一种利用红树幼苗去除水中重金属的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用水生植物去除重金属的方法，特别是利用红树幼苗去除水中 重金属的方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着临海重工业的建设和投产，大量排放的污染物汇集于河口、海湾区， 使得我国近岸海域重金属污染日趋严重，如在北海、钦州、防城港的年度水质报告中均有重 金属超标。重金属污染会导致生物体内重金属积累严重，甲壳类体内Cu、Pb、Cd和Hg的积 累问题严重，Cd和Pb含量等于或超过人体消费标准值，软体类生物体内Cd超过人体消费 标准值。这些重金属污染物可以通过食物链不断富集于生物体内，对生物及人类健康具有 极大的危害。
[0003] 传统的重金属去除方法大多为物理、化学方法，其中以混凝沉淀法最为常用，该方 法是将重金属转化为不溶物，需使用大量的化学药剂，处理费用高且处理不及时时会产生 二次污染；此外还有氧化还原法、离子交换法、高分子重金属捕集剂法、吸附法、溶剂萃取分 离法、膜滤法、蒸发法等，其中以生物吸附法在环保方面有较大的应用潜力而备受关注。生 物吸附法是利用微生物等生物吸附剂从水溶液中富集、分离重金属离子方法，是一种理想 的处理水中污染物的候选材料。早期的生物吸附剂主要指微生物，目前生物吸附剂的研宄 范围已不仅限于微生物，可以是动植物碎片等无生命的生物物质，也可以是活的植物系统。
[0004] 红树是一类生长在热带、亚热带海岸潮间带的木本植物，主要分布在隐蔽的海湾 及入海口的冲积淤泥中。红树林是湿地特有的生态类型，不但有较高的经济价值，还有强大 的生态功能，对维护和改善海湾、河口地区生态环境，抵御海潮、风浪等自然灾害，防治沿海 海洋污染以及保护沿海湿地生物多样性等具有不可替代的作用，其中最受关注的是红树林 在净化水体、改善近海岸生态环境方面的作用。国内外的研宄者认为红树林湿地系统能够 过滤陆地径流带出的有机物质和其他污染物的生态功能，具有潜在的净化污水能力。红树 植物具有发达的根系，不仅对重金属具有较高的耐受性，对重金属污染物也具有沉淀和吸 附作用，因此利用红树作生物吸附剂去除水中重金属有很大的发展潜力。
[0005] 然而，重金属在植物体内的累积超过一定浓度后，就会对植物细胞的超微结构造 成损伤，导致这些细胞器参与的生理生化功能受限甚至丧失，最终导致细胞凋亡。Ca是植 物进行光合作用所必需的营养元素，不但参与植物从生长到衰老的整个生命周期，而且参 与植物光合作用电子传递和光合磷酸化、细胞的向性运动和激素调控等生理过程。此外，Ca 还可以稳定细胞膜、细胞壁的结构，促进细胞的生长，提高酶活和调节膜离子渗透平衡等， 并作为第二信使在植物信号转导中起重要作用。因此，通过在红树幼苗生长的过程中添加 一定量的Ca2+，并在去除重金属的阶段中进行条件控制，可以提高红树幼苗去除水中重金属 的效率并提高幼苗的成活率，因而具有非常广阔的应用前景。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种去除水中重金属的新方法，主 要技术思路是将活体红树幼苗进行优化条件培养后栽入含重金属的水体中对重金属进行 吸收去除。
[0007] 本发明采用的技术方案如下：
[0008] 一种利用红树幼苗去除水中重金属的方法，包括以下步骤：
[0009]a.栽培沙基预处理：将河砂用水洗净后放入敞口方形容器，沙基的高度保持在 20cm~25cm，然后在沙基中倒入改良Hoagland's营养液（以下简称营养液），营养液的高 度没过沙基3cm~5cm;
[0010]b.红树幼苗选育：从红树林中采集生命力强、无病虫害且质量和大小相近的胚 轴，将其整齐的插入步骤a制备的栽培沙基中；
[0011] c.红树幼苗培养：在栽培沙基中的营养液中加入0&(：12或Ca(N03)2可溶性钙盐溶 液，使栽培沙基中Ca2+浓度达到300mg/L~600mg/L，培养期12个月，培养过程中适时补充 营养液以保持液面高度，并适时补充同种可溶性钙盐溶液，使Ca2+浓度保持稳定；
[0012] d.红树幼苗移栽及重金属吸收：将培养完成后的红树幼苗根部砂洗净，移栽到含 有Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+中任一种以上重金属离子的改良Hoagland'S营养液中，移栽密度 为每1000ml营养液栽入四株红树幼苗，控制营养液中重金属离子浓度，使Cd2+离子浓度在 2.Omg/L以下，其他重金属离子在20mg/L以下，pH值调至5. 5~6. 0,温度保持在20°C~ 30°C，适时补充培养液，保持营养液总量和成分不变，培养30天~40天后即可测定重金属 的吸收量。
[0013] 上述步骤所述的改良Hoagland'S营养液，其配方为四水硝酸钙945mg/L，硝酸钾 506mg/L，硝酸铵80mg/L，磷酸二氢钾136mg/L，硫酸镁493mg/L，铁盐溶液2. 5ml，微量元素 液5ml，pH= 6. 0。其中铁盐溶液的配方为七水硫酸亚铁2. 78g，乙二胺四乙酸二钠（EDTA. Na) 3. 73g，蒸馏水500ml，pH= 5. 5 ;微量元素液的配方为碘化钾0? 83mg/L，硼酸6. 2mg/L， 硫酸锰 22. 3mg/L，硫酸锌 8. 6mg/L，钼酸钠 0? 25mg/L，硫酸铜 0? 025mg/L，氯化钴 0? 025mg/L。
