三种植物对水体中苯酚的净化作用研究

发布时间：2017-04-01 10:12

  本文关键词：三种植物对水体中苯酚的净化作用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代工农业的高速发展和生产规模的不断扩大,越来越多的含苯酚废水被排放到城市水环境当中,给我们的生存环境造成日趋严重的危害。含苯酚废水带有难闻的刺激性气味,易与细胞原浆中的蛋白质反应,使细胞变性甚至凝固,对鱼类、植物甚至人类具有三致(致畸、致癌、致死)效应,含苯酚废水的净化问题目前已经成为全世界关注的热点问题。传统的物理化学去酚方法往往造价高,耗能大,操作复杂,存在二次污染,而新型的生物修复技术在去苯酚领域主要集中在微生物的使用,许多有效的高等植物还没有被开发利用起来,远远不能满足现代水环境的综合治理需要。本文以红蓼、美人蕉和芦苇三种具有观赏价值的高等植物为主要的植物修复材料,从其对水体中苯酚的耐受浓度、苯酚胁迫下的生理响应、去酚效果和方式、最佳应用条件、最佳组合配植形式等方面进行了研究,主要结论如下：1.针对汾河周边污染源排放的含苯酚废水浓度范围(0-80mgL-1),通过对汾河周边常见的9种植物的筛选,确定红蓼、美人蕉和芦苇这三种兼具较强耐酚性和去酚高效性的植物作为后续研究对象,其它6种植物则被淘汰。因为香蒲、金娃娃萱草和罗布麻对苯酚虽然也具有一定程度的去酚效果,但叶片却发黄而表现出受害状态,影响其观赏价值；凬草对苯酚抗性较强,但对水体中苯酚的去除效果却较差；灰绿藜和罗布麻在试验浓度范围内不能存活,去酚效果也最差。2.通过对红蓼、美人蕉和芦苇这三种植物在不同浓度苯酚胁迫下的生长表现和生理响应,分别确定了三者对苯酚的耐受浓度范围：其中红蓼为≤80mgL-1；美人蕉为≤20mgL-1；芦苇为≤5mgL-1。在三种植物各自对苯酚的耐受浓度范围之内,植物体可以正常生长,保持或恢复良好的生长状态,即便生长指标略有降低也不会影响其观赏价值。3.本试验中苯酚对三种植物的生理危害主要表现在：(1)促使自由基的过量产生和累积,细胞膜质过氧化程度加剧,电解质外渗；(2)体内抗氧化酶活性遭到抑制；(3)体内渗透调节物质的合成受到限制,蛋白质解体；(4)光合作用水平下降,叶绿素含量显著降低。面对苯酚胁迫带来的种种危害,植物通过自身多种有效机制对胁迫伤害进行抵抗。三种植物在其各自耐酚能力范围之内,可以通过提高抗氧化酶活性来清除自由基,使得细胞膜免受伤害；通过提高渗透调节物质含量,降低渗透势,从而防止电解质外渗；通过提高气孔开放程度,增加类胡萝卜素含量来维持光合水平,三种植物对苯酚胁迫的适应和抵御能力是多方面共同作用的结果。4.三种植物在其各自对苯酚的耐受浓度范围之内,均可以将水体中的苯酚完全去除,且这一高效去酚范围和植物的耐酚浓度范围基本吻合,只是植物种类不同,去除苯酚的能力存在差别,其中红蓼12d内可以将≤80mgL-1的苯酚去除,芦苇16d内可以去除≤5mgL-1的苯酚,而美人蕉需要30d内才可以将≤20mgL-1苯酚去除掉。而当水体中苯酚浓度超过植物的耐受能力时,因其生理代谢活动受到干扰,植物对苯酚的去除率也显著降低。5.接触时间和苯酚初始浓度均对植物根部吸附水体中苯酚的效果具有显著影响。通过热力学和动力学模型对吸附试验中的数据进行分析,得出红蓼和芦苇对芦苇的吸附过程适合用Langmuir热力学模型和一级动力学模型来描述,属于单分子层的物理吸附；而美人蕉吸附苯酚的过程适合用Freundlich热力学模型和二级动力学模型来描述,属于具有化学反应的物理化学吸附。