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模拟人工湿地处理含镉无机废水的研究 摘要 本研究通过水培试验筛选对重金属镉具有一定富集能力和耐受性的 湿地植物，构建两种复合式垂直流人工湿地，研究了不同构型、不同植 物组合的人工湿地中植物生长情况、去除镉的效果以及重金属镉、有机 质在基质中的空间分布规律，探寻去除镉效果较佳的复合垂直流人工湿 地构型和植物组合；初探复合垂直流人工湿地对重金属镉的净化机理， 为今后应用人工湿地处理重金属废水提供理论依据和实践经验。研究结 果显示： l 、水培试验筛选结果表明，红蛋( 眈j l l 觑d 如瑚伽泐) 、风车草( 而刀觑口 只“讹f 刀括) 、美人蕉( c 口，l 玎口三) 和彩叶草( c d 协6 觑朋百曰绷历) 对重金 属镉都具有良好的耐受性、吸收性和累积性。在镉胁迫下，美人蕉对镉耐 受性及吸收能力最强，其次为红蛋，再次为风车草，彩叶草最弱。 2 、模拟人工湿地运行结果表明，两种构型的人工湿地去除镉的效果 都较好。但是，种植物的湿地系统去除镉的效果显著优于不种植物的湿 地系统；同种植物组合、不同构型的人工湿地处理系统去除镉的效果是 i i v c w 显著优于c w ；不同植物组合、相同构型的人工湿地处理系统 去除镉的效果是美人蕉一红蛋组合显著优于彩叶草一风车草组合。总体 上是：i i v c w 构型去除镉的效果显著优于i v c w ；美人蕉红蛋组合 去除镉效果显著优于风车草彩叶草。 3 、重金属镉和有机碳含量在人工湿地基质中的空间分布均有一定的 规律：上层( o 5 c m ) 中层( 5 1 5 c m ) 下层( 1 5 2 0 c m ) ，即随着基质层深度 的增加，镉含量递减，有机碳含量也递减。 4 、通过相关性分析发现，脯氨酸与镉含量相关显著；人工湿地中基 质的镉与有机碳含量呈显著负相关；基质中有效态镉与全量镉呈显著正 相关；有效态镉含量与植株株高增长量。 5 、综合研究结果表明，i i v c w 构型中的美人蕉和红旦组合处理含无 机镉废水的效果最好。 关键词：人工湿地重金属机理净化效果 h t h er e s e a r c ho ns i m u l a t i n gc o n s t r u c t e dw e t l a n d s t 0d e a lw i t ht h ec a d m i u mi ni n o r g a n i cw a s t e w a t e r c h e nw r e n h u i ( c o l l e g eo f a 鲥c u l t u l ，g u a i l g ) 【iu n i v e r s i 吼n 撇i n g5 3 0 0 0 4 ，c h i n a ) a b s t r a c t t h i sr e s e 卸c hs e l e c t e df o l l r p l a n t sm a tc a nc o n c e n 仃a t ea l l dt o l e r a t e c a d l l l i u mt o c o n s 仃u c t 抑ok i n d so fi n t e 伊a t e dv e n i c a lf l o wc o n s 仃u c t e d w e t l a n d s s y s t e i n s( i v c 叼 肌d i m p r o v i n gi n t e g r a t e d v e n i c a lf 1 0 w c o n s 仃u c t e dw e t l a l l d ss y s t e 娜( i i v c 哪t h es 仃u c t u r e so fc o n s 咖c t e d w e t l a n d s ，t h e 仕l eg r o w t hc o n d i t i o no fp l a m si nt h ew e t l a l l d ，t h ee f f e c to f r e m o v i n gt h ec d ，t h er e g u l 撕够o fd i s t r i b u t i o no fc da l l do 略a n i c1 1 1 a t t e ri nt h e w e t l a n dw e r es t u d i e d ，w h i c hj u s ti no r d e rt of i n do u tm eb 甜e rc o m b i n a t i o n s ， p l a n t sa n ds 仇l c t u r e st or e m o v et h ec a d i n j u m 丘o mw a s t e w a t e rb yt 1 1 ew e t l a n d a n do b t a i n i n gs o m em e c h 撕s 脚a b o u tt h er e m o v a le 伍c i e n c yo fc d t h e s e r e s u l t sw i l lp r o 讥d et h em e o 巧b a s