固定和钝化使重金属吸附于土壤表面，从而降低了重会属在土 壤中的有效念，达到减轻重金属污染的效果，从而减少重会属被沥滤到地下水 或通过空气扩散而进一步污染环境的可能性。如植物枝叶分解物、根系分泌物 对重会属的固定作用，腐殖质对金属离子鳌合过程等1 7 9 。 植物固定不是一个理想的去除环境中重盒属的方法，只是暂时将环境中的 重会属离子固定，使其对环境中的生物不产生毒害作用，没有彻底解决环境中 的重会属污染问题。如果环境条件发生变化，会属的生物可利用性可能又会发 生改变。 ( 4 ) 根系过滤( r h i z o f i l t r a t i o n ) 根系过滤( r h i z o f i l t r a t i o n ) 是利用植物根系的吸收能力和巨大的表面积来 1 0 桂林工学院硕士学位论文 去除废水中的重金属。有研究表明凤眼莲根系对重金属具有很强的吸附和吸收 作用i 鲫】。 1 3 3 3 植物修复技术的特点和局限性 从世界范围来看，植物资源相当丰富，筛选超富集植物潜力巨大，这就使 植物修复技术有了较峰实的基础。人类在长期的农业生产中，积累了丰富的作 物栽培与耕作、品种选育与改良以及病、虫害防治等经验，再加上日益成熟的 生物技术的应用和微生物研究的不断深入，使得植物修复在实践应用中有了技 术保障。与物理化学修复方法相比，植物修复具有如下特点： ( 1 ) 植物修复以太阳能作为驱动力，能耗较低； ( 2 ) 植物修复实际上是修复植物与土壤及土壤中微生物共同作用的结果而 具有土壤一植物一微生物系统所具有的一般特征； ( 3 ) 植物修复利用修复植物的新陈代谢活动来提取、挥发、降解、固定污 染物质，使土壤中十分复杂的修复情形简化成以植物为载体的处理过程，从形 式上看修复工艺比较简单； ( 4 ) 修复植物的正常生长需要光、温、水、气、热等适宜的环境因素，同 时也会受病、虫、草害的影响，这就决定植物修复的影响因素很多，且具有极 大的不确定性： ( 5 ) 植物修复必须通过修复植物的正常生长来实现修复目的，因而，传统 的农作经验以及现代化的栽培措施可能会发挥重要作用，从而也就具有了作物 栽培学与耕作学的特点； ( 6 ) 植物以及微生物的生命活动十分复杂，要使植物修复达到比较列想的 效果，就要运用植物学、微生物学、植物生理学、植物病理学、植物毒理学、 作物栽培学与耕作学、作物育种学、植物保护学、基因工程和生物技术等方方 面面的科学技术来不断地强化和改进，因而也有多学科交叉的特点： ( 7 ) 修复植物单季生物量积累有限，往往要经过几个生长季甚至几年的种 植j 能达到修复要求，因而修复时间一般较长； ( 8 ) 植物修复是一门新兴的污染土壤治理技术，可资借鉴的经验很少，且 植物一个生长周期往往需要几周、几个月甚至几年才能完成，因而研究周期也 比较长。 桂林工学院硕士学位论文 植物修复是近年来世界公认的非常理想的污染土壤原位治理技术，它具有 物理化学修复所无法比拟的优势，但作为一项技术总有它的局限性，尤其对尚 未成熟的植物修复技术来说更是如此，主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 修复植物对污染物质的耐性是有限的，超过其忍耐程度的污染土壤并 不适合于植物修复，因而植物修复更适用于轻度污染； ( 2 ) 污染土壤往往是有机、无机污染物共同作用的复合污染，一种修复植 物或几种修复植物相结合往往也难以满足修复要求； ( 3 ) 虽然有的植物根系最深处可达地面以下几米深，但大多数植物根系的 大部分集中在土壤表层，如草本植物多数集中在o 5 0 c m ( 一般为o 3 0 c m ) 范围内，对于超过修复植物根系作用范围的污染土壤或不利于修复植物生长的 土层，如山区碎石较多的污染土壤，修复则难以奏效，只适用于表土的污染治 理： ( 4 ) 植物生长需要适宜的环境条件，在温度过低或其他生长条件难以满足 的地区就难以生存，因而植物修复受季节变化等环境因素的限制，尤其在北方 地区更是如此： ( 5 ) 多数植物具有光周期反应或对生长环境有特殊要求，在世界范围内引 种修复植物可能比较困难，且引入的修复植物可能造成外来物种与当地物种之 问的竞争，甚至威胁到引入地的生物多样性，造成新的环境问题； ( 6 ) 目酊所发现的超富集植物生物量小、生长缓慢、不利于机械化收割， 限制了植物修复效率的提高，难以满足快速修复污染土壤的需求； ( 7 ) 修复植物多数为野生植物，野生植物普遍具有种子小、落粒性强和即 熟即落的特点，因而种子采集比较困难，且不利于大面积播种，而且由于野生 植物的落粒性问题，在污染土壤达到土壤环境质量标准之后，修复植物的自发 生长会像杂草一样影响作物生产； ( 8 ) 修复植物可被昆虫、啮齿类动物、草食动物等摄取，不能排除食物链 污染的可能性； ( 9 ) 缺乏行之有效的用于筛选修复植物的手段，同时对已筛选出来的修复 植物的生活习性了解很少，这也部分地限制了植物修复技术的应用。 