CN110814019A - 一种利用螯合剂edta强化芦苇修复铜污染的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用螯合剂EDTA强化芦苇修复铜污染的方法。包括如下步骤：1)将芦苇种植在铜污染水体中，并加入螯合剂EDTA，生长培养；2)将生长培养的芦苇从污染水体中移走，反复种植，重复操作，直至水体中铜的含量降低到国家水质标准的要求。本发明通过施加EDTA强化芦苇修复铜污染，克服了以往常见的植物耐受性差及吸收效率低的瓶颈，不仅能够净化水质，使重金属铜在水体环境中的浓度明显降低，而且富集在植物体内的重金属还可回收利用，具有良好的经济效益与社会效益，有利于大规模推广应用。

Description

一种利用螯合剂EDTA强化芦苇修复铜污染的方法

技术领域

本发明涉及铜污染水体修复领域，具体涉及一种利用螯合剂EDTA强化芦苇修复铜污染的方法。

背景技术

目前，随着工业化进程加快，重金属废水排放量巨大，重金属污染日益严重，水体重金属污染已成为当今主要的环境问题之一。水体中重金属主要来源于电镀、矿冶、电子制造、火力发电等重点污染行业。重金属污染物在水体中具有相当高的稳定性和不能被降解，当它们在水体中积累到一定的限度就会对水体-水生植物-水生动物系统产生严重危害，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，水体中的重金属污染不仅会影响水资源可持续利用，也会对水生生物的生存环境构成严重威胁。有研究表明，随着我国金属冶炼、矿物开采、畜牧业等产业的快速发展，含有Cu污染物的废水、废渣大量进入土壤、水体当中，加剧了土壤、水体的Cu污染程度。铜是植物生长的必需微量元素，在许多和细胞代谢相关的酶和光合作用中起着不可替代的作用。但过量Cu会对植物造成极大的毒性，抑制光合作用的进行，降低酶的活性。

治理水体重金属污染，传统的方法主要以物理和化学方法居多，包括沉淀法、高分子捕集剂法、天然沸石吸附法、膜技术、活性炭吸附工艺、离子交换法等。这些方法具有净化效率高、周期较短等优点，但工作流程大多过长、操作繁琐、易产生二次污染、处理费用也昂贵。因此，人们一直在寻求更为环保、经济适用的方法来代替它们。生物修复就是这种方法之一，自1989年美国利用生物修复技术成功处理“瓦尔迪斯”号油轮溢油污染以来，已为国内外研究者应用到各种污染处理中。近年来，利用植物修复重金属污染水体的技术逐步发展，该技术是利用重金属超量累积植物对重金属的吸收、富集和存储等作用实现生态修复，具有成本低、效率高、节约能源、避免二次污染、绿色环保等优点，且有重金属回收的潜在可能，是当前生物修复技术研究的热点。水生植物修复重金属污染的水体具有独特的优越性，水生植物种类繁多，研究空间较大。

芦苇是被诸多研究者认为是最适合用于构建人工湿地进行植物修复的物种之一。芦苇(Phragmites australis)属禾本科芦苇属多年生根茎性禾草，广泛分布在温带和热带地区的湿地中，具有存活率高、生长速率快、耐寒抗旱且根系发达等优点。目前，采用芦苇修复铜污染存在植物耐受性差、吸收效率低的瓶颈。由于受到介质中重金属生物有效性的影响，植物修复效率低下。利用螯合剂来活化介质中的重金属，促进植物对重金属的吸收，是提高植物修复效率的方法之一。因此，采用一些强化修复措施来提高芦苇对铜污染的修复效率具有实际意义。

发明内容

本发明目的是提供一种利用螯合剂EDTA强化芦苇修复铜污染的方法，通过本发明的方法能加强芦苇对铜污染水体中铜的富集，减少水体中铜污染程度。通过本发明可以实现低成本、高效、较安全的水体修复，能实际应用于铜污染水体的修复。

本发明采用的技术方案是，一种利用螯合剂EDTA强化芦苇修复铜污染的方法，包括如下步骤：

1)将芦苇种植在铜污染水体中，并加入螯合剂EDTA，生长培养；

2)将生长培养的芦苇从铜污染水体中移走，重新种植芦苇，重复操作，直至水体中铜的含量小于1mg/L(达到我国地表水II类水环境质量标准要求)。

进一步的，上述的方法，所述生长培养时间不低于21天。

进一步的，上述的方法，步骤1)中，所述将芦苇种植在铜污染水体中，是将芦苇幼苗种植在铜污染水体中。

进一步的，上述的方法，调节铜污染水体中，铜的浓度为5-10mg/L，EDTA的加入量为2～8mmol/L。

更进一步的，上述的方法，EDTA的加入量为8mmol/L，以纯物质的水溶液形式加入。

更进一步的，上述的方法，所述EDTA为EDTA-2Na。

本发明中，乙二胺四乙酸(EDTA)作为螯合剂，促进植物对重金属的吸收和富集。原因之一是由于EDTA二钠盐中的Na离子能够对环境中的重金属离子进行直接的置换；而另一方面EDTA本身是一种拥有很强螯合诱导能力的螯合剂。它的作用是将一部分被土壤颗粒物紧密吸附的，或者是螯合于其他螯合剂中的重金属元素解吸出来，然后与解析出来的重金属离子重新产生络合反应，与之形成更加稳定的络合产物。

