（卫生毒理学专业论文）水生植物滤床对水体铅污染的作用研究.pdf

中文摘要 水生植物滤床对水体铅污染的作用研究 研究生：程斌导师：浦跃朴教授 东南大学公共卫生学院 中文摘要 水生植物滤床( a p f b ) 是一种皇好的治理富营养化水体的生物修复系统。为了解决a p f b 水生蔬菜中p b 含量超标的问题，掌握a p f b 及其水生植物对水铅的去除作用特点，促进a p f b 推广应用，我们以宜兴a p f b 中试基地现场为基础，建立了温室模拟a p f b 和光照培养箱模拟 a p f b ，选用空心菜、水芹菜、菰、风眼莲等多种水生植物，开展了a p f b 对水中p b 污染的 作用的相关研究。 整个研究包括以下3 部分： 一、a p f b 对水体铅污染的作用的中试研究 选用空心菜、水芹菜、菰、风眼莲、鸟菱构建了5 种a p f b ，并逐一考察了这些滤床去除 水p b 的能力，分析评价了水力负荷、水深等对a p f b 去除水p b 作用的影响，考察了p b 在a p f b 系统中的分布。结果表明：植物滤床对水p b 具有较强的去除效果，植物在其中发挥主要作 用。但不同植物滤床去除水p b 的效果不同，与各种植物的根系发达程度、生物量增长速度 正相关。可影响a p f b 对水p b 去除率的因素主要有植物种类、原水p b 含量、水力负荷、水深、 水生植物生物量及其配置模式等。p b 在a p f b 上游水体和底泥中的含量均高于下游，垂直层 面则无显著性差异，底泥中的p b 含量随其厚度与日俱增。 二、水生植物对水体铅去除作用的实验室研究 鉴于水生植物在a p f b 去除水p b 中发挥主要作用，因此，我们通过构建温室模拟a p f b 和光照培养箱模拟a p f b ，重点研究了各种水生植物去除水p b 的作用特点，为提高水生蔬 菜食用安全性或针对性的选择水生植物用于含p b 水体预处理提供理论和实验基础。结果表 明：不同水生植物对水p b 的去除能力不周，茎叫。根质量比值大的植物对水p b 的去除能力 较强。根是水生植物最重要的吸收和蓄积水p b 的部位，其对水p b 的去除能力远高于茎、 叶等部位。水生植物的幼苗对水p b 的去除能力明显高于相应的成熟株或中成株。水停留周 期、原水铅浓度、光照、水体p h 值、磷酸盐等均可以影响水生植物对水p b 的去除率、去 东南大学硕士学位论文 除负荷和去除速率。 三、改善a p f b 水生蔬菜食用安全性的措施研究 在综合前二章研究的基础上，我们将a p f b 分为前后2 段，在a p f b 前段栽种睡莲、茭白 及空心菜等“屏障植物”，在a p f b 后段种植拟供食用的空心菜，考察了套种以及定期收割对 空心菜食用安全性的影响。研究表明：合理的植物套种可显著减少水生蔬菜对p b 的蓄积量， 提高其食用安全性。屏障植物的种类、生物量大小及其配置模式对水生蔬菜的食用安全性有 较大影响。定期采摘水生蔬菜，可有效缩短新生的茎叶等可食部位对p b 的蓄积时间和蓄积 量，提高食用安全性。最终我们全面评价了a p f b 在有关措施实际干预下生产的水生蔬菜的 食用安全性，发现其食用安全性良好。 关键词；铅；水生植物滤床：人工湿地：水生植物；食用安全性；生物修复；重金属 i i a b s t r a c t s t u d i e so nt h ee f f e c to fa q u a t i cp l a n tf i l t e rb e d o n p b i n ，a t e r c h e n gb i n s u p e n r i s e db yp r o f p uy u e p u s c h o o lo fp u b i i ch e a l t h ，s o u t h e a s tu n i v e r s i 啦 a b s n a c t a p f bi sag o o db i o r e m e d i a t i o ns y s t e mu s e dt ot r e a tp o l l u t a m si ne u t m p h i c a t e dw a t e ri n o r d e rt or e s 0 1 v et h ep r o b l e mo fe x c e s so fp bi na q u a t i cv e g e 诅b l e sa n dt op r o m o t e 印p l i c a t i o no f a p f b ，w ed e s i g na n de s t a b l i s ht h 。