通过植物吸附去除和代谢去除两种方式对总去除率贡献的比较,证明植物对苯酚的代谢去除需要有一定时间的适应阶段,这段时间的去除贡献主要来自于根部吸附,而随着植物对苯酚胁迫的适应和各项生理活动的恢复,来自代谢方式的去酚贡献开始上升,并在耐受浓度范围内成为植物去酚的主导方式。当水体中苯酚浓度超过植物耐受限度时,植物代谢去酚贡献显著下降,仅仅是吸附去除方式贡献出较少的去除率。因此,要想保证植物的去酚效果,建议在植物耐受浓度范围内进行苯酚的植物修复。6.通过正交优化试验,确定了红蓼、美人蕉和芦苇去除苯酚的最佳应用条件,其中红蓼的最佳去酚条件为：苯酚初始浓度5mgL-1,100%自然光照,并且处理时间要达到12天；美人蕉的最佳去酚条件为：初始浓度2.5mgL-1,100%自然光照,并且处理时间要达到30天；芦苇的最佳去酚条件为：苯酚初始浓度1mgL-1,100%自然光照,并且处理时间要达到16天。苯酚浓度、光照水平和处理时间这三个因素对三种植物去酚效果影响的规律不同,对红蓼影响的强弱顺序为苯酚浓度光照条件处理时间；对美人蕉影响的强弱顺序为处理时间光照条件苯酚浓度；对芦苇影响的强弱顺序为光照条件苯酚浓度处理时间。在使用以上三种植物作为苯酚的植物修复材料时,建议在实际应用中首先通过各种物理化学方法使得排放废水中苯酚的浓度降到各植物的最佳应用浓度,注意避开周围建筑或高大树木的荫蔽,保证充足的处理时间,从而得到最佳去酚效果。7.以植物去酚浮床的形式进行水体中的苯酚去除,可以更好地达到去酚和景观的双重目标。试验得出三种植物去除苯酚的最佳组合配植形式为每0.5m2浮床使用红蓼2株,美人蕉1株,芦苇1株。考虑交互作用时,三种植物的混合配植形式与红蓼单一栽植形式对苯酚的去除效果具有显著的影响。因此,在使用去苯酚浮床进行水体中苯酚的植物修复时,建议首先选择三种植物的混合搭配的形式,其次可以选择以红蓼为主的植物配植形式,美人蕉和芦苇作为搭配,以丰富景观效果。综上所述,本研究找到了三种有效的去除苯酚的植物修复材料,它们在其各自的苯酚耐受浓度范围之内,通过抗氧化酶体系、渗透调节和色素调节等多种机制抵御苯酚带来的伤害,维持正常的生命活动,保持良好的外部观赏特征；它们通过吸附和代谢两种主要的去酚方式可以有效地去除水体中的苯酚。为了更好地将其应用于实践,对其去酚的影响因素进行了约束,找到了三种植物各自的最佳去酚条件,同时对于植物修复浮床的植物配植进行了探讨,找到了三种植物的最佳配植组合。本研究可以弥补长期以来苯酚植物修复材料的不足,为研究苯酚的植物修复技术提供了科学参考,相信这三种美丽的去酚能手可以在汾河污水治理方面做出贡献。
【关键词】：红蓼 美人蕉 芦苇 苯酚 植物修复 吸附 正交优化
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X52;X173
【目录】：

• 中文摘要10-13
• ABSTRACT13-17
• 第一章 文献综述17-26
• 1 含苯酚废水的危害及主要来源17-18
• 1.1 苯酚的理化性质17
• 1.2 含苯酚废水的危害17
• 1.3 含苯酚废水的主要来源17-18
• 2 含苯酚废水的处理方法18-24
• 2.1 物理去苯酚方法18
• 2.2 化学去苯酚方法18-19
• 2.3 生物去苯酚方法19-24
• 3 立题依据、研究内容及技术路线24-26
• 第二章 可净化苯酚植物的筛选26-33
• 1 引言26
• 2 实验材料与方法26-29