i s 趾d p r a c t i c a le x p 嘶e i l c ef o rc a d r n j 啪 w a s t e w a t e r 仃e a t l l l e n tw i t hi n t e 铲a t e dv e r t i c a ln o wc o n s t r u c t e dw e t l a n d si nm e m t l l r e 7 r h em a i nr e s u l t sa sf o l l o w s ： 1 r e s u l t so ft h eh y d r o p o n i ce x p e r i m e mi n d i c a t e dm a te 劬砌d 如嬲 o s f r 括，乃，z 切口只扰俩口f f ，括，c 口，z ，z 口j 三a n dc 6 肠淞6 觑研db 绷历h a dg o o d m et o l e r a n c ei 1 1c dp a t i e n t s ，a b s o 叩t i o na n da c c u l 枷l l a t i o n u n d e rm e c ds 仃e s s ， 1 1 1 e 国朋口h a st h em o s tt 0 1 e r a n c ea n da b s o r p t i o nt om ec d ，办扬d 如础 i 伽护括w a ss e c o n d ，而咒切口，玩订口f f ，括w a st h i r d ，c d 彪淞6 ，秘聊p fb e ，z 砌w a sl a s t 2 、t h ec a d n l i u mw a s t e w a t e rp 谢f i c a t i o ne 仃e c tw e r ew e l lf o rb o t hk i n d s o fc o n s t l l j c t e dw e t l a n df 如mt h er e s u l to f e x p e r i m e n t h lt h es a m ec o n s t r u c t e d w e t l a l l d ，t h er e m o v a lr a t eo fc a d m i u mw a sb e t t e rw i t hp l a i l t st h a nw i m o u t p 1 觚t s t h er e n 帕v a lr a t eo fc a d 姗u mm t n el lv c ww a sb e t t e rm 锄i nm e i v c ww i mt h es 猢ep 1 锄t s t h er e m o v a lr a t eo fc a 蛳u mw a sb e t t e rp l a n t i n g 劬以，z 口己a 1 1 d 艮办加d 如瑚傩f 廊t h 锄p l a n t i n g 乃刀切口只“讹f 池a n d 彪伽 6 j “m 西曰绷玩i i law o r d ，t h ep u r i f i c a t i o ne m c i e l l c yo fc di ni i v c ww a s a l w a y sb e t t e rm a ni ni v c wa 1 1 dm ec o n s 仃u c t e dw e t l 孤dp l a n t i n g 勖刀刀口三 a n d 办砌d 如，淞傩f 廊w a sb e 船t h a np l a n t i n g 乃7 z 加口只“订口f f 凰锄dc d 厶吼锯 6 玩肌否b 朗砌o b v i o u s l y 3 t h ec o n t e n t so f t h eo 玛a n i cc a r b o na n dc di nm ec o n 咖c t e dw e t l a n d w e r e ：t h eu p p e r1 a y e r ( o 一5 c m ) m ei i l i d d l e1 a y e r ( 5 - 1 5 c m ) l o w e r1 妒 ( 15 2 0 c m ) w i t ht h ei n c r e a s eo ft h ed 印t h ，t h ec o n c e n 仃a t i o no fc da n d o 唱a n i cc 砷o n w i hb ea l s od e c r e a s e d 4 t h i o u 曲t h ec o 仃e l a t i o na n a l y s i s ，w ef o u n dm a tt h e r ew e r er e m a r k a b l e c o 丌e l a t i o n sb e 觚e e nm ep r o l i n ea n dt h ec o n t e n to fc d ，m ec o n t e n to fc d 锄d 0 r g a n i cc a f b o ni nt h ec o n s 仃u c t e dw e t l a n 也t h ec o n t e n to fe 虢c t i