g r e e n h o u s es i m u l a t i v ea p f ba 1 1 dt h ei 1 1 u m i n a t i o ni n c u b a t o r s j m u i a c f v ea p f bb a s e do np i l o ts c a l ea p f b7k i n d so f a q u a t i c p i a n t s ，s u c ha si p o m o e aa q u a t i c a ， n y m p h a e at e t r a g o n a z i z a l l i ac a d u c m o r a ，o e n a n t h ej a v a n i c a ，l a t i f o l i ag r i s e b ，t r 印aa c o m i s ， e i c h h o m i ac r a s s i p e ss o l m ，a r es e l e c t e dt oc o m p r i s ea p f bt os t u d ye 行：c t so np bi nw a t e r t h ew h o i er e s e a r c bi sc o m p r i s e do f 3p a r t sa sf 0 儿o 、v s p a r t1 p i l o ts c a l ea p f bs t l i d i e so ne f f e c to fp bi nw a t e r b a s i n go ns t u d i e so nr e m o v a lo f n ，pi ne u t m p h i c a t e dn e s hw a t e rb ya p f b ，5k i n d so f a p f b c o m p r i s e d o fi p o m o e aa q u a t i c a ，z i z a n i ac a d u c m o 吼o e n a l l t h ej a v a n i c a ，l a t i f 0 1 i af i s e b e i c h h o m i ac r a s s i p e ss o j m ，a r ee s t a b i i s h e dt o i n v e s t i g a t er e s p e c t i v e i yt h e i ro w nc a p a c i qo f r e m o v a lo fp bi nw a t e ls e v e r a i l m p a c tf a c t o r so fr e m o v a lo fp b ， f o re x 枷p l e ，h y d r a u l i cl o a d i n g r a t e ，d e p t ho fw a t e la r ea n a l y z e da n dd i s t r i b u t i o na n dc o n t e n to fp bi na p f bi si n v e s t i g a t e da t l a s t r e s u 恼s h o wt h a ta p f bh a ss t r o n ge 施c t so nr e m o v a lo f p bi nw a t e li nw h i c ha q u a t i c p l a n t s p l a yk e yr 0 1 e s d e f e r e ma p f bc o m p r i s e do fd i 脆r e n tp l a n t st a l ( e so nd e f e r e n tr e m o v a le f f i c i e n c y p o s i t i v e l yc o 盯e l a t i n gt ot h e i rd e v e l o p m e n to fr o o t ，r a t eo fa m p l i t u d eo f b i o l o g yq u a n t 吼k i n d so f p l a n t s ，c o n c e n t r a t i o no fp bi nr a ww a t e lh y d m u l i cl o a d i n gm t e ，d e p t ho fw a t e b i o l o g yq u a n t i t y a n d a r r a n g e m e n to fa q u a t i c p l a n t s a r ea n i m p o r t a l l ti m p a c t f 犯t o r sd e t e r m i n i n gr e m o v a l e 衔c i e n c i e s d i s t r i b u t i o na n dc o n t e n to fp bi na p f bs h o w sa p p a r e n tr a n ko r d e rc o n c e n t r a t i o no f p bi nu p r i v e rw a t e ra n dm u dc o v e r i n go nt h eb o 怕mo f t a p f bi sh i g h e r t h a nt h a ti nd