专利名称：一种铀污染水体的植物修复方法
技术领域：
本发明涉及放射性污染治理技术领域，具体涉及一种利用大藻(Pistia stratiotes L.)这种水生植物修复水体铀污染的方法。
背景技术：
铀矿开采、冶炼以及核能的研究、利用过程是铀在环境中富集并产生污染的重要 途径。通过饮水(约占总摄入量的64%)和食物链等途径，水体中的铀一部分最终会进入 人体并造成潜在威胁。研究表明进入人体后的铀主要蓄积于肝脏、肾脏和骨骼中，以化学 毒性和内照射两种形式对人体造成损伤，根据剂量大小，可引起急性或慢性中毒，诱发各种 疾病的产生或导致突变、畸变甚至癌变。为了减少铀污染对公众健康的毒害，世界卫生组织 (WHO)于2005年建议饮用水中铀不能超过30 μ g/L。因此，如何修复大面积的铀污染水体 已成为各国科技工作者的研究热点。目前，可供铀污染水体的修复方法主要有理化修复法和生物修复法。理化修复法主要包括化学沉淀法、蒸发浓缩法、离子交换法、吸附法、膜分离法等。 这些物理和化学方法各有其优点，但都存在费用昂贵、工程庞大、易造成二次污染等问题。生物修复法主要有微生物和植物修复方法两种。微生物修复的目前仍处于实验室 研发探索阶段。近年来，放射性污染植物修复方兴未艾，成为国际放射性污染治理的研究热点之 一。随着人们对环境保护的日益重视，探索在不破坏生态环境的情况下原位治理放射性铀 污染成为必然要求，植物修复正顺应了这种要求。与传统的修复技术相比，由于植物利用光 合作用生长，它具有投资和维护成本低、操作简便、不造成二次污染等优点，且有可能通过 资源化利用而取得一定经济效益，具有广阔的应用前景，因而越来越受到各国科研人员的 广泛重视和青睐。植物修复技术(Phytoremediation)是以植物忍耐和超量积累某种或某 些放射性元素的理论为基础，利用植物及其共存的微生物体系共同作用，吸收、固定、转化 污染体(如土壤和水)中的放射性核素，以期达到清除核素、修复或治理目的的一种环境治 理技术。根据其作用机理可将植物修复技术分为植物提取、植物转化、植物挥发、植物固定 和根际过滤。根际过滤(rhizofilt ration)是指利用植物大量的根系从废水中吸收，富集 和沉淀重金属(核素)、有机物等污染物，从而达到消除环境污染的目的。对于修复铀污染 水体而言，具有现实意义的植物修复类型主要是根际过滤。
发明内容
本发明的目的针对目前大部分核工业企业工厂外排水中铀浓度仍然超过核行业 标准中规定的排放限制这一现状(EJ 993-2008《铀矿冶辐射防护规定》)，提供一种修复快 速、净化彻底、低廉安全的铀污染水体修复方法，旨在从源头消除排入乡村城镇河流湖泊中 的废水中残存的铀，使水质达到WHO对饮用水的建议。实现本发明目的的技术方案本发明经过大量的实验研究，发现将漂浮水生植物大藻(Pistia stratiotes L.)放养到受铀污染的水体中，其根系能迅速从水体中大量吸收 和富集铀，同时将部分向上转运到水上部(叶片)。通过定时打捞植物，并将其收集起来进 行集中处理，则可从水体中清除大量的铀，经过一定的修复周期即可将水体中的铀含量降 至饮用水标准允许的范围。从而达到从铀污染水体中经济、快速、安全地清除铀污染物的目 的。本发明所用的水生植物大藻(Pistia stratiotes L.)，在我国长江以南各省区均 有分布或栽培。其分类学特征如下(1)为天南星科大藻属植物；多年生浮水草本。(2)主茎短缩而叶呈莲座状，从叶腋间向四周分出匍匐茎，茎顶端发出新植株，有 白色成束的须根。(3)叶簇生，叶片倒卵状楔形，长2 8cm，顶端钝圆而呈微波状，两面都有白色细 毛。叶片肥厚，柔软而又有弹性。(4)花序生叶腋间，有短的总花梗，佛焰苞长约1. 2cm,白色，背面生毛。(5)果为浆果。花期6 7月。本发明所用的水生植物大藻(Pistia stratiotes L.)有以下生物学特征(1)有发达的根系，大藻能吸收水体中大量的氮、磷等营养元素，它还能吸收砷、 镉、铜等有害元素，使水质得以净化。(2)叶片肥厚，柔软而又有弹性。叶片的内部结构疏松，里面充满了空气，这不但可 以产生足够的浮力使植株立于水面上，又能贮备氧气供不时之需。(1)生长迅速，能较快地形成大生物量。(2)繁殖力极强。既可以用种子繁殖，也可以用营养体繁殖。