電鍍是當今全球三大污染工業(yè)之一，隨著科學技術的發(fā)展，電鍍工業(yè)的規(guī)模亦發(fā)展，排放的廢水量越來越大。鉻、銅、鎳是電鍍行業(yè)普遍采用的3種重金屬元素，極易隨電鍍廢水的排放進入水體，對水環(huán)境造成嚴重污染。傳統(tǒng)的電鍍廢水處理技術有化學法、電解法、離子交換法、膜分離法等，但這些方法普遍存在著成本高、操作復雜、處理時間較長、易造成二次污染等缺點，在適用范圍上受到很大限制。人工濕地污水處理系統(tǒng)是一項20世紀70年代發(fā)展起來的運用生態(tài)學原理加上工程方法而成的生態(tài)工程水處理技術，諸多研究表明，人工濕地系統(tǒng)處理重金屬廢水具有顯著的效果并且具有投資少、效率高、運行費用低、杜絕二次污染等優(yōu)點，有利于生態(tài)環(huán)境的改善，在治理污染的同時，更可以獲得一定的經濟效益、社會效益。
濕地植物在人工濕地中起著非常重要的作用，一方面它可吸收并積累離子態(tài)的重金屬，莖以上部分隨植物的收割最終從濕地中去除；另一方面，植物具有生態(tài)美學和經濟價值。目前研究采用的濕地植物多為蘆葦（Phragmites communis）、寬葉香蒲（Typha latifohia）、燈心草（Junous effusus）、鳳眼蓮（Eichhornia crassipes）等，將超富集植物應用于濕地系統(tǒng)的研究鮮有報道。張學洪等在廣西荔浦縣電鍍廢水污染區(qū)發(fā)現了中國第一種鉻超富集植物——李氏禾（Leersia hexandra Swartz），該植物對鉻具有明顯的超富集作用，對銅、鎳等重金屬也有很強的富集能力。由于其喜濕生，易于人工種植，生長繁殖迅速，在構建人工濕地處理重金屬污染方面表現出極強的應用潛力。筆者研究了李氏禾人工濕地對電鍍廢水的凈化效果以及濕地植物李氏禾對電鍍廢水中Cr、Cu、Ni的富集特點，為有效凈化電鍍廢水提供參考。
1 材料和方法
1.1 供試材料
植物材料為李氏禾，取自未受Cr、Cu、Ni等重金屬污染的桂林市桃花江邊，洗凈后采用1/2 Hoagland營養(yǎng)液預培養(yǎng)15 d，供試驗用。
供試填料有兩種，無污染紅壤取自桂林市南郊林蔭下表土；沸石由紅輝沸石改性而成。將兩者按體積比1∶1混合，自然風干，研磨過0.25 mm篩，供試驗用。混合后的填料中重金屬Cr、Cu、Ni的質量分數分別為0.047 79%、0.035 08%、0.016 38%。
重金屬廢水采用人工模擬的電鍍廢水，參照桂北某電鍍工業(yè)區(qū)產生的電鍍廢水中Cr、Cu、Ni的濃度，人工模擬的電鍍廢水中Cr、Cu、Ni質量濃度分別為100、40、40 mg/L。Cr、Cu、Ni的模擬廢水分別由K2Cr2O7、CuSO4·5H2O、NiCl2·6H2O配制。
1.2 小型模擬人工濕地構建
采用12個塑料桶（上部直徑26 cm，下部直徑10 cm，桶高17 cm ，底部打有直徑1 cm的出水孔5個）分別編號1#~12#，共4組，每組3個平行，第4組不澆灌模擬電鍍廢水作為對照。預培養(yǎng)的李氏禾禾苗用自來水沖洗干凈，選取大小均勻一致的禾苗移栽，每桶30株。為提高水的滲透性，底部放置直徑0.2~0.5 cm的鵝卵石，厚度為3 cm，其上鋪一層 0.15 mm的篩網，用以阻止上層填料流失，在篩網上放置1.5 kg混合填料作為人工濕地基質，厚度 14 cm。小桶下面放置燒杯用于收集滲出液。人工濕地構建后，穩(wěn)定1周，其間用營養(yǎng)液澆灌3~4次，檢驗其完好性。