v ec da n d t o t a lc di nt h ec o n 咖c t e dw e t l a n d ，t h ei n c r e a s ei nh e i 出o ft h ep l a l l t sa n d t h ec o n t e n to fe f | e c t i v ec di nt h ec o n s t r u c t e dw e t l a n d 5 c o n s i d e m gm er e s u l ta b o v e ，t h eg r o u po f 砌e 国，z 刀口a 1 1 d 办切d 如嬲 d s 护括i nt h es 仃u c t u r eo fi i v c wh a dt h eb e s tp 研f i c a t i o ne f f e c tt ot h ec d i v k e y w o r d s ：c o n s 觚c t e d - w e t l a n d s h e a v y - m e t a l m e c h a n i s m p u r i f i c a t i o ne f f e c t v 广西大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下完成的，研究工作所取 得的成果和相关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已 经发表过的研究成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究 工作提供过重要帮助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。本人完全意识到 本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：话，爻终 日期：2 0 0 8 年6 月如日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本人保证不 以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容；按照学校要求提交学位论 文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索 与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢 利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 本学位论文属于： 口保密，在年解密后适用本授权书。 d 不保密。 学位论文全文电子版提交后： 晌意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览。 作者签名： 磁，筵望 日期：玉立星：盈 导师签名： 广西大掌硕士掌位论文模拟 、王湿地处理刍。镉无机废水的研究 1 前言 1 1 重金属废水的来源 重金属废水主要来自矿山坑内排水、废石场淋浸水、选矿厂尾矿排水、有色 金属冶炼厂除尘排水、有色金属加工厂酸洗水、电镀厂镀件洗涤水、钢铁厂酸洗 排水，以及电解、农药、医药、烟草、油漆、颜料等工业( 张建梅，2 0 0 3 ) 。例 如，汞污染主要来源于化学工业中汞催化剂、汞制仪表( 温度计) 、汞矿开采冶炼、 煤和石油燃料燃烧和有机汞农药等；铅主要来自工业废气、汽车尾气、某些涂料 及铅包装饮品，尤其是印刷厂在铅版镀铁、镀锌过程中产生高含量酸性铅、锌废 水，皮毛厂、玻璃厂、木材厂、颜料、涂料和农药厂都排出形态各异的含砷废水； 有机合成、农药、染料、橡胶及有色金属冶炼厂等废水中均含铜；含镉废水主 要来源于电镀、化工、涂料、塑料、印刷、农药、陶瓷、摄影等工业( 胡文玉， 1 9 9 8 ) 。 1 2 重金属废水污染特性 重金属不能被生物降解为无害物，重金属废水进入水体后，除部分为水生 物、鱼类吸收外，其它大部分易被水中各种有机和无机胶体及微粒物质所吸附， 再经聚集沉降沉积于水体底部( 常学秀，2 0 0 0 ) 。它在水中浓度随水温、p h 值等 不同而发生变化，冬季水温低，重金属盐类在水中溶解度小，水体底部沉积量大， 水中浓度小；夏季水温升高，重金属盐类溶解度大，水中浓度高( 张建梅，2 0 0 3 ) 。 因此水体经重金属废水污染后，危害的持续时间很长；同时，重金属随废水排出 时，即使浓度很小，也能造成危害，其废水污染有如下特点( 蒋清民，2 0 0 3 ) ： 毒性具有长期持续性。某些重金属虽只有微量浓度，但可在微生物作用下， 转化为毒性更强的有机化合物如无机汞在天然水体中可被微生物转化为毒性更 强的甲基汞( 吴振斌，2 0 0 2 ) 。 经生物可大量富集，这种生物富集的特性是重金属废水污染的突出特点。 有的重金属，富集倍数可达成千上万倍，然后通过食物链，在人体器官中积累造 成慢性中毒严重危害人体健康。 重金属无论采用何种处理方法或微生物都不能降解，只不过改变其化合价 模拟人工湿地处理含镉无机废水的研究 和化合物种类。