o w n s t r e 砌 w h e r e a sn os i g n i f i c a n td i 仃b r e n c eb e t w e e nc o n c e m r a t i o no fd i 矗b r e n tl a y e r so fw a t e ra n dm u d i i l 东南大学硕士学位论文 c o n l e n io fp bi nm u di sg m d u a l l yi n c r e a s i n gd a yb yd a yw j t hm u d st 1 1 i c k n e s s p a r t2 l a b o r a t o r yr e s e a r c ho na q u a t i c - p l a n t s r e m o v a ie f f e c to fp b s i n c ea q u a t i c - p l a n t sp l a yk e yr o i e s - nr e m o v a io fp bi nw a t e r ，w ee s t a b l i s ht h eg r e e n h o u s e s i m u l a t i v ea p f ba n dt h ei l l u m i n a t i o ni n c u b a t o rs i m u l a t i v ea p f bt oe m p h a t i c a i l ys t u d yo n a q u a t i c p l a n t s r c m o v a la b i i i t yo fp b ，w h i c hm a yp r o v i d et h e o r e t i c a ia n de x p e r i m e n t a lf o u n d a t i o n o fs e l e c t i o no fa q u a t i c p i a n t sf o rp r e t r e a t i l l gr a ww a t e rp o s s e s s i n gp bo rf o re n h a n c e m e n to f e d i b l es a f e t yo f a q u a t i c - p l a n t s r e s u l t ss h o wt h a td i 他r e n ta q u a t i c p l a n t sh a v ed i 仃e r e n tr c m o v a le 蹦c i e n c l e so fp bi nw a t e r t h eh i g h e rq u a n t i t yr a t eo f ( s t e m + i e a f ) r o o ti s ，t h es t r o n g e ra q u a t i c p l a n t s a b i l i t yo fr e m o v a lo f p bi s r o o ti st h em o s ti m p o n a n to 唱a no fa b s o r b i n ga n da c c u m u i a t i n go fp ba n ds h o w sh i g h e r a b 川妙o f a b s o r b i n ga n da c c u m u l a t i n gp bt h a ns t e ma n di e a fy o u n ga q u a t i c p i a t l t ss h o w ss t r o n g e r a b i i i t yo f r e m o v a lo f p b t h a n m a t u r ep l a n t so r m i d l i f ep l a n t sh y d r a u i i c l o a d l n g t 1 1 1 e ，i l l u m i n a t i o n ， p ho fw a t e la d d i t i o no fp h o s p h a t ea 1 1c a ni m p a c ts p e e do fr e m o v a lo fp b ，r a t eo fr e m o v a lo fp b a n dr e m o v a l l o a d i n go f p b p a r t3 r e s e a r c ho nm e a s u r e sf o ra m e l i o r a t i n ge d i b l es a f e t yo fa q u a t i c - p l a n t si na p f b o nt h eb a s i so fs y n i h e s i z i n gt h ef o r w a r d2c h a p t e r s r e s e a r c h e sw ed