本发明的有益效果为：

(1)本发明通过投加螯合剂EDTA的方式强化芦苇对铜污染的修复，并通过观察芦苇生长发育和生理特征，发现经螯合剂EDTA强化后的芦苇对于修复铜污染具有显著的效果。

(2)本发明的方法，通过螯合剂EDTA的投加，在巩固芦苇固有优势的基础上，弥补了其存在的局限性。首先，EDTA溶液可大量萃取水体中的重金属，并对常见的重金属具有一定的解吸能力，其次，螯合剂EDTA可进入植物的根系，随后与重金属离子形成复合产物，该复合产物很容易在植物体内进行运输，提高铜的生物有效性，在维持芦苇机能受到不良影响较小的情况下，反而吸收并富集了较多的铜。

(3)本发明选用的植物避免了植株矮小、生长速度慢、地上部生物量小等植物修复的缺陷。

(4)本发明不需要引入外来植物物种，也无需进行基因工程类的改造，降低了外来物种入侵或基因污染。

总之，本发明通过施加EDTA强化芦苇修复铜污染，克服了以往常见的植物耐受性差及吸收效率低的瓶颈，不仅能够净化水质，使重金属铜在水体环境中的浓度明显降低，而且富集在植物体内的重金属就还可回收利用，具有良好的经济效益与社会效益，有利于大规模推广应用。

具体实施方式

实施例1

(一)一种利用螯合剂EDTA强化芦苇修复铜污染的方法，方法如下：

1)选取新鲜芦苇幼苗，将其放入水中培养15天后，筛选出长势一致的芦苇，6株为一组，种植于盛有2500ml改良霍格兰营养液的3000ml烧杯内培养，将烧杯随机摆放，放在条件相同适宜的温室内再培养，每两天更换营养液并再次随机摆放，减小因环境的差异引起的误差。继续培养7天，待植物生长稳定后用于水培实验；

2)将芦苇幼苗种植在铜浓度为5-10mg/L的铜污染水体中，加入EDTA 2-8mmol/L，生长培养21天；

3)将生长培养后的芦苇从污染水体中移走，再种植同等数量的芦苇幼苗，重复操作多次至水体中铜的含量小于1mg/L，达到我国地表水II类水环境质量标准要求。

(二)采用水培实验方法检测ETDA强化芦苇后对铜污染的修复效果

依据不同的处理设置配制营养液进行培养，营养液每2天更换一次。处理设置(1)Cu 5mg/L+EDTA-2Na 0mmol/L(对照)；(2)Cu 5mg/L+EDTA-2Na 2mmol/L；(3)Cu 5mg/L+EDTA-2Na 4mmol/L；(4)Cu 5mg/L+EDTA-2Na 8mmol/L。Cu以CuSO₄·5H₂O(分析纯)的形式提供，ETDA以分析纯形式提供。试验容器为3000ml烧杯，各处理均设3次重复。芦苇在含有铜污染与不同EDTA处理的营养液中培养21天收获，进行检测。

不同水平EDTA-2Na投加后，芦苇在铜污染下的生长参数及重金属含量如表1所示。

表1不同处理下芦苇的生长参数及重金属含量

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)

从表1芦苇不同部位Cu含量可以看出，随着EDTA的加入，芦苇营养器官中铜浓度不断地升高，在EDTA添加量为2mmol/L时，茎叶及根系中铜浓度分别高于对照组55.6％及6％，在4mmol/L时，已高于对照组73.5％和13.2％，而在EDTA浓度为8mmol/L时，则高出对照组102％及10％。由此可说明EDTA的施加增加了铜离子透过芦苇根系的能力。

由表1可以看出，加入螯合剂EDTA可促进芦苇地上部分的生长，增加芦苇的生物量，有效缓解了铜胁迫对芦苇的抑制作用；芦苇根系的生长随着EDTA的加入受到了抑制，结合重金属含量可以发现，EDTA的加入促进芦苇吸收了更多的铜离子，自身根系受到铜胁迫的影响更为显著。

综上所述，铜污染下本发明的EDTA强化芦苇组较空白对照组，可缓解铜胁迫对芦苇生长造成的胁迫影响，并提升芦苇抗性、促进其对铜的吸收与转运，对于提升铜的修复效能显著，EDTA添加量为8mmol/L时效果最优。

Claims (6)

1.一种利用螯合剂EDTA强化芦苇修复铜污染的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将芦苇种植在铜污染水体中，并加入螯合剂EDTA，生长培养；

2)将生长培养的芦苇从铜污染水体中移走，重新种植芦苇，重复操作，直至水体中铜的含量小于1mg/L。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生长培养时间不低于21天。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述将芦苇种植在铜污染水体中，是将芦苇幼苗种植在铜污染水体中。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调节铜污染水体中，铜的浓度为5-10mg/L，EDTA的加入量为2～8mmol/L。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，EDTA的加入量为8mmol/L。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述EDTA为EDTA-2Na。