桂林工学院硕士学位论文 1 3 3 4 植物修复技术研究方向 ( i ) 保护现有的超富集植物并继续寻找高效的超富集植物。目前发现的超 富集植物大多只提取某种金属，而土壤的重金属污染往往是几种重金属的复合 污染，所以有必要寻找能同时积累几种重金属的超富集植物。 ( 2 ) 通过植物生长的调控技术如耕作方法、施肥技术、植物种植和收获的 时间、新型的植物生长促进剂和土壤肥力改良剂等的应用促进超富集植物的生 长，提高植物修复效益。 ( 3 ) 应用现代分子生物学和基因工程技术，培养生物量大，生长快，地上 部分能超量积累重金属的超富集植物。一是寻找控制植物超富集金属的主基因 或基因组，将其转入生长陕，生物量大的普通植物体内；再是可以借助传统植 物育种方法提高超富集植物生长速率，缩短生长周期。 ( 4 ) 深入研究植物吸收、运输、积累重会属的生理生化机制。现有的有关 超富集植物吸收重金属的生理和分子机制主要集中在遏蓝菜属的z n 、n i 超富 集植物，对其他重会属和植物种类的研究还没有显著进展。 ( 5 ) 对于富集了重会属的超富集植物，通过加工工艺对超富集植物体内的 重会属进行回收。提高金属的利用率，避免重金属进入食物链危害人类健康或 造成二次污染。 综上所述，植物修复技术具有十分明显的优势和美好的应用荫景，同时也 存在着一些缺点和不足，有必要因地制宜地加以使用和利用多学科合作的优势 不断地完善和提高。 1 4 本课题研究的内容和目的 ， 1 4 1 本课题研究的内容 ( 1 ) 通过采样调查，测定电镀厂尾水塘底泥及沿河岸稻田土壤中重会属含 量，分析c u 、n i 、c r 在土壤中的分布规律，评价其受污染的程度。 ( 2 ) 通过采样调查，测定电镀厂尾水塘周围优势植物中重会属含量，分析 c u 、n i 、c r 在植物根、茎、叶的分布规律，分析不同植物对重会属的吸收情况； 测定沿河两岸种植的水稻根、叶、果实中c u 、n i 、c r 的含量，评价其受污染 桂林工学院硕士学位论文 的程度。 ( 3 ) 测定电镀废水污染区和对照区水稻土壤中c u 、n i 、c r 、p b 及m n 等重 余属的形态及其含量，进行比较研究，分析电镀废水污染区土壤重金属形态及 其含量与对照区土壤的差异。 ( 4 ) 对调查发现的铬富集植物李氏禾进行室内的水培试验，验证其对铬的超 富集特性，进一步了解其对铬的富集特征。 ( 5 ) 不同介质对c r ( ) 的吸附试验。 1 4 2 本课题研究的目的 ( 1 ) 通过对电镀厂区土壤( 含植物) 重金属污染状况调查分析，评价电镀 厂周围土壤环境的安全性。 ( 2 ) 了解电镀废水对土壤重会属形态转化、移动性和生物有效性等方面的 影响，为含重会属工业废水污染土壤环境的评价和防治提供科学依据。 ( 3 ) 研究李氏禾对c r ( 1 1 1 ) 和c r ( ) 的富集特征，为利用李氏禾修复 铬污染土壤提供科学依据。 ( 4 ) 研究不同土壤对铬的吸附特性，为土壤铬污染治理提供理论依据并寻 找廉价的天然的c r ( v i ) 吸附材料。 1 4 桂林工学院硕士学位论文 第2 章电镀厂区土壤和植物重金属污染状况 2 1 研究区简介 某电镀厂距桂林市区约1 1 0k m ，位于亚热带湿润气候区，全年气候四季分 明，夏长冬短，光照充足，热量丰富，雨水充沛。历年平均气温为1 9 7 ，无 霜期达3 1 6 5 天，降雨量多年平均值为1 4 2 1 1 毫米。该电镀厂至今已有八年的 生产历史，采用化学分类法对电镀废水进行处理1 8 ”，每天产生约1 0 0 0m 3 的废 水，主要含有c r 、c u 和n i 等重金属污染物，累计排出c r 6 + 约1 5 0 k g 、c u 约 1 5 0 k g 、n i 约3 0 0 k g 。废水处理工艺流程见图2 1 。 