i v i d ea p f bi n i o 2 s e g m e n t sw es t u d yt h ei m p a c to fc o n s t i t u t eo fp l a n t so ne d i b l es a f e t yt l o u g hp l a n t e di p o m o e a a q u a t i c ae x p e c t e dt ob e e d i b l ei nt h eh i n ds e g m e n ta n dp i a n t e di p o m o e aa q u a t i c a ，n y m p h a e a 1 b t r a 9 0 n a ，z i z a n i ac a d u c 讯o r ai nt h e 仔o n t a ls e g m e n ti ob u i l dap m t e c t i v ep i a n ts c r e e na tt h e s 锄et i m ew ep o s ep e r i o dr e a p i n go ni p o m o e aa q u a t i c at os h o r t e nt h et i m eo fp l a n t i n ga n d a b s o r b i n go f p bs oa st 0e 1 1 1 1 a n c et h ee d i b l es a f e t yo f v e g e t a b l e s r e s u i t si n d i c a t e st h a te s t a b l i s h m e n to f r e a s o n a b l ec o n s t n u t eo f p l a n t sc a nd i s “n c t l yc u td o w n a c c u m u l a t i o no fp bi np l a n t sa n de n h a n c ei t se d i b l es a f e t y d i f f c r e n tp r o t e c t i v ep i a l l ts c r e e n s p o s s e s sd i f f e r e n lc o n t r i b u t j v er a t eo f d e c r e a s i n go fp b b i o i o g i c a lq u a n t i t ya n da r r a n g e m e n tm o d e s o f p r o t e c t i v es c r e e n sp l a n t sc a ni m p a c te d i b i es a f e t ya1 0 tp e r i o dr e a p i n go na q u a t i cv e g e t a b l ec a n s h o r t e ni t st i m eo f a b s o r b i n go f p ba n dc u td o w n5 0 o f a c c u m u l a t i o no f p bi nv e g e t a b l e s f i n a i i y w ee v a l u a t et h ee d i b i es a f e 可o fa q u a t i cv 。g e t a b l e su n d e rp r a c t i c a ic o n t m n gm e a s u r e sa n d c o n c l u d et h a i t h eed i b l es a f e t yo f a q u a t i cv e g c t a b l e sl se x c e l l e n t l v a b s 打a c i k e yw o r d ：p b ；a q u a t i c p l a n ta i t e rb e d ( a p f b ) ；c o n s t r u c t e dw e t l a n d ；a q u a t i c p l a n t ；e d i b i e s a f e t y ；b i o r e m e d i a t i o n ；h 拍v ym e t a l s v 东南大学顼士学位论文 水生植物滤床 人工湿地 铅 高锰酸盐指数 总磷 总氮 氨氮 硝酸盐氦 叶绿素一n 悬浮物 溶解氧 酸碱度 缩略词表 v i m 芋仰 俐 m 州 甜 a ( j q 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位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，也不包含为获得东南大学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己在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。 