如与阴离子配体形成配合物或螯合物，使重金属在水中的浓度增 大，也可以使沉入水底中的重金属又释放出来( 刘有才，2 0 0 5 ) 。 在天然水体中只要有微量重金属，即可产生毒性反应，一般重金属产生 毒性的范围大约在1 0 1 0 m g ，l 之间，毒性较强的重金属如镉、汞等毒性浓度 范围在0 0 0 1 o 1 m g l 。因此，必须严格控制重金属废水的污染( 籍国东等， 2 0 0 2 ) 。 1 3 重金属废水的危害性 随着工农业的发展，重金属污染日益严重，而重金属废水对环境的污染尤其 严重( 蒋清民，2 0 0 3 ) ，通过载体水的流动，溶入水中的重金属污染扩散更快更 广。重金属废水不仅污染地下水源，而且沿途污染周边土壤和植物，并间接或直 接的危害人类和其它动物的健康。在高浓度重金属废水环境下，水体中大量的生 物死亡，尤其是鱼类；而人长期饮用受重金属废水污染的水和食物将会引起中毒， 甚至产生严重后果。例如( 杨克敌，2 0 0 3 ) 几乎所有部位的癌症死亡率都与硒的 表观摄取量呈负相关；男性肺癌、男女性皮肤癌和女性甲状腺癌的死亡率与砷的 饮食摄取量呈负相关；胰腺、卵巢、口腔和咽部、食道和喉部癌症的死亡率也与 锰的摄取量呈负相关；铬、锌、镉、铜等元素的饮食摄取量则与多种癌症的死亡 率呈正相关。镉是所有重金属元素中对人类健康威胁最大的一种，它进入人体的 途径除消化道和呼吸道之外，还有皮肤的直接接触吸收；在人体内以肝、肾蓄积 量最高。镉对人体的危害主要是造成肾、骨和肝的病变，导致贫血和神经痛；另 外，镉还可通过影响钙的代谢，危及骨骼系统，典型症状表现为能力减退，骨盆、 脊柱、四肢关节刺痛、步履艰难，甚至出现贫血。植物对镉有很强的富集作用， 因而形成含镉粮食，如“镉米”( 含镉水稻) ，早年日本流行的“骨痛病”就是长期食 用“镉米”和饮用含镉水引起的( 梅光泉，2 0 0 4 ) 。震惊世界的日本“水俣病”也是由含 汞废水污染环境所造成的。研究表明( 张永峰，2 0 0 3 ) ，重金属废水污染对人群 健康的危害是多方面、多层次的，其毒理作用表现为：造成生殖障碍，影响胎儿 正常发育，威胁儿童和成人身体健康等。因此重金属废水污染已危及人类健康， 成为世界性的严重危害。 1 4 重金属废水的污染现状 我国作为饮用水水源的地表水主要为河流、湖泊及水库。有关部门对这几类 2 厂西大掌硕士掌位论文模拟 、王湿地处理含镉无机废水的研究 水体的监测情况分析认为，主要的重金属污染为汞。地表水饮用水源的镉污染仅 次于汞，铬和铅污染也比较普遍，其它重金属如镍、铊、铍、铜在中国各类地表 水饮用水体中的超标现象也很严重。长江是我国最大的河流，( 徐小清等，1 9 9 6 ) 研究报道，三峡库区江段沉积物中重金属元素含量主要受上游泥沙以及沿江城市 和工厂“三废”排放的影响，已受到不同程度的污染。贵州和四川的汞矿开发已对 乌江下游的生态与环境产生较大的影响，如洪渡河已遭到严重的汞污染。通过沿 长江河口五个工业点的调查发现，石洞口由于附近污染物的直接排放，c u 、z n 和p h 的浓度最高。黄河、珠江、海河等也受到不同重金属不同程度的污染。太 湖是我国的第三大淡水湖，在区域经济和社会发展中具有举足轻重的地位。据( 戴 秀丽，2 0 0 1 ) 报道，太湖沉积物中重金属污染可划分为3 个区域，c u 的污染级别 高于其它污染金属。作为吉林市、长春市饮用水源地的松花湖，与2 0 世纪8 0 年代初相比，入湖河流沉积物重金属，特别是汞的污染有加重趋势，生物体内重 金属汞呈明显富集。由于工业“三废”的排放及酸雨的影响，进入江河等的污染 物最终流人海洋，造成海水中重金属负荷加重。据监测，大连湾底泥中污染物几 乎全部超标。渤海锦州湾底泥中重金属z n 、p b 、c d 和h g 等超标达1 5 0 倍以上， 致使底栖生物体内有毒重金属大大超过国家食品卫生标准。 国外水环境受重金属污染的报道也比较多。( w 曲e r ，2 0 0 1 ) 报道，如今，美 国大约有1 5 0 0 0 家公司从事电镀和金属磨光，这些公司直接或间接地排放工业废 水，造成了水环境的重金属污染。限o m t o n ，1 9 9 9 ) 报道，英国威尔士南部港口城 市斯旺西作为世界金属熔炼工业中心，导致了水环境c u 、z n 、p b 、c d 等重金属 污染。在丹麦的哥本哈根海港，h o l i i l e n 作为前海军基地以轮船制造、修理和化 工厂为主。经调查研究该地区的浅海沉积物被重金属等所污染。在波兰，采矿和 冶炼产生大量的废物，引起土壤、空气、河水和地下水污染，尤其重金属污染和 氯化物令人担忧( w 曲e r ，1 9 9 9 ) ，大约5 0 的地表水甚至达不到水质三级标准。 可见水体重金属污染已成为全球性的环境污染问题。 1 5 处理重金属废水的技术特点及意义 重金属废水的处理技术主要包括化学法处理技术、物理法处理技术和生物法 处理技术。化学法处理技术和物理法处理技术具有很多缺陷，如：处理量小、技 术难度大、成本高并易形成二次污染。人工湿地处理技术属于生物法处理技术的 广。西大掌硕士掌位论文模拟 工湿地处理含镉无机废水的研究 一种，它是近2 0 年来发展起来的一种污水处理新技术，它主要由植物、动物、 微生物等生物要素以及与此相关的阳光、水分、土壤等非生物要素所构成，这些 要素组合成了一个独特的土壤植物微生物湿地生态系统( 白晓慧等，1 9 9 9 ) ，各 组成成分别起着不同的作用。