一种利用水杨酸强化绿萝修复铜污染水体的方法与流程

1.本发明涉及废水处理技术技术，具体涉及一种利用水杨酸强化绿萝修复铜污染水体的方法。


背景技术：

2.随着现代工业的迅速发展，导致工业废水的排放总量越来越大，致使许多污染物排放到水中，尤其突出的是水体重金属污染。重金属是指其原子密度大于5g/cm3的一类金属元素，主要有：cr、cu、zn、pb等，约有40种。重金属污染物，具有易积累、难降解、毒性大的特性。土壤或水体作为重金属污染主要受体，当重金属进入土壤中后会存留、积累和迀移，不仅导致土壤退化、农作物产量和品质的降低，而且通过径流和淋洗作用污染地表水和地下水，恶化水文环境，并可能通过直接接触、食物链等途径危及人类的生命和健康。近年来，对我国31个主要湖泊沉积物中重金属污染特征的研究表明，平均含量最高的重金属是zn和cu，分别为36.89mg/kg和99.52mg/kg。铜离子进入水体后不能被生物降解，只能发生迁移和形态转化。在水体处于酸性条件下，铜离子易溶于水，容易发生迁移，但在碱性条件下，铜离子会以沉淀或悬浮颗粒形式存在，影响其在水体中的迁移。当铜离子在水体中积累到一定程度会对水生生态系统造成严重损害，并可能通过食物链进入人体，威胁人体健康。因此，对重金属污染进行防治和修复，其意义非常重大。
3.在重金属污染水体的治理技术中，物理化学修复技术主要是以膜分离技术法、离子交换法、电化学法、化学还原法和化学沉淀法等为主。这些方法虽然实施快捷、灵活性强、修复效率高但其工作量大、容易造成二次污染、成本量较高，不易于大规模应用。生物修复法主要包括植物、动物和微生物修复。其中，利用水生植物进行水体修复具有治理成本低、绿色环保和效率高等优点。植物修复技术类型主要植物提取、植物挥发、植物过滤或根系过滤、植物降解、根际生物降解和植物固定。使用超积累植物来提取并富集环境中重金属技术称为持续植物提取。植物挥发是因为一些金属可转变为挥发态，通过植株促进而使其脱离土地和植株表面的过程。当前大部分针对hg和se的试验。特定的金属如se、as和hg等通过植物进行甲基化过程而变成可挥发性的分子。根系过滤是使用植株根系过滤、吸收、累积水里重金属污染的过程。在植物根系中可直接分化污染物(大部分是有机物)，也能将其移动到植株内部进行分解。根际生物修复技术是指根际生物通过转化作用和固定作用改变土壤重金属形态，降低重金属毒害、移动性和生物可利用性，从而达到治理重金属污染土壤的目的。植物固定是指特定植株可以促使重金属转变成低毒害形式。植物修复技术因其经济、绿色环保和二次污染低等特点逐渐成为水体重金属污染的主要治理技术，受到许多研究者的关注。
4.绿萝(epipremnum aureum)，属于天南星科大型常绿藤本植物，气根发达，土培和水培种植均可成活，具有繁殖快、种群密度大、生长速率快和耐荫力等优点。目前，采用绿萝作为植物修复材料可以克服由于植物生长受限，导致吸收重金属效果不佳的问题。由于水体中重金属的存在形态复杂，导致植物生长以及根系发育迟缓，进而使植物修复效率低下。
5.水杨酸(salicylic acid)是一种小分子酚类化合物，其广泛存在于植物中。由于sa对植物生长代谢具有多方面的调节作用，所以被认为是一种潜在的植物激素，同时也是一种植物生长调节剂。sa在植物生长、发育、与其他有机体相互作用及环境胁迫反应中具有重要作用，比如种子萌发、离子吸收转运、光合速率、气孔传导和蒸腾作用等过程。关于sa缓解植物重金属毒害的机理目前的报道主要有以下四个方面：一是sa能降低脂类过氧化，保持生物膜稳定；二是sa降低活性氧生成，提高抗坏血酸-谷胱甘肽(asa-gsh)循环的清除能力，提高植物抗化氧化系统相关酶活性；三是sa提高光合系统相关酶活性以及保持光合器官结构的稳定；四是sa能够调节离子的跨膜运输，限制重金属的吸收与运输。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的不足。本发明的目的在于提供一种利用水杨酸强化绿萝修复水体铜污染的方法，进一步解决修复植株矮小、植物吸收重金属铜的效率低和水体修复效果不显著的问题，从而实现高效且较为安全的水体修复，并可以大规模应用于实际修复中。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下，一种利用水杨酸强化绿萝修复铜污染水体的方法，包括如下步骤：