、 研究生签名：么l 塑 日期：! ! r - 砂 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸 质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包 括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究蚴：辑跏虢率肆日期：眺舰 绪论 近年来随着我国1 二业和生活污水中大量的氢、磷及重金属等进入地表水体水质严重 恶化，对生态平衡构成严重威胁。人类尝试了多种方法治理水体污染，水生植物滤庆( a q i 埘 c d 1a r 【t 巧i t e r b e d ，a p f b ) 是一种起源丁日本的用于富营养化水体生物修复的新型人工湿地系 统【l 埘，目前国内鲜见相关研究和应用。 一、水生植物滤床： a p f b 也称为水耕植物过滤法，其净化水体原理如图1 所示：在a p f b 上密植多种茎秆 和根系发选的食用或观赏型水生植物，通过植物生k 过程中形成的细密网状根系垫层高教地 将水巾的悬浮性污染物和藻类过滤去除，然后由微生物对形成的污泥堆积物中的柏机物、氮 磷等营养物、藻类及其他污染物降解去除：同时，植物吸收原水中的有机物和氮磷营养物作 为生长营养来源生产出具有较高经济价值的水牛蔬菜或观赏型柑物通过在挟茬时出售这 些水生植物，既可将大部分有机物及营养物移出水体，避免植物体内的污染物重新进入水体 造成二次污染，又可以产生显著经济效益；此外，通过定划清除水生植物残枝和底泥，经过 生物堆肥发酵技术将高有机物含量底泥转化成高教有机肥，实现资源的可循环利用，最终形 成一个由水生植物、微生物等构成的高效生态净化系统。 圈i 永生植物滤床水质净化厦理示意图 1 9 9 5 年，日本霞浦t ：程事务所州建立了“十浦水耕植物同”，总面积约3 3 0 0m 2 ，年平均 去除速率氯为0 9 4 趴m 2 d ) ，磷为o 1 6 ( m 2 - d ) 。1 9 9 8 f 中川元男1 5 1 在琵琶湖用西洋菜进行 东南大学硕士学位论文 了净化实验，t n 、t p 的去除率分别为1 4 和2 7 。同时他还进行了各种花卉、野菜的品种 的筛选。对野菜的食用安全性测试表明，各项指标均符合日本食品卫生要求。对于水生花卉 的利用井上充【6 姬过“干燥一切割一粉碎一加压( 98 1 0 7p a 4 9 x 1 0 8 p a ) ，的流程，将薄荷、 风仙花和万寿菊这3 种由水耕植物过滤法生产的花卉茎秆、叶、根等制成柱状固体燃判，平 均热值可达3 6 0 0c a l 鹰3 8 0 0 c a 垤。 综上可见，作为一种独特的新型人工湿地，a p f b 具有以下特点：高效率：对有机物 ( c o d 、b o d 5 ) 有较强的降解能力，n 、p 、s s 等去除率也很高：低投资、低运行费、 低能耗，绿色环保，维护简单；种植了人量的食用类或观赏类水生植物，生态环境效益显 著；可通过收割植物食用或处理等，实现污染物资源化处理、经济回收。 近3 年来，本课题组承担了“宜兴大浦港国家级生态修复示范区中试研究”p 。1 ”，在太湖 湖西宜兴地区进行复合功能生态修复示范区研究与建设，以a p f b 技术为核心，重点解决受 污染的入太湖主要河流的水质等级提高和面源污染控制，探索太湖富营养化控制的生态修复 措施与模式，为今后的全太湖流域的生态修复积累经验并提供科研平台。中试结果：在水力 负荷为2 5m 3 ( m 2 d ) 3 0m 3 “m 2 d ) 、水深为1 0c m 2 0 c m 的运行条件下，a p f b 对氨氮、有机 物、叶绿素a 和浊度的平均去除率分别达到3 0 、2 5 、8 0 和9 0 以上。同时，a p f b 中 种植的空心菜、水芹菜等，生长状况良好，有望产生可观的经济效益，改变生态工程单纯靠 国家长年累月投入的模式：但检测发现部分蔬菜样品中p b 超过国家食品卫生限量标准，存 在通过食物链损害人和动物健康的潜在危险。 二、p b 的毒性及其植物修复技术： 针对水生蔬菜样品铅含量超标，我们进行了环境流行病学调查肚”】，资料表明：随着 经济发展，宜溧河及其太湖入湖口宜兴大浦口工农业及生活污水不断排入河内，导致水质污 染，富营养化现象严重影响周边地区的供水；水域底泥下层p b 等重金属含量高于太湖周边 自然土壤；当地环保部门监测发现水体中p b 达到9 o i i g ，l 2 0o p l 超过地表水i i 类标准 限值：p b 污染己影响了当地稻米，威胁到居民饮水安全和身体健康。 p b 是一种有害人类健康的重金属环境毒物和神经发育毒物”】，广泛存在于空气、水 体、土壤环境中，可被蔬菜等植物所吸收、蓄积，并通过食物链经消化道以及呼吸道、皮肤 等途径进入人体。p b 可对骨髓造血系统、神经系统：消化系统、生殖系统产生影响，损害 机体健康，其主要毒性效应表现在：贫血症、神经机能失凋、肾损伤以及儿童大脑损害和学 习障碍等。