[0014] 所述步骤c中可溶性钙盐溶液Ca2+浓度优选为500mg/L。
[0015] 重金属吸收量以吸收的重金属质量与红树幼苗质量的比值表示，其中吸收的重金 属质量可以采用原子吸收光谱仪测定，红树幼苗的质量以干重计。
[0016] 相比现有技术，本发明突出的实质性特点和显著的进步是：
[0017] 本发明提供了一种利用红树幼苗去除水中重金属的新方法，发明了利用改良 Hoagland's营养液和可溶性钙盐对红树幼苗进行优化培养的方法，显著提高了红树幼苗在 重金属胁迫条件下的生存能力和重金属吸收能力，并给出了优选的钙盐培养浓度，同时基 于红树幼苗的耐受能力，给出了重金属浓度的最高限量值。本发明技术方案简单易行，去除 效果显著，无二次污染，是对现有技术的进一步丰富和完善。
【具体实施方式】
[0018] 实施例1 :
[0019] 一种利用红树幼苗去除水中重金属的方法，包括以下步骤：
[0020] a.栽培沙基预处理：将河砂用自来水洗净后放入塑料方盒，沙基的高度为 20cm-25cm。然后在沙基中倒入改良Hoagland's营养液，营养液的高度没过沙基约 3cm-5cm。同样的栽培沙基制备7个，分别编号。
[0021] b.红树幼苗选育：从红树林自然保护区采集生命力强、无病虫害且质量和大小相 近的胚轴，然后将红树胚轴整齐的插入步骤a制备的培养沙基中。选育数量满足后续步骤 需要。
[0022] c.红树幼苗培养：在步骤b的培养沙基改良Hoagland's营养液中加入CaClj§ 液，使各培养沙基中Ca2+浓度分别为 300mg/L、350mg/L、400mg/L、450mg/L、500mg/L、550mg/ L、600mg/L。培养过程中每周补充一次改良Hoagland's营养液，使营养液的总量和成分不 变，每隔一个月补充一次CaCl2溶液，使Ca2+浓度保持不变。培养期为12个月。
[0023]d.红树幼苗移栽及重金属吸收：将各培养沙基中培养完成后的红树幼苗根部砂 洗净，分别移栽入另七个分别编号且盛装有改良Hoagland's营养液的塑料方盒中，移栽 密度按每l〇〇〇ml营养液栽入四株红树幼苗；移栽完毕后再往营养液中加入含Cu2+、Pb2+、 Zn2+、Cd2+等重金属离子的溶液，离子浓度分别为20mg/L、20mg/L、20mg/L、2.Omg/L。pH调至 5. 5-6. 0,温度保持在20°C-30°C，每3天补充一次改良Hoagland's营养液，保持营养液总 量和成分不变，培养30-40天，红树幼苗长势保持良好。
[0024]e.重金属离子吸收量测定：采用原子吸收光谱仪测定。测定数值如表1所示。
[0025] 表1.CaCl2溶液优化培养时不同Ca2+浓度下重金属离子吸收量
【主权项】
1. 一种利用红树幼苗去除水中重金属的方法，其特征在于包括以下步骤： a.栽培沙基预处理：将河砂用水洗净后放入敞口方形容器，沙基的高度保持在20cm~ 25cm，然后在沙基中倒入改良Hoagland' s营养液，营养液的高度没过沙基3cm~5cm; b. 红树幼苗选育：从红树林中采集生命力强、无病虫害且质量和大小相近的胚轴，将 其整齐的插入步骤a制备的栽培沙基中； c. 红树幼苗培养：在栽培沙基中的营养液中加入可溶性钙盐溶液，使栽培沙基中Ca2+ 浓度标准达到300mg/L~600mg/L，将红树幼苗培养12个月，培养过程中适时补充营养液以 保持液面高度，并适时补充同种可溶性钙盐溶液，使Ca2+浓度保持达标； d. 红树幼苗移栽吸收：将培养完成后的红树幼苗根部砂洗净，移栽到含有Cu2+、Pb2+、 Zn2+、Cd2+中任一种以上重金属离子的营养液中，控制营养液中重金属离子浓度，使Cd2+离子 浓度在2.Omg/L以下，其他重金属离子在20mg/L以下，pH值调至5. 5~6. 0,温度保持在 20°C~30°C，适时补充培养液，保持营养液总量和成分不变，培养30天~40天后即可测定 重金属的吸收量。
2. 如权利要求1所述的利用红树幼苗去除水中重金属的方法，其特征在于，步骤b所述 的可溶性钙盐溶液是〇&(：12或Ca (NO3) 2溶液。
3. 如权利要求1所述的利用红树幼苗去除水中重金属的方法，其特征在于，步骤c所述 栽培沙基营养液中Ca2+浓度为500mg/L。
【专利摘要】本发明公开了一种利用红树幼苗去除水中重金属的方法，其特征是在红树林保护区采集健康的红树胚轴，然后放在含改良的Hoagland’s营养液的沙基中培养，培养过程中加入一定浓度的CaCl2或Ca(NO3)2溶液，培育成红树幼苗后在适宜的温度和pH条件下可用于将水中Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+等重金属离子的吸收去除。本发明在保证红树幼苗成活的条件下对重金属有较高的去除效率，无二次污染等优点，具有非常好的生态效益，发展前景广阔。
【IPC分类】C02F101-20, C02F3-32
【公开号】CN104710016
【申请号】CN201510153244
【发明人】王一兵, 柯珂
【申请人】广西科学院
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年4月2日