• 2.1 材料的采集与培养26-28
• 2.2 筛选试验28-29
• 3 试验结果29-30
• 3.1 从苯酚去除率对植物进行筛选的结果29
• 3.2 从外部形态的毒害症状表现对植物进行筛选的结果29-30
• 4 讨论30-32
• 5 小结32-33
• 第三章 三种植物对苯酚的耐受浓度及生理响应33-72
• 1 引言33
• 2 试验设置与方法33-37
• 2.1 苯酚胁迫下三种植物生长指标的测定33-34
• 2.2 苯酚胁迫下三种植物生理指标的测定34-37
• 2.3 数据的分析与处理37
• 3 试验结果37-64
• 3.1 苯酚胁迫下三种植物的生长状况37-44
• 3.2 苯酚胁迫下三种植物细胞伤害指标的变化44-48
• 3.3 苯酚胁迫下三种植物抗氧化酶活性的变化48-52
• 3.4 苯酚胁迫下三种植物体内渗透调节物质含量的变化52-56
• 3.5 苯酚胁迫下三种植物光合指标及色素含量的变化56-64
• 4 讨论64-71
• 4.1 苯酚胁迫对三种植物生长状况的影响64-65
• 4.2 苯酚胁迫下三种植物细胞伤害相关指标的分析65-66
• 4.3 苯酚胁迫对三种植物抗氧化酶活性的影响66-68
• 4.4 苯酚胁迫对三种植物体内渗透调节物质的影响68-69
• 4.5 苯酚胁迫对三种植物光合作用的影响69-71
• 5 小结71-72
• 第四章 三种植物对水体中苯酚韵去除作用研究72-91
• 1 引言72
• 2 试验设置与方法72-75
• 2.1 苯酚去除率的测定72
• 2.2 苯酚吸附试验72-75
• 2.3 不同去酚方式的作用比较75
• 2.4 数据的分析与处理75
• 3 结果与分析75-85
• 3.1 三种植物对苯酚的去除效果75-77
• 3.2 三种植物对苯酚的吸附试验结果77-84
• 3.3 不同去酚方式对总去酚效果的贡献84-85
• 4 讨论85-90
• 4.1 三种植物对苯酚的去除效果85-86
• 4.2 三种植物根系对苯酚的吸附作用86-89
• 4.3 不同去酚方式对总去酚效果贡献的比较89-90
• 5 小结90-91
• 第五章 三种植物去除苯酚的条件优化91-111
• 1 引言91
• 2 试验方法91-96
• 2.1 红蓼去除苯酚的条件优化试验91-93
• 2.2 美人蕉去除苯酚的条件优化试验93-95
• 2.3 芦苇去除苯酚条件的优化试验95-96
• 3 试验结果96-108
• 3.1 红蓼去除苯酚的优化条件96-100
• 3.2 美人蕉去除苯酚的优化条件100-104
• 3.3 芦苇去除苯酚的优化条件104-108
• 4 讨论108-110
• 5 小结110-111
• 第六章 基于去酚浮床的三种植物组合配植研究111-117
• 1 引言111
• 2 试验方法111-114
• 2.1 浮床模型的制作111-112
• 2.2 植物配植组合的正交试验安排112-113
• 2.3 数据分析与处理113-114
• 3 试验结果114-115
• 4 讨论115-116
• 5 小结116-117
• 第七章 结论117-120
• 参考文献120-138
• 攻读学位期间取得的研究成果138-139
• 致谢139-140
• 个人简介及联系方式140-141
• 承诺书141-142

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本文编号：280456