它在处理污水方面具有以下优势：景观园林效果； 可持续的经济效益；管理简单；具有“一高三低一不”的特点。 1 6 本研究的目的和意义 随着我国经济和社会的发展，水环境污染变得日益严重，尤其是重金属对水 环境的污染。早期的人工湿地主要应用于处理城市生活污水或二级污水处理厂出 水，用来处理重金属污水是一种较为新兴的方式。国外在人工湿地处理重金属废 水方面已有较多的研究报道和实例，而国内在这方面的研究尚少，主要原因是人 工湿地污水处理技术在中国起步相对较晚。利用人工湿地处理重金属废水作为一 种新兴的环保处理方式，其处理效果关键是找到合适的植物( 对重金属具有高富 集作用、生物量大、连作、耐湿、具有景观园林效果) ，其次是摸索出具有较好 净化效果的湿地构型。综合我国重金属废水污染的现状，而镉又是所有重金属元 素中对人类健康威胁最大的一种。本课题主要结合广西植物资源优势，筛选出对 含镉无机废水净化效果好、景观价值高、适宜于人工湿地生长的植物，同时通过 比较两种不同构型的湿地模型净化效果、人工湿地中不同植物的生长状况、重金 属镉和有机质在基质中的含量及分布状况，寻找它们之间存在的相关性，找出较 佳的湿地植物和运行模式，同时得出其净化机理，为推广人工湿地处理含镉无机 废水提供理论依据和实践经验。所以，模拟人工湿地处理含镉无机废水的研究具 有重要的现实意义。 1 7 本研究的主要内容 耐镉湿地植物的筛选 人工湿地系统去除无机废水中镉的效果的研究 有机质和镉在基质中的含量和空间分布规律的研究 4 广西大掌硕士掌位论文模拟人工湿地处理召嘲无机废水的研究 2 材料和方法 2 1 人工湿地植物筛选的材料和方法 2 1 1 供试植物 红蛋( e c h i n o d o m so s i r i s ) ，美人蕉( c 口玎刀口) ，风车草( t o m n af l u v i a t i l i s ) ， 彩叶草( c o l e u sb l u m e ib e n t h ) ，香蒲( 1 卯h am i i l i m a ) ，阿根廷皇冠( a 喀e n t i n e s w o r d ) ，大柳( h y d r o p h i l ac o r ) ，i 】曲o s a ) ，中柳( h y g 阳p l l i l as t r i c t a ) 。它们都是 耐湿植物。 2 1 2 其它相关辅助材料 干净的4 升容量的塑料桶，3 0 c m 3 0 锄的泡沫板和塑料盆。 2 1 3 试验方法 2 1 3 1 含镉营养液的配置 称取0 0 4 0 6 9 、o 0 6 0 9 9 、o 0 8 1 2 9 、o 1 0 1 5 9 、o 1 2 1 8 9 、o 1 4 2 1 9 、0 1 6 2 4 9 的 c d c l 2 2 5 h 2 0 分别溶入1 升的l 5 h o a g l a n d ( 荷格伦特) 营养液中配置成2 0m g l 、 3 0m g l 、4 0m g l 、5 0 m g l 、6 0 1 1 1 9 l 、7 0m g l 、8 0m g l 的镉溶液，溶液p h 值 调至6 6 5 2 1 3 2 湿地植物初筛试验 把以上8 种供试植物，先用1 5 h o a g l 觚d ( 荷格伦特) 营养液培养，待生长 稳定后，用上述配置好的不同浓度的镉溶液进行培养，每一种植物设7 个浓度梯 度，三个重复，采用随机区组排列，同时做空白对照，培养1 5 d 。 2 1 3 3 植物耐镉性水培试验 把初筛所得的四种植物培养在：2 0m 虮、3 0 m 班、4 0m g l 、5 0 m g l 、6 0 1 1 1 9 l 含镉营养液中，每种植物的每个浓度梯度设三个重复，采用随机区组排列，同时 做空白试验，培养5 7 d 。 2 1 4 分析项目及方法 丙二醛硫代巴比妥酸法( 郝再彬等，2 0 0 4 ) 脯氨酸磺基水杨酸法( 张宪政，1 9 9 0 ) 电解质渗漏率电导仪测定法( 黄巧云等，1 9 9 4 ) 植株中重金属镉微波消解原子吸收光度法微波消解a a s 法测定( 史啸 广西大掌硕士掌位论文模拟 王湿地处理含镉无机废水的研究 勇等，2 0 0 3 ) 试验数据统计分析方法试验所得数据均采用e x c e l 和d p s 软件分析 2 2 人工湿地；争化效果研究的材料和方法 2 2 1 试验材料 植物：美人蕉、红蛋、风车草、彩叶草。 基质：细纱( 0 4n u n ) 、粗砂( 0 6r 姗) 、豆石( 8 1 6 咖) 和砾石( 1 6 3 2i l 蚰) ， 它们均来自广西南宁邕江采石场。 2 2 2 试验方法 2 2 2 1 含镉废水配制 称取质量为3 6 5 4 9 的c d c l 2 - 2 5 h 2 0 溶入6 0 0 升的自来水中，配成镉浓度为 3 0 m g l 的镉废水，并且调节溶液的酸度在6 - 6 5 之间。 2 2 2 2 人工湿地的构建 试验在广西大学农学院农业资源与环境教学实习基地的露天人工湿地小试 验系统内进行。 ( 1 ) 系统流程： ( 2 ) 系统构型 将两个水池( 1 2 0 c m 8 3 c m 7 0 c m ) 串联成一个复合垂直流人工湿地，本试验采 用两种构型的复合垂直流人工湿地。进出水设计一( c w ) 和进出水设计二 ( i c w ) ，如下图所示。备注：箭头为水流方向 进水 堪出小仅丌一l v o w ， 1r 上土土上上上上 f f 丁 细纱砂和砾石层 鹅卵石 6 出水 广西大掌硕士掌位论文模拟人工湿地处理含镉囊冲u 宪水的研究 进水 上 1 r1r1 r1r 1r1r 1 r 土土土上上上土 j 细砂和砾石层细砂和砾石层 鹅卵石层 ， ( 3 ) 系统内部基质 出水 7 厂。西大掌硕士学位论文模拟 工湿地处理含镉无机废水的习眵；巴 ( 5 ) 植物的初始种植密度 每小区中种植：美人蕉2 4 株，红蛋2 4 株，彩叶草2 4 株，风车草8 株。 2 2 2 3 人工湿地的运行与管理 待人工湿地系统稳定后，每隔1 5 天运行一次，共运行4 个月。采用间歇进 水方式，上午、下午各进水( 浓度为3 0 i i l 班的镉无机废水) 一次，总进水量为 6 0 0 l ，进水负荷为6 0 0 m m d ，每7 天灌一次营养液，以维护湿地植物的正常生 长。 2 2 2 4 采样时问及方法 ( 1 ) 基质的采集时间及方法 运行后的第八天进行基质的采样( 采用梅花点法) ，采样分为三层：上层( o 5 c m ) ，中层( 5 1 5 锄) ，下层( 1 5 2 0 c m ) 。 ( 2 ) 水样的采集时间及方法 运行后隔2 4 小时进行水样的采集( 出口水流2 分钟后开始采集水样) 。 ( 3 ) 植物样品的采集时间及方法 人工湿地运行前对每种植物进行采样( z 法) ，每月测量一次株高和分株数 ( 从每种植株中选定几株作为代表植物测量并计算平均株高) 。试验结束后，采 收运行人工湿地前选定的每种植物的代表植株( z 法选定) 。 广西大掌硕士掌位论文模拟 、王湿地处理含稍i 无机废水的研究 2 2 2 5 分析项目及分析方法 ( 1 ) 基质分析的项目及方法( 鲍士旦，1 9 8 4 ) a 、p h ：p h 酸度计测定法 b 、有机质一重铬酸钾容量法- 夕 加热法 c 、有效态镉含量一d t p a t e a 浸提原子分光光度法 d 、全量镉含量一王水高氯酸消煮原子分光光度法 e 、水分：烘干法 ( 2 ) 水样分析的项目及方法( 中国国家环保总局编，2 0 0 2 ) a 、进出水样的p h ：p h 酸度计测定法 b 、进出水样的电导率：电导率仪测定法 c 、进出水样的含镉量：浓硝酸和高氯酸消煮原子分光光度法 ( 3 ) 植物样品分析的项目及方法 a 、镉含量：微波消解a a s 法测定( 史啸勇等，2 0 0 3 ) b 、分株数：每月人工记数 c 、株高：每月人工测量 ( 4 ) 试验数据统计分析方法 试验所得数据均采用e x c e l 和d p s 软件分析 9 广西大掌硕士掌位论文模拟 、工湿地处理含镉元机废水的研究 3 结果与分析 3 1 人工湿地植物筛选的结果与分析 3 1 1 耐湿植物对镉的耐受性试验的结果与分析 3 1 1 1 镉胁迫下植物株高增长量变化 美人蕉、红蛋、风车草、彩叶草等在镉胁迫下的株高增长量统计分析结果如 表3 1 所示，相同镉浓度、不同植物的株高增长量均呈现极显著差异，表现为： 美人蕉 红蛋 风车草 彩叶草；不同镉浓度、相同植物的株高呈显著差异，美 人蕉、红蛋、风车草、彩叶草四种植物的株高增长量在0 4 0 m g l 镉浓度范围内 随着镉浓度的升高，并且他们的株高增长量极显著的高于对照。镉浓度超过 4 0 m l 后随着镉浓度的升高，株高增长量显著或极显著低于对照，说明4 0 i i l g l 是这四种植物的耐镉极限，超过此浓度植物生长将受到显著的抑制。 表3 1 植物的株高增长量( c m ) t a b l e 3 - lt h ei n c r e 嬲eo f p 1 锄t sh e i g h t ( c m ) 大写字母表示同一镉浓度下不同植物间株高增长量差异显著性；小写字母表示同一植物下不 同镉浓度问株高增长量差异显著性相同字母表示差异不显著，不同字母表示差异显著 1 l l ec 印砌ss h o w e dm e 蜘础a b i e 砌f e r e n c e s 砌【0 n g 妇d i 虢r e n tp l 锄t s ；t h el o w e r c a 瞄 s h o w e dm er e 瑚r k a b l ed i 哟船c e s 锄伽gt l l ed i 腩姗ts 讹豁o fc d t h es a 脚l e t 觚灿w e dm e d i 丘- e r e m c e sw e r e n tr e n 强d 【a b l e 廿l ed i 丘e 瑚tl e t t e 岱s h o w e dt l l ed i 丘e r e n c e sw e r ei 薯脚a r k a b l e 3 1 1 2 耐湿植物对镉胁迫的生理生化响应 美人蕉、红蛋、风车草、彩叶草在镉胁迫下体内的脯氨酸、丙二醛、电解质 渗漏率等生理生化响应指标的研究结果如下。 