8.1)在铜污染水体中种植绿萝，并施加水杨酸，生长培养；
9.2)将生长培养的绿萝从污染水体中移走，并通过反复种植，重复操作的手段，直至水体中铜的含量达到国家水质标准要求。
10.上述的一种利用水杨酸强化绿萝修复铜污染水体的方法，步骤1)中所述的绿萝是将土培绿萝根部洗净，经水培驯化后的绿萝。
11.上述的一种利用水杨酸强化绿萝修复铜污染水体的方法，所述的水培驯化是将根部洗净的绿萝放置于1/500霍格兰营养液内培养14-21天。
12.上述的一种利用水杨酸强化绿萝修复铜污染水体的方法，水杨酸的加入量为50-200μm/500ml铜污染水体。
13.上述的一种利用水杨酸强化绿萝修复铜污染水体的方法，铜污染水体中，铜离子浓度为400mg/l。
14.上述的一种利用水杨酸强化绿萝修复铜污染水体的方法，在铜污染水体中种植经水培驯化的绿萝后，当绿萝叶片出现大面积黄斑时，将植物从污染水体中移除，再种植第二批绿萝，重复上述操作，使污染水体中的铜积累到绿萝体内，直至污染水体中的铜含量达到国家水质标准要求为止。
15.本发明采用水杨酸强化绿萝吸收水体中的铜，原因如下：一是sa能降低脂类过氧化，保持生物膜稳定；二是sa降低活性氧生成，提高asa-gsh循环的清除能力，提高植物抗化氧化系统相关酶活性；三是sa提高光合系统相关酶活性以及保持光合器官结构的稳定；四是sa能够调节离子的跨膜运输，限制重金属的吸收与运输，进一步提高植物转运和吸收cu的能力，从而减少铜对水体水质的影响且快速有效地增强植物修复效率。
16.本发明带来的有益效果为：
17.(1)本发明通过外源施加水杨酸的方式强化绿萝修复铜污染水体，并通过对绿萝生长发育情况以及生理特征的测定，发现经水杨酸强化后，促进了绿萝根长伸长，同时提高
其叶绿素合成，缓解重金属胁迫对植物光合作用的影响，有效提高绿萝对污染水体中铜的去除率，使修复铜污染水体具有投资少、维护成本低、工程量小和管理技术要求低等特点，具有良好的环境效益和经济效益。
18.(2)本发明选用的植物修复材料绿萝具有生长速率快、生长培养条件容易等优点，一方面，在修复铜污染水体的同时，起到美化环境的作用，具有良好的环境效益；另一方面避免了植物生长速度慢、地上部生物量小等问题。
19.(3)本发明在应用方面，直接向种植有植物的重金属污染区域(如水体)投加水杨酸，使其与混合均匀后达到所述施用浓度，一段时间后，通过反复种植的手段，提高植物吸收水体中铜的能力，进而高效快速地使污染水体水质达到国家水环境标准要求。
20.(4)本发明对处理后的植物进行安全处置，减少修复植物对环境造成的二次污染。
21.(5)本发明不需要引入外来植物物种，避免了由于引入外来植物物种造成处理难度加大等问题。
附图说明
22.图1为实施例中不同sa浓度在400mg/l cu处理下绿萝叶片总叶绿素含量图
23.图2为实施例中不同sa浓度在400mg/l cu处理下绿萝叶片mda含量图
24.图3为实施例中不同sa浓度在400mg/l cu处理下营养液中cu去除率图
具体实施方式
25.实施例1
26.(一)利用水杨酸强化绿萝修复铜污染水体的方法，方法如下：
27.1)将盆栽绿萝从土培中取出，用去离子水冲洗根部3遍以上，将其放入水中培养7天后，以绿萝鲜重12g/株为筛选条件，选出长势一致的绿萝，5株为一组，放置于盛有500ml1/500霍格兰营养液的玻璃盆内培养，将盆随机摆放，生长条件为：水温和室内温度基本一致，每2天更换一次营养液并再次随机摆放，避免因环境差异引起的误差。继续培养14天后，待其根部经水培驯化后用于胁迫实验；
28.2)铜胁迫是以cuso4·
5h2o(分析纯)水溶液形式添加，铜浓度设置为400mg/l，水杨酸是直接投加于含铜水溶液中，具体配置为每500ml含铜水溶液中加入0.006-0.024g水杨酸，所述水杨酸的浓度为50-200μm；
29.3)将经过水培训化后的绿萝移植到含有水杨酸的含铜水溶液中，至绿萝叶片出现大面积黄斑时将绿萝从含铜水体中移除，再种植长势一致经水培驯化后的绿萝，重复操作，使水体中铜含量达到国家地表水环境质量标准要求。