含铜镍废水一 + 陶节池2 拦! ! 盟生压百 琏滤机 和反应池卜一水力澄清池l it 化场 鬲翮i ：清液h 水l 污泥夕卜运 p h 嘲节池k j “。4 图2 - 1 化学分类法处理电镀废水工艺图 污泥经浓缩和脱水后外运处置，达标后( c r 6 + 0 5 m g l ，总铬1 5m g l 总铜0 5 m g , l ，总镍1 0 m g l ) 尾水流进厂区旁的一池塘，最终排入附近的 一条小河。河水为沿岸农田的灌溉水源，尾水中残余的重金属有可能在尾水塘、 小河和稻田中累积，从而对尾水塘、小河及周边稻田的土壤环境安全造成了一 定的危害。因此，有必要对该电镀厂周围土壤和水稻中重金属特征进行研究。 2 2 材料与方法 22 1 调查取样 在电镀厂尾水捧入面积约为1 0 0 0m 2 的尾水塘中和附近的一条小河进行污 桂林工学院硕士学位论文 染情况调查。在尾水塘中布设5 个点，排污1 2 1 附近和尾水塘排水口处各布设了 1 个点，共7 个点，采集塘内底泥并同时采集水样和优势植物样本。在沿小河 的稻用内采集7 个土壤样品，采样深度为0 3 0t i n ( 耕作层) ，并在采集土样 的稻田内采集水稻样品，同时采集稻田旁生长的优势植物样本。其中l # 点位 于尾水塘排水口上游约2 0 0 m ，2 # 点位于尾水塘排水口下游约2 0 m ，3 # 点位 于尾水塘排水口下游约2 0 0 m ，4 # 点位于尾水塘排水口下游约5 0 0 m ，5 # 点位 于尾水塘排水口下游约1 0 0 0 m ，6 # 点位于尾水塘排水口下游约1 2 0 0 m ，7 # 点 位于尾水塘排水口下游约2 5 0 0 m 。所有样品均为随机多点采集的混合样，取样 点布设位置见图2 2 。 2 2 2 仪器与试剂 图2 - 2 取样点分布图 原子吸收光谱仪( p e - - a a 7 0 0 ) ，美国p e 公司生产。 数显控温电热板( s k 一2 - 4 ) ，北京实验仪器设备有限公司。 铬、铜、镍、锌标准液均为1 0 0 0 m g l ，天津光复精细化工研究所。 硝酸、盐酸为优级纯，高氯酸为分析纯，广州化学试剂厂。 1 6 桂林工学院硕士学位论文 2 2 3 样品处理 2 2 3 1 土壤样品的处理 将土壤样品取回后自然风干、碾碎，再用玻璃碾钵细磨，用四分法取样后 过1 6 0 目筛。称取5 魄用样品袋装好，用烘箱烘干( 1 0 5 c ，2 4 h ) 。称取烘干 样品l g 置于锥形瓶中，采用硝酸一盐酸一高氯酸体系，敞口电热板加热消解， 当溶液体积缩小至2 m l 左右时，加去离子水5 m l ，继续加热l o 1 5 m i n ，趁热 移入5 0 m l 比色管中，冷却后用0 2 硝酸定容至5 0 r a l ，摇匀，用空气一乙炔火 焰测定重会属的含量。 2 2 3 1 植物样品的处理 植物样取回后先用自来水清洗1 5 r a i n ，然后用去离子水冲洗3 次，样品 分为根、茎、叶三部分：于2 4 h 内用烘箱高温( 1 0 59 c 左右) 杀青3 0 r a i n ，然后 低温( 8 0 c ) 烘干2 4 h 。将植物样用不锈钢粉碎机粉碎并称取2 9 置于锥形瓶中； 加浓硝酸2 0 m l 和高氯酸4 m l 低温加热硝解。减体量至2 5 m l 时，加去离子水 1 0 r a l ，继续加热l o l s m i n ，趁熟移入5 0 r a l 比色管中，冷却后用o 2 硝酸稀 释至刻度，摇匀，用空气一乙炔火焰测定重会属的含量。 2 3 结果与分析 2 3 。1 尾水塘中底泥重金属含量分析 | | 善5 0 0 卣鱼旦旦四- c 卣u mn 卣 桂林工学院硕士学位论文 出图2 3 可知，尾水塘底泥中重金属含量与取样点到排污口的距离无关。 尾水塘底泥中c u 平均含量为1 5 4 m g k g ，c r 平均含量为1 3 2 5 m g k g ，n i 平均含量为3 0 7 6 m g k g ，除p 4 采样点外，各采样点中n i 的含量均高于c u 、 c r 含量，这与电镀厂在生产中长期排出的镍密切相关。若以农用污泥中污染 物控制标准( g b 4 2 8 4 8 4 ) 中酸性土壤的允许限值( c u 2 5 0 m g k g ， c r 一 6 0 0 m g k g ，n i 1 0 0 m g k g ) 来衡量，c r