年龄、性别、种族、饮食、遗传等是影响p b 对人和动物毒性强度的重要因素。 2 绪论 目前我国约有数以千万计儿童正在受到p b 神经毒性作用的影响，儿童平均血p b 水平比美 国高出7 0 u g ，l 8 0 峙，l 。研究证明 ”“”，血p b 水平每上升l o o g l ，儿童智商( i q ) 将丧失 ( 6 7 ) 分；血p b 水平1 0 0 “胡。以上的儿童，智力发育明显落后于对照儿童。 由于儿童p b 暴露水平高且对其神经发育毒性更敏感，近年来预防p b 中毒日益受到重 视。美国国家疾病控制中心以及美国儿科学会制订儿童p b 中毒诊断的标准为“血p b 水平超 过或者等于1 0 0 此l m ”】，我国也先后制定了一些关于p b 的限制标准，见表l 。 表l 我国有关p b 的限制标准 随着全球p b 等重金属污染越来越严重，环境重金属防治研究也逐步深入。我国一些学 者对长江、太湖等水域及其水生植物中重金属迁移规律进行了研究【2 0 2 ”认为目前我国水体 p b 等重金属污染状况较为严重，城市生活污染、工农业生产、管理不善是污染加剧的主要 原因。目前治理水体重金属污染的措施阻2 4 1 主要有：中和沉淀法、硫化物沉淀法、反渗透 法、电渗析法、蒸发浓缩法等，但以上方法存在费用大、对水质破坏严重、效率低等缺点。 近年来，水体重金属污染的植物修复【2 5 。3 7 1 ( p h y t o r e m e d i a t i o n ) 技术日益受到重视，目前常用的 水体重金属植物修复技术主要有根系过滤( r h i z o f i l l r a t i o n ) 和植物萃取( p h y t o e x t r a c t i o n ) 等。 根系过滤川是指植物根系范围内呈溶解态的金属元素被植物根系吸收或在植物根系影 响下沉淀、吸附在根系外表面。根系过滤主要用于处理污染地下水，植物需要在温室内培养， 把其根系插入水中。为了使它们适应某特定的污水环境在它们的根系长大到一定程度时， 就需要从污染场地运来污水，逐渐代替原米浸泡根系的水源，最终使污水成为它们的唯一供 水源。屉后再把这些经过适应性培养的植物种植到污染现场并使其根系深入污染地下水面以 下，植物的根系就能开始吸收地下水中的金属元素，当植物完全饱和了污染物，就需要把它 们砍伐。在乌克兰的切尔诺贝利试验场发现。向曰葵能很有效地吸收池水中呈溶解态的放射 性金属元素。 植物萃取技术【3 2 j 也叫植物富集技术，它指利用专性植物根系吸收一种或儿种重金属， 金属离子进入根部后，通过木质部转运至地表部分，也可以通过韧皮部使金属在体内重新分 配、转移贮存到地上茎叶部分，最终通过收获茎叶离地处理。对某些金属积累的植物的术 质部液体分析表明：有机酸参与了重金属的转运，有机酸可降低重金属的毒性，促进重金属 东南大学硕士学位论文 的运输。 本研究中所用的a p f b 实质上就是生物修复在水体去污上的实际应用2 7 。2 9 ”3 ”，其重 要特点就是在削减入湖污染量、控制太湖富营养化的同时引种了大量具有经济价值的水生 植物( h y d r o p h ”e s ，a q u a t i cp i a n t s ) 执行生物修复功能，其中以规模化方式生产的空心菜、 水芹菜等经济价值很高的水生蔬菜，生长状况良好，有望产生可观的经济效益【5 ”。2 ”。 三、水生蔬菜及其食用安全性评价： 水生蔬菜是水生植物的重要组成部分。我国的水生蔬菜资源十分丰富，有十几大类近 百个品种，常见栽培的主要有：莲藕、荸荠、茨菰、茭白、莼菜、豆瓣菜、空心菜等【3 9 】。 各种水生蔬菜除了区域分布有所不同外，在同一地区种植对于水位深浅和水下土壤的要求也 有不同，因此，可以针对不同的水面资源和水下土壤肥力状况，选择合适的水生蔬菜品种进 行栽培，既可以使所栽培的水生蔬菜取得显著经济效益，又可以通过水生蔬菜吸收利用水中 的腐殖质和水下土壤中大量的有机质、氮、磷等，从而达到净化水体的目的。 但是必须看到，我们在利用a p f b 水生蔬菜进行富营养化水体生态修复、去除n 、p 等 污染物的同时，不可避免的要面对水生蔬菜对重金属的吸收、蓄积，以及随之而来的重金属 蓄积可能导致人类健康危害的问题。 随着经济文化的发展、生活水平的提高，粮食、蔬菜等食物的品质及其安全性问题越来 越受到人们的关注。当前我国尚无完整的蔬菜卫生安全标准，中国预防科学院主编的食品 卫生国家标准汇编( 1 - 5 ) 中制定了具有较强指导意义的蔬菜水果卫生标准的分析方法 ( g b 厂r 5 0 0 9 3 8 1 9 9 6 ) ，主要评价指标有：感官性状，农药残留，铅、汞、砷等金属和非金 属，硝酸盐，抗生素，激素，黄曲霉毒素以及放射性物质等。 其中，重金属由于不易通过清洗、烹调等方法被清除出蔬菜。且大多对人体具有较强的 危害性因此备受重视，u n d p 、f a o 、w h o 等国际组织己把蔬菜等食物中重金属污染作 为全球食物污染监测计划中的重要项目之一【4 0 “】。