1.3 試驗方法
每天進水0.3 L，隔天取1次水樣，進行出水重金屬含量分析。4組濕地同時運行，前三組分別連續(xù)運行30、45、60 d，第四組連續(xù)運行60 d后停止試驗。濕地停止運行后收獲植物，取填料混合均勻，待分析。
1.4 樣品分析
取回的水樣消解后（濃硝酸和雙氧水），用質量分數為0.2%的HNO3溶液定容。植物樣品先用自來水洗凈，然后用去離子水沖洗3次。根部用質量分數為5%的HCl溶液進行清洗，再用吸水紙把表面水吸干，將樣品分為根和地上部兩部分。將新鮮樣品放在烘箱內105 ℃殺青30 min，然后80 ℃烘干至恒重，磨碎，分別稱重。用HNO3+HClO4體系消解。土壤樣品自然風干，陶瓷碾缽碾細，過0.15 mm尼龍篩，采用HNO3+HF+HClO4體系消解。所有樣品中的Cr、Cu、Ni含量均用原子吸收分光光度法測定（PE- AA700）。
2 結果和分析
2.1 人工濕地對電鍍廢水中重金屬的去除效果
李氏禾人工濕地對電鍍廢水中重金屬的去除效果見表 1。
表1 出水中的重金屬濃度和去除率
由表 1可以看出，李氏禾人工濕地對模擬電鍍廢水中的重金屬具有較好的去除效果。出水中重金屬含量雖未達到電鍍行業(yè)水污染物排放重金屬標準限值，但有極為顯著的降低。45 d時濕地系統(tǒng)對Cr、Cu、Ni的去除率最高，分別達到84.76%、96.09%、74.62%。其中Cu的去除率要高于Cr和Ni，出現這種結果的原因一方面是因為重金屬本身的沉降性和可氧化性的能力不同，另一方面與植物對重金屬的選擇性吸收有關。隨著濕地運行時間的延長，Cr、Cu、Ni的去除率會有所降低，這可能是由于填料的吸附容量逐漸飽和對廢水中重金屬吸附量減小所致。
2.2 填料對重金屬的積累
填料中吸收積累的Cr、Cu、Ni一方面來源于澆灌的模擬電鍍廢水，其次是填料中積存的本底含量。分別對澆灌30、45、60 d后的填料中重金屬含量進行測定，結果見表 2。
注：表中數值為平均值±標準偏差（n=3），不同字母間差異顯著（LSD，p<0.05）。
結果表明，隨濕地運行時間的延長，填料中重金屬含量均顯著增高（p<0.05）。60 d時填料中Cr、Cu、Ni的質量分數分別達到0.049 094%、0.019 538%、0.010 701%。
2.3 重金屬對李氏禾生物量的影響
收獲時每盆李氏禾總生物量及單株生物量測定結果見圖 1。李氏禾對電鍍廢水中的Cr、Cu、Ni具有一定的耐受能力，大部分植株在經過一段時間誘導馴化后均能存活。重金屬處理的李氏禾與對照相比，莖和葉出現了不同程度的泛黃，但新葉不斷萌發(fā)，僅僅生長趨勢變緩。
圖 1 重金屬對李氏禾生物量的影響
由圖 1可以看出，處理30 d下的李氏禾，其根部和地上部的生物量與對照相比雖有減少但無顯著性差異（p>0.05）。隨著運行時間的延長，李氏禾生長受重金屬毒性影響程度逐漸加深，分別處理45 d和60 d的李氏禾根部和地上部的生物量顯著降低（p<0.05）。這表明隨著試驗時間的延長，李氏禾逐漸將根部富集的重金屬轉運到地上部分，被轉運的重金屬對李氏禾的地上部分產生了毒害作用，造成了李氏禾地上部生物量的下降。這種狀況隨著重金屬在李氏禾地上部分的積累量不斷增大而加劇。
2.4 李氏禾對重金屬的富集
不同時間收獲后李氏禾根部和地上部重金屬含量見表 3。
表3 李氏禾對重金屬的富集和分布