l o 广西大掌硕士掌位论文模拟人工湿地处理含镉元机废水的研究 ( 1 ) 镉胁迫下植物体内脯氨酸的含量变化 脯氨酸含量的变化常作为植物逆境生理的一个指标，是植物逆境胁迫下所产 生的一种抗性物质，脯氨酸含量越高表明抗性越强。其含量的增加有利于保持原 生质与环境的渗透平衡，抵御镉的影响。表3 2 所示，相同镉浓度、不同植物的 脯氨酸含量差异极显著，它们体内的脯氨酸含量高低顺序为：美人蕉 红蛋 风 车草 彩叶草。而不同镉浓度、同一植物体内的脯氨酸含量显示，在o - 4 0 i i l 班 镉浓度范围内，随着镉浓度的升高，四种供试植物体内脯氨酸的含量均极显著升 高；在4 0 一6 0 m 虮镉浓度范围内，四种供试植物体内脯氨酸含量均极显著的下降。 表3 2 植物体内的脯氨酸含量( m 眺曲 t a b l e 3 - 21 l l ec o n t 饥t so f p r o l i n ei np l 狮t s ( m g k g ) 大写字母表示同一镉浓度下不同植物间脯氨酸含量差异显著；小写字母表示同一植物下不同 镉浓度问脯氨酸含量差异显著相i ；，字母表示差异不显著，不同字母表示差异显著 t h ec a p 砒ss h o w e d 妇瑚谢汕kd i 行e 啪c e s 锄gm ed i 脑喇p l a n t s ；t h e1 0 w e r c 娥s s h o w e dm e 姗唿d 油l ed i f r e r e n c e s 锄0 n g 龇d i 位姗ts 眈s so fc d m 呲l e t 觚s h 佣e d 她 d i 丘e r e n c e sw 蝴tf e m 孤k 刁l b l e ，t l l ed i 行e r e n tl e 饥e 娼s h o w e dn l ed i 伍撇c 豁w e 托r e _ i i 】即r k a b l e ( 2 ) 镉胁迫下植物体内丙二醛的含量变化 丙二醛的含量是衡量膜脂过氧化程度的一个非常重要的生理指标，它表示 细胞膜受伤的程度。表3 3 所示，相同镉浓度、不同种植物中丙二醛的含量差异 极显著，四种植物体内丙二醛含量的高低顺序为：彩叶草 风车草 红蛋 美人 蕉；不同镉浓度、同一植物体内的丙二醛含量随着镉浓度的升高，四种植物体内 丙二醛含量均极显著升高。 广西大掌硕士掌位论文模拟o 蠲l 地处理含镉无机废水的研究 表3 3 植物体内的丙二醛含量( 咖o l g f w ) t a b l e 3 3t l l ec o n t e n t so f m a l o n y l d i a l d e h y d e i np l a i l t s ( 姗。瞻f 哪 大写字母表示同一镉浓度下不同植物间丙二醛含量差异显著；小写字母表示同一植物下不同 镉浓度间丙二醛含量差异显著相同字母表示差异不显著，不i 习字母表示差异显著 m c 印i t a l ss h o w e dm e 彻m r k a b l ed i 位咖c e s 锄0 n gn 搪d i tp l 如t s ；ml o w e r c 私髓 s h o w e dm e 础蚴呔a b l ed i 晌c e s 锄1 0 n gm ed i 虢姗ts 骶s so fc d ms 锄l e t 觚s h o w e dn 圮 d i 丘e r e n c 懿w e 他n t 北m a r k a b l e 。n l ed i 丘b 陀n tl e 戗e 璐s h o w e dm ed i 胝i l c e sw e 咒1 1 e m 缸h b k 表3 4 植物体内的电解质渗漏率( ) t i a b l e 3 - 4t h ec e l lm 锄b r a i l ep e n n e a b i l 时i np l a n t s ( ) 大写字母表示同一镉浓度下不同植物间电解质渗漏率差异显著；小写字母表示同一植物下不 同镉浓度问电解质渗漏率差异显著相同字母表示差异不显著，不同字母表示差异显著 t h ec 印蹦ss h o w e d 舭砌瑚r k a b l ed i 氐他n c e s 姐螂呜吐圮d i 黝p l 姐t s ；ml 删e r c 舔嚣 s h o w e dm er a 咙i d 【a b l ed i c e s 锄彻gn l ed i 侬n ts 舵鲻o fc d m 鲫呲l e t 慨s h o w e dn 砖 d i 丘e r e n c e sw e 咒n t 陀m a r k a b l e n l ed i 任醯e n tl e n c 髓s h o w e dt l 埒d i 妇b r e i l c e sw e r er e i 瑚r k a b l e 1 2 广西大掌硕士掌位论文模拟工湿地处理含镉无机废水的研究 ( 3 ) 镉胁迫下植物叶片电解质渗漏率变化 由于植物与环境中镉直接接触的首先是质膜，镉对植物细胞膜系统的直接 伤害体现在质膜受伤上，镉浓度越高，对质膜选择透性、组成、结构和生理生化 等的伤害就越大，主要表现为膜透性增大。表3 - 4 所示，同一镉浓度、不同植物 叶片的电解质渗漏率极显著不一样，四种植物叶片的电解质渗漏率大小顺序为： 彩叶草 风车草 红蛋 美人蕉：不同镉浓度、同一植物叶片的电解质渗漏率随 着镉浓度的增加而极显著升高。 