我国北京、上海、南京、杭州、广州、天 津、深圳、沈阳、成都、重庆、西安等大中城市均对土培蔬菜生产区域的灌溉水、土壤及其 蔬菜产品中的重金属的存在状态、环境容量、迁移规律等行了系统调查【4 ”，发现：当前 由于工农业生产、城市生活、管理不善等原因，各地蔬菜中重金属污染较为严重；蔬菜中重 金属含莹与环境土壤中重金属含量具有较强的相关性，通常高重金属含量本底环境中栽培的 蔬菜等食物更易于发生重金属含量超标现象；同一种植物种类对不同重金属的吸收富集能力 不同，不同种植物对同一种重金属的吸收富集能力也不同：蔬菜对重金属的富集能力一般表 4 绪论 现为叶菜类 根茎类，瓜果类：而重金属在植物体内的分布主要表现为根部 茎叶部。但是目 前关丁二水生植物m 6 6 9 t 其是水生蔬菜”7 l ”1 中重金属的存在和迁移规律的调查研究还比较 少见，不利于今后台理利用水生蔬菜等经济水生植物去除水体污染、避免蔬菜中铅等重金属 含篓超标，不利于a p f b 进一步推广应用。 四、选题目的和意义： 综合以上，我们认为在已何研究成果的基础上，必须进一步认真思考并研究以下问题： i ) a p f b 是一种行之有效的净化富营养化水体中n 、p 等污染物的生态修复系统对于 原水中存在的p b 污染，不司种类植物构建的a p f b 是否同样具有良好的去除作用? 水力负 荷、水深、植物生物量大小及其配置模式等对a p f b 去除水铅效果的影响如何? p b 在a p f b 中试系统各个层面的分布和含量有何特点? 2 ) 作为a p f b 去除n 、p 的核心，水生植物包括水生蔬菜对水体中重金属污染作用如 何? 本研究将构建模拟a p f b ，以铅为代表，开展水生蔬菜等经济水生植物对水体中重金属 污染的去除作用的试验研究，深入比较太湖流域常见的不同水生枇物、不同水生植物部位去 除水p b 能力的差异，考察植物生| 吏期、水停留周期、水量负荷、光照、水体理化环境等因 素对植物去除水p b 能力的影响等，为今后充分利用a p f b 、选择台理的a p f b 植物品种和 运行参数提供科学依据。 3 ) a p f b 去除n 、p 的同时可以生产大量具有一定经济价值的水生蔬菜，但是部分蔬 菜样品中铅含量超标，具有潜在健康危害。为此必须探讨运用a p f b 处理存在轻微p b 污染的 富营养化原水日寸，如何通过科学选择、搭配植物种类，合理设计运行参数，既能保持a p f b 良好的n 、p 等营养盐去除能力，又能保障其所生产的水生蔬菜食用安全性良好，产生显著 经济效益? 为此，我们需要对提高a p f b 蔬菜产品食用安全性的措施进行重点研究，并对措 施干预下a p f b 中试工程生产的水生蔬菜进行，铺质分析和食j = | j 安全性评价。 本课题旨在弥补国内a p f b 及其所种植的水生植物对含有微量p b 污染的水体的作用规 律及其甲生学评价研究方而的空白，一方面为促进a p f b 用于高重金属含量污水处理提供理 论年| ：| 实践基础，另一方面斛决a p f b 用于微量含铅南营养化水体处理时的水生蔬菜铅超标问 题促进a p f b 推广应用，具有较强创新性和实践指导价值。 本课题为国家自然科学基金( 5 0 3 7 8 0 1 4 ) 和江苏省环保厅科技计划( 苏环科2 0 0 2 2 1 ) 资助项目。 5 东南大学硕二l 学位论文 本研究主要技术路线图 构建a p f b 中试系统构建模拟a p f b l ， ilili 不同a p f b影响a p f b铅在不同水生植物刁i 捌植物刁i 同光照、水 对水铅的去对水铅的去a p f b 中植物去际部位去除生长期去停留周期 除效果评价除效果的因的分布水铅能力水铅能力除水铅能对除铅能 素的评价的差异的差异力的差异力的影响 j 、，l i l li 植物套种定期收割理化调节 改善水生改善水生改善水生 蔬菜食用蔬菜食用蔬菜食用 安全性的安全性的安全性的 研究 研究研究 0工 l f 改善措施的实施 效果的评价 6 第一章a i ，1 1 1 3 对水仆i 污染的作用的中试研究 第一章a p f b 对水体p b 污染的作用的中试研究 a p f b 是一种行之有效的净化富营养化水体中n 、p 等污染物的生态修复系统，对原水中 存往的p b 污染，它是否同样冗有良好的生态修复功能? 是否能够以及如何将a p f b 用于高重 金属水体的处理? 口前国内外尚未见有相关i i j f 究报道。本章我们将利用不同水生植物构建 a p r r ，研究其对自然水体中p b 污染的作用，探讨水力负荷、水深、植物生物量大小及其配 置模式等对a p f b 去除水钳作用的影响，考察p b 在a p f b 系统各个层面的分布，以期为今后 更女r 地推j1 应用a p f b 提供理沱基础。 1 1 研究方法 1 11 构建a p f b 中试系统 在宜兴陈东港陈东桥西侧建造a p f b 中试基地，如图1 1 ，总占地约3 0 0 0 o m 2 其中滤 床改施l l i 地面积2 4 0 00 m 2 ，植物种植面积i4 4 0 om 2 。