排污河道中重金属污染沉积物的植物修复

发布时间：2020-09-18 15:29

【摘要】： 随着冶金、化工、电镀和印染工业的蓬勃发展,重金属及其化合物被广泛使用,致使富含重金属的废弃物日益增多,重金属污染的加重导致进入城市排污河道沉积物中的重金属数量不断增加。由于环境中的重金属对人类具有潜在危害性,故对河道沉积物的修复和治理已成为当今世界各国普遍面临的环境问题。 对城市排污河道沉积物的修复采用植物修复的方法,本文主要选用黑麦草和玉米两种植物对富含铅、镉、铜、锌、锰和镍等重金属的河道沉积物进行了温室栽种修复试验,并通过投加双氧水对植物修复的效果进行了对比研究。 从植物种植前后和投加双氧水前后沉积物中重金属总量和存在形态的种类和数量的变化、根际环境对植物吸收和累积重金属的影响、根际微生物种群的变化、植物以及植物根际与非根际重金属累积重金属的情况对比、酶活性的变化等几个方面对植物修复的效果进行了分析,首次表明双氧水可以促进植物对沉积物中铅、镉、铜、锌、锰和镍等重金属总量和各种形态重金属数量的吸收累积,还可以改变不同形态重金属的种类,根际环境和微生物以及酶活性的变化表明沉积物中的重金属被有效活化,植物吸收、运移重金属的能力明显增强。 通过对植物的根、茎和叶等各个部位吸收和累积重金属的情况看出,植物各个部位对重金属的吸收和累积机制各不相同,种植时间的延长可以使植物中累积的重金属数量增加,而修复效率下降。种植时间较长时植物中累积重金属的数量不同,沉积物中的有机物种类在植物种植前后有较大变化。根际分泌物的增多、沉积物中微生物种群的变化以及酶活性的变化均说明植物可有效修复沉积物中的重金属,特别是针对多酚氧化酶活性恢复较快这一点,本文首次提出将沉积物中多酚氧化酶活性的恢复作为判断植物修复沉积物效果的一个重要指标,从而为植物修复沉积物的研究工作提供新的参考。 在分析植物吸收和累积沉积物中重金属机理的基础上,以植物吸收累积重金属的四个过程为模型依据,将植物吸收重金属的动态过程的数学模型表述成非线性动态系统的形式,并首次结合Lyapunov稳定性理论对植物吸收和累积重金属的非线性动态过程进行了严格的稳定性分析。稳定性结论可表达成线性矩阵不等式(Linear matrix inequality, LMI)的形式,求解方便。数值仿真和试验验证表明了所选模型的合理性及理论分析方法的有效性,该理论分析方法将为受重金属污染的河道沉积物的植物修复技术提供重要的参考作用。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：X53
【图文】：

分泌物在重金属污染的土壤中可以改变重金属的化学行为与生态行为，从而改变重金属的有效性和对植物的毒性。图1-1 根的结构示意图在整个根中，吸收能力最强的部位是根毛区，其次为伸长区，在根毛区以上的部分因各种组织已基本分化完全，一般失去吸收能力，主要起输导和固着的作用。由根的表皮细胞（尤指根毛）吸收的水分及溶质，通过皮层进入中柱，然后通过中柱的初生木质部的导管和管胞运输到地上部分的各个器官。茎是植物体内物质输导的主要通道。通过它把水分、无机盐类及有机营养物质输送到植物体所需要的各部分。原生质体是指单个细胞内的原生质，它是细胞生活的主体，是细胞最主要、也是最重要的部分，细胞的一切代谢活动都在此进行。细胞质是原生质体中除细胞核以外的原生质。植物通过原生质膜吸收重金属时，植物产生根际分泌物，它能螯合土壤溶液中的重金属离子形成重金属螯合物，然后该重金属螯合物通过为螯合剂运输蛋白质从而进入植物体

全美国许多水域污染沉积物都造成生态和人体健康的危机，沉积物成为污染物的储存库”。图2-1是重金属在水体中的主要反应及形态变化。由图可知，重金属在沉积物中的吸附-解吸作用是重金属迁移转化的一个重要过程。吸附作用是指重金属颗粒积累到沉积物固体颗粒表面，解吸作用是指积累到固体颗粒表面的重金属重新释放到水体中，这两种机制涉及到化学物质的性质，如离子的大小，价态以及浓度等。重金属污染在沉积物中存在形态不同，其生物有效性以及在水体中的迁移行为会相差很远[121]。重金属在沉积物中以可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态和残渣态等形式存在，其中可交换态重金属最不稳定，碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机结合态

为了方便今后该研究领域人员的选择使用，有必要在此详细介绍一下该仪器的特点和使用方法。该仪器如图4-1 所示。图 4-1 土壤溶液取样器吸压式土壤溶液取样器的特点是：取样器可以埋设于任何地点，根据土层厚度和研究需要也可以选择适合长度的取样器，一般为 15 cm 和 30 cm，陶瓷头的直径为 30 mm，长为 7 cm。采用预先负压抽气的方式，再用正负压两种方式提取管内吸取的溶液；可以连续使用，也可以异地重复使用，不用取土分解，也不用破坏现场结构，取样方便快捷，样品清澈透亮，有时可直接进入仪器分析其中的含量。吸压式土壤溶液取样器的使用方法：预先在需要提取土壤溶液的地方钻取直径约为 32 mm，深度适合分析要求的圆孔，将取样器垂直插入孔内，注意留出地表高度。如果钻孔直径偏大，则可将表面土壤回填至管壁与土壤之间，保证管壁和土样接触良好。如果土壤比较干燥，则应将土壤预先加入适量蒸馏水保持湿润，确保取样器放入钻孔底部后能将陶瓷头紧密包裹；用止水(气)环将出水橡胶管卡住，使之封闭；将手动气泵接口插入气压管端口，抽空取样管内气体至 80~100Kpa；用同样方法弯折气体橡胶管并用止气环封闭；取掉气泵接口

【参考文献】

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本文编号：2821830