30.(二)测定添加水杨酸后铜胁迫下绿萝的生长生理指标
31.根据(一)对cu浓度为400mg/l进行水杨酸(sa)投加实验，根据(一)的步骤培养。处理设置如下：(1)对照组：cu 400mg/l sa 0μm；(2)cu 400mg/l sa 50μm；(3)cu 400mg/l sa 100μm；(4)cu 400mg/l sa 200μm。cu是以cuso4·
5h2o(分析纯)水溶液形式添加；水杨酸直接投加于含铜水溶液中。试验容器为1000ml玻璃盆，每组处理设置3次水平重复。绿萝在含有上述培养浓度的营养液中培养14天收获，进行相关指标测定。
32.不同水平sa施加后，绿萝在400mg/l铜处理下的生长参数如表1所示。
33.表1不同处理下绿萝生长参数
[0034][0035]
不同字母表示不同处理组之间存在显著性差异。显著性检验采用单因素方差分析(duncan检验)。
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从表1可以看出，在400mg/l cu处理下，随着sa的加入，对绿萝根系和株高起到了促进作用，说明sa有效增加了绿萝根系的伸长和植株增高，促进了绿萝根部对铜的吸收；但从叶面积指标看，仅在50μmsa的施加下与对照组相比起到了促进作用，说明sa的施加并未对其起到显著的促进作用。从绿萝地上地下部分鲜重和干重可以看出，sa对绿萝根部起到了显著的促进作用，但对茎叶部分未起到明显的促进作用。结合上述分析，表明sa的施加增加了绿萝根部伸长和根部鲜重质量，进一步增强了绿萝根部吸收污染水体中铜离子的能力。
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进一步，对添加sa后400mg/l cu胁迫下绿萝的光合作用进行总叶绿素的测定，测定方法采用乙醇提取法。由图1绿萝叶片总叶绿素含量可以看出，随着sa的加入，绿萝总叶绿素含量先增加后降低，在sa添加量为50和100μm时，总叶绿素含量分别高于对照组3.64％和4.76％，但当sa的施加量为200μm时，总叶绿素含量与对照组相比降低了3.57％。推测原因可能是sa的浓度过高对绿萝叶绿素的合成起到了抑制作用。由此说明，sa通过提高植物叶片叶绿素含量，增强植物的光合作用，进一步提升植物在铜胁迫下的耐受性，最终提高植物修复效率。
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进一步，对添加sa后400mg/l cu胁迫下绿萝的丙二醛(mda)含量进行测定，脂质过氧化程度可以用mda的含量反映。测定方法采用硫代巴比妥酸(tba)法。由图2绿萝叶片mda含量可以看出，随着sa的加入，绿萝mda含量逐渐降低，在sa添加量为50、100和200μm时，mda含量分别低于对照组1.74％、5.22％和9.57％，由此说明，sa通过降低mda含量，缓解cu胁迫造成的脂质过氧化程度，进一步提升植物在铜胁迫下的耐受性，最终提高植物修复效率。
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进一步，对不同sa浓度在400mg/l cu处理下营养液中cu去除率进行测定，测定方法采用火焰原子吸收法对污染水体中cu含量进行测定，并根据去除率公式进行计算。由图3去除率图可以看出，随着sa的加入，污染水体中cu去除率增加，在sa添加量为50、100和200μm时，去除率分别高于对照组16.06％、21.20％和48.52％。由此说明，sa能够有效提高绿萝对污染水体中cu的去除率。
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综上所述，铜污染下本发明在施加sa后强化绿萝组较空白对照组，可以缓解铜胁迫对绿萝生长造成的影响，同时提高植物叶片光合色素含量，增强光合作用，并提升绿萝抗性，促进其对污染水体中铜的去除效率，对于提升铜的修复效能显著。当sa添加量为200μm时，效果最优。由此得出，在实际应用时，可以将sa添加量控制在50-200μm，可以有效提高植
物修复铜污染水体的效率。