a p f b 主体为砖石混凝土结构，池底 及四周均为防水水泥层。池l 讨端为进水配水渠( 4 80 m o 6 m ) ，末端为出水集水渠中部是 植物栽培区( 3 80 m 4 5 o m ) ，池底坡度o 5 。栽培区采用三级串联的形式，见图1 2 ，级问 池底标高顺水流方向逐级降低l5 oc n 、：为使流态更接近理想推流，每级义分隔成3 2 条植 物种植槽。种植槽是a p f b 的基本单元，为矩形浅池，长宽深分别为1 5 0 m 、1 0 m 和0 3 m 。 图l la p f b 中试基地 东南大学砸= 卜学位论文 原水 j 筇 绒 卜 i 辄缴 图1 2 中试工程流程图 物种植槽 湔流堰 图l ，3 植物种植槽示意 如图1 3 ，原水经泵提升至配水渠后，通过p v c 管以重力流方式进入各个单元水槽。 p v c 管上装有球阀，可根据试验需要调节进入各单元的水量。出水通过活动溢流堰进入出 水集水渠，最后从总排放 j 返回河流。试验中通过活动堰板调节控制各条植物种植槽内水深。 为充分利用水生植物形成的致密立体网状根系的过滤功能，避免长期运行后因堵塞而导致处 理能力_ 卜降的问题，池内不填充任何基质。 11 2 试验条件和方法 ll21 试验用水 取自陈东河，该河是宣兴大浦镇自来水厂的水源地，夏秋季节蓝藻频发，严重影响着水 厂供水水质。原水经离心泵提升以连续流方式流入a p f b 常年常规水质指标见表1 一l 。 表1 1a p f b 进水水质 除p h 外 第一章a p f b 对水体p b 污染的作用的中试研究 1 1 2 2 运行参数及控制条件 试验为连续动态试验，试验期为1 5 个水文年( 2 0 0 3 1 0 2 0 0 5 2 ) ，完全在野外自然条 件下进行。 表l 一2a p f b 试验运行参数 指空床理论水力停留时间 1 12 3 水生植物的选择 根据生态学原理及降低投资的要求，采用本地种植物是首选之策i ”l 。除了要针对处理 对象的水质特点以及可利用性，同时还要考虑因素：耐贫瘠：具有定的经济价值： 根系发达：生物量较大。结合课题组前期研究结果，我们决定重点考察空心菜( 加o m d e d 钾姻f j 阳) 、睡莲( 帅 删of e ，r 昭。月d ) 、茭白( z f 叩h 妇肠f 扣，曲) 、乌菱( 丹印。6 f c d 埘括) 、 菰( 西n 蛔血f 扣f f 口g m e 6 ) 、风眼莲( e f c m d m 蛔c r s 毋g s ) 等构建的a p f b 在夏秋季节对河水 中p b 的处理效果。后期我们单独考察了水芹菜( o 胁b ，口v f c 口) 构建的a p f b 在冬季 对河水中p b 的处理效果。各种水生植物生性及用途如表1 ，3 。 表i _ 3 试验选用的水生植物生性及用途 9 东南大学硕士学位论文 各种植物种植方式如下： 空心菜采用先在温室大棚内育苗、然后整株移栽的方法。空心菜种子为南京绿领种业有 限公司出品的“绿领”牌大i 空心菜。先将空心菜种子用河水浸泡1 2 h ，接着晾干1 2 h ，然后 均匀播撒到预先松好土、施过有机肥的田垄中，然后洒透一遍水，最后盖上农用地薄膜。9 d 后，全部发芽，揭去薄膜，幼苗开始快速生长，期间不定期浇水。再经过4 3 d ，大棚内的空 心菜长到约2 0 oc m 3 0 o c m ，此时将空心菜连根拔起，洗去根系附着的土壤颗粒，称重后 按相同份量抛撒到廊道中。 睡莲购自宜兴某个花卉苗圃，采用移栽的方式种植。将买来的睡莲洗净根部附着的淤泥， 并剪去全部叶子和大部分茎秆，留茎秆高度1 0 o c m 1 5 o c m ，这样做是为了有利于陕速适 应新的生长环境。种植方法是：将带有部分茎秆的块状根直接放入水中。每条廊道种植2 0 个，分两行排列。 茭白采用移栽法种植。茭白种株购于当地农户，买来后，先冲洗根部，然后将茭白根的 底部切平，然后直接放入廊道中，这样茭白便可以不需要泥土或其他任何基质的支撑仍然能 直立生k 。 乌菱采用种子繁殖，购于当地农贸市场，然后用塑料编织袋装好浸泡保存于试验设施旁 的小河浜中。观察到鸟菱果实已有白色的嫩芽破壳而出时，播种菱角，播种量为8 个，m 2 。 播种方法是：直接将乌菱果实撒在水中。 水芹菜母茎购自宣兴当地农村，1 0 月初将其抛撒种植于廊道中。 以上各个植物品种均适宜在夏秋季节生长，到7 月份时，均己生长旺盛，去除水p b 效 果的分析测试顺利开始，水质净化效果评价也同步进行。水芹播种一个月后，长势良好，开 始进行水质测试。水芹植物滤床运行时间从2 0 0 4 年1 0 月至2 0 0 5 年1 月；其余植物滤床运 行时间从2 0 0 4 年6 月至l o 月。试验期间蔬菜均生长良好。 1 1 3 主要分析测试项目及方法 1 1 3 1p b 的检测 仪器、器皿：所有玻璃仪器和器皿均以硝酸( 1 + 5 ) 浸泡过夜，用水反复冲洗，最后用 去离子水冲洗干净。其后所有操作过程中均注意防止污染。 p b 标溶液等试剂：精密称取o 1 5 9 9 硝酸铅，加1 0o m l 硝酸( 1 + 9