3 1 1 3 植株体内含镉量 为了研究四种耐湿植物对镉的吸收情况，我们分别分析了植物根、茎叶的镉 含量。表3 5 所示，相同镉浓度、不同植物根的镉含量差异极显著，茎叶的镉含 量差异也极显著，且高低顺序均为：美人蕉 红蛋 风车草 彩叶草，植物根的 镉含量均大于茎叶的镉含量；不同镉浓度、相同植物根的镉含量差异极显著，茎 叶的镉含量差异也极显著，总体上看，在0 4 0 m 叽镉浓度范围内，四种植物体 内镉含量均随着镉浓度的升高而增大，当镉浓度达到5 0 1 1 1 9 l 和6 0 i i l g l 时反而 下降。 表3 5 植物根的镉含量( m 眺g ) t a b l e 3 - 5t l l ec o n t 饥t so f c di nt h er 0 0 t s ( m g l ( g ) 大写字母表示同一镉浓度下不同植物问根的镉含量差异显著；小写字母表示同一植物下不同 镉浓度间根的镉含量差异显著相同字母表示差异不显著，不同字母表示差异显著。 t h ec a p it a l ss h o w e dt h er e m a r k a b l ed i f f e r e n c e sa m o n gt h ed i f f e r e n tp l a n t s ；t h e 1 0 w e r c a s e ss h o w e dt h er e m a r k a b l ed i f f e r e n c e sa m o n gt h ed i f f e r e n ts t f e s s0 fc d t h e s a m el e tt e r ss h o w e dt h ed i f f e r e n c e sw e r e n tr e m a r k a b l e 。t h ed i f f e r e n tl e tt e r ss h o w e d t h ed i f f e r e n c e sw e r er e m a r k a b l e 广。西大掌硕士掌位论文模拟入王湿地处理含镉无机序e 水的研究 表3 6 植物茎叶的镉含量( m 眺g ) t a b l e 3 6t h ec o n t e n t so fc di nt h es t e r i l sa n dl e a v e s ( m g k g ) 大写字母表示同一镉浓度下不同植物间茎叶的镉含量差异显著；小写字母表示同一植物下不 同镉浓度间茎叶的镉含量差异显著相同字母表示差异不显著，不同字母表示差异显著。 1 1 嵋c a p i t a l ss h o w e dt i l e 砌瑚r k a b l ed i 位r e e s 锄1 0 n gt 1 1 ed i 位础l tp l a n t s ；1 1 圮l o w 蹦：a s s t l o w e dm e 托m 觚k a b l ed i 胝n c e s 越n o n gm ed i 伍删s t r e 豁o fc d t h e 涨k 蚀e 岱s h o w e d 也e d i 丘e r e i l c e sw e 嗍t “玎n 剐恸l e t l l ed i 任e 1 a 呲l e t t e r ss h o w e dt l 圮d i 丘- e r 鼍m c e sw e r e “：n 塌f k a b l e 3 2 人工湿地净化含镉无机废水效果的结果和分析 3 2 1 人工湿地植株的生长状况 3 2 1 1 植物株高增长量 在整个试验过程中，人工湿地中的四种植物生长状况都很好，美人蕉和风车 草分蘖较快，四种植物生长良好，没有养分缺乏症状和病虫害现象。不同时期， 各人工湿地系统植物株高变化情况如表3 7 所示，总体上说，v c w 系统的植物 生长较c w 系统的植物生长快。但是，无论在c w 还是在v c w 系统中， 四种植物的生长趋势表现为：风车草 美人蕉 彩叶草 红蛋，其中8 月的生长 最快，9 月和l o 月减慢。 1 4 广西大掌硕士掌位论文模拟人工湿地处理召。稍i 元机废水的研究 表3 7 植物各时期的株高增长量( c m ) i j a b l e 3 7t h ei n c r e a s eo ft h ep l a n t s h e i g 灿d u n gt h ed i 日i 暑r e n tp e r i o d ( c m ) c w i c w a a a l a 2 bb l bb 2 a a a l a 2 bb l bb 2 美人蕉 c l 口刀疗口三 红蛋 屁j i l 伽d 面邶 o s i n s 彩叶草 c 0 t 哪 6 觑聊西曰鲫历 风车草 而甩伽口 f l m i n n t i s 美人蕉 c a 甩以口三 红蛋 艮j i l 扬d z 锄 o s i r i s 彩叶草 c o i 嘲 砒m 西b 明历 风车草 乃甩加口 f l 玳，i n 髓n s 1 9 2 0 士3 4 21 6 9 5 士2 9 61 2 5 5 士1 2 3 l o 9 2 士1 2 39 0 9 士0 3 l4 6 4 士o 3 9 1 6 0 5 士o 3 31 3 2