由表 3可以看出，李氏禾能對Cr、Cu、Ni產生較強的富集作用。隨著試驗時間的延長，李氏禾根部和地上部的重金屬含量顯著增高（p<0.05）。至60 d時李氏禾根部Cr、Cu、Ni的質量分數分別達到0.611 447%、0.027 388%、0.041 107%，地上部Cr、Cu、Ni的質量分數分別達到0.153 941%、0.027 388%、0.044 888%。李氏禾對Cr的富集量大于Cu和Ni的富集量，這與進水和填料中Cr含量較高有關。
2.5 生物富集系數和轉運能力
生物富集系數反映土壤—植物體系中元素遷移的難易程度，轉運系數則表示植物從地下部向地上部運輸元素的能力。李氏禾對重金屬的生物富集系數和轉運系數見表 4。其中：富集系數=植物地上部重金屬濃度/填料中重金屬濃度，轉運系數=植物地上部重金屬濃度/植物根部重金屬濃度。
表4 李氏禾對重金屬的富集和轉運系數
由表 4可以看出，試驗中李氏禾對Cr、Cu、Ni均表現出了較好的富集能力，富集系數Ni>Cr>Cu>1，且隨著試驗時間的延長，李氏禾對Cu和Ni的富集系數也不斷增大，在60 d時分別達到3.76、10.43；李氏禾對Cr的富集系數呈先增后減的趨勢，在45 d時最高，達到8.58。
試驗中李氏禾對Cu 和Ni的轉運系數大致相當，均大于1。隨著試驗時間的延長，李氏禾對Cu和Ni的轉運系數顯著增高（p<0.05）。Cr的轉運系數較低，表明李氏禾對Cr的耐受和儲存機制主要是吸收在根部，減少向地上部的運輸，以減輕Cr毒害。
3 討論
近年來重金屬污染的植物修復技術受到了廣泛關注，被譽為廉價的“綠色修復技術”。理想的用于污染環(huán)境修復的植物應具有生長快、生物量大、抗病蟲害，能夠在植物體內積累高濃度的污染物，同時能夠積累幾種重金屬。本研究中的李氏禾根部和地上部中Cr、Cu、Ni的質量分數在60 d時分別達到0.611 447%、0.027 388%、0.041 107%、0.153 941%、0.027 388%、0.044 888%，明顯高于韓志萍等對蘆竹中鉻銅鎳富集和分布的研究值。其中地上部對Cr的富集量已達到超富集植物的臨界值，說明李氏禾在修復重金屬污染環(huán)境方面潛力巨大。
研究結果表明，李氏禾對Cr、Cu、Ni表現出了很強的富集能力，對Cu和Ni也表現出了較強的轉運能力。李氏禾對Cr的轉運能力較弱的原因可能是由于李氏禾根系非常發(fā)達，呈絮狀，比表面積非常大，對水中Cr的吸附能力很強所致。濕地植物強大的根際過濾作用使得重金屬大量積累于根表，減少了重金屬向莖葉的運輸量，吸附在植物根部的污染物質也可以通過根系微生物的凈化而得到降解，可以減輕電鍍廢水對植物的危害，提高濕地對電鍍廢水的凈化和修復效率。
綜上所述，李氏禾對Cr、Cu、Ni有較強的耐受能力和富集能力，在構建人工濕地處理重金屬污染方面具有廣闊的前景。具體參見http://m.bnynw.com更多相關技術文檔。
4 結論
（1）李氏禾能在Cr、Cu、Ni的質量分數高達0.049 094%、0.019 538%、0.010 701%的污染濕地中成活，對Cr、Cu、Ni復合污染具有較強的耐受能力。
（2）李氏禾對電鍍廢水中的Cr、Cu、Ni表現出較強的富集能力，植物組織中重金屬的富集量隨濕地運行時間延長而增高，根和地上部重金屬含量相比較，根中含量最高；李氏禾根部對Cu和Ni的轉運能力強于Cr。
（3）李氏禾人工濕地對電鍍廢水有較好的處理效果，Cr、Cu、Ni去除率保持在63.86%~84.76%、91.78%~96.09%、56.65%~74.62%之間，在處理重金屬污染方面表現出巨大潛力。