(3)大藻有很好的观赏价值和饲用价值。大藻的以上生物学特性有利于提高其对水体中铀的总体去除效率，而且有利于分 批多次放养、持续快速修复得以实施，从而提高修复效率。因大藻本身亦是一种具有很好的 观赏价值的植物，所以在利用它对铀污染水体进行修复时，还能起到美化景观的作用。而 至于大藻在水域中疯狂生长繁衍，强大的根系消耗大量水体的溶解氧所引起的潜在风险问 题，则可以通过缩短放养时间，增加放养批次从而加快水体修复进程得办法加以解决。本发明提供的方法步骤如下(1)控制待修复的铀污染水体pH在6-10之间；(2)放养大藻于待修复的铀污染水体中，优选单株生物量大的大藻；(3)在自然条件下放养12_24h后，将大藻打捞收集起来进行集中处理。所述的方法，大藻的投加量由待修复的铀污染水体中的铀浓度决定。对于铀浓度 在小于等于ΙΟΟΟΟμ g/L的水体，大藻的投加比例为水体重量的1/5-1/50，优选1/5。放养 10分钟后，铀的去除率可达60%以上，放养12小时后，铀的修复率可达90%以上。所述的方法，步骤( 中所述的方法，步骤( 中优选的大藻是指单株生物量达到 200g及其以上质量的植株。所述的方法，步骤(3)中处理大藻的办法是通过自然晾晒干，经焚烧后，可通过集 中深埋处置或利用混酸浸出回收铀。在环境温度达到IPC时即可放养，大藻本身为漂浮植物，因此放养后不需采用固定装置，其根系直接与水体接触，叶片漂浮在水面上。大藻在0 5°C条件下很难保持生存 能力，在6 10°C条件下能够保持生存能力，但不能够很好地生长繁殖，在11 20°C条件 下能够正常生长繁殖，但生长繁殖能力较低，在20°C和高于20°C条件下它能迅速生长和繁殖。本发明的有益效果(1)本发明针对铀污染的水体。通过在水体中直接投放一批 该水生植物，定时将其打捞出，即可有效地去除水体中的大部分铀。该方法对铀污染的水体 修复快速、净化彻底。适用于各种受铀污染的水体。在铀初始浓度为1500yg/L，大藻的加 入比例约为水重的1/5，1天后铀去除率超过98%使水体铀浓度有效降至现行饮用水标准 以下(30 μ g/L)(在更低浓度的铀污染水体条件下，该方法有更为优良的效果，详见实施例 公开的效果)。(2)该方法对修复场所及设备无特殊要求，简单易行。(3)该方法使用的这 种水生植物廉价易得，繁殖力强，根系发达，生物量大。无需添加其他药剂，是一种对环境安 全、友好，不会造成二次污染，不会危害当地生态环境。(4)与传统的铀污染水体治理方法相 比，该方法更经济、简便、高效，是一种实用范围广、投资和维护成本低、运行和管理简单的 污染环境“绿色环境技术”。
图1为实施例1的水体A中的铀浓度随大藻投加后不同时间的变化情况；图2为实施例5大藻对不同体积的水体E中铀的去处效果；图3为实施例6不同生物量的大藻对水体F中铀的去处效果。
具体实施例方式以下通过实施例进一步说明本发明。实施例1待修复的铀污染水体A 用蒸馏水稀释lg/L的铀标准溶液而得，模拟铀污染水体， 调pH = 6. 0并确保水体中铀不沉淀，简称水体A。在实验室内，昼夜温度在30°C -20°C之间，相对湿度60-80%，在2L的烧杯中分 别加入2L不同处理浓度的水体A，再逐个投加一株鲜重均约为400g大藻。实验设定五 个处理铀的浓度分别=45 (CK)、500、1500、4500、9000 μ g/L，用碳酸盐的缓冲液分别调 PH约为6. 5，确保水体A中铀均不沉淀。每个处理设3个重复。通过连续取样监测水体 中残余铀浓度，考察了在设定的不同浓度的铀污染水体下，大藻对水体铀的短期修复动态 24h和长期5d修复动态。5d后取植物样分析，经测定各组大藻根系铀平均含量分别为 7. 93、172. 77,598. 05、1831. 20,3831. 63 μ g/g ；叶片铀平均含量分别为 0. 59,4. 98、12. 65、 31.60,50. 64yg/go大藻投加IOmin后，水体A的铀去除率均高于60%，投力口 1 后，水体 A的铀去除率均高于90%。对于一定量的大藻在短时间内Id 可以将铀浓度< 1500 μ g/L 的铀污染水体修复达到世界卫生组织对饮用水提出的要求，将铀浓度< 4500 μ g/L的铀污 染水体修复符合核行业标准规定的废水排放限值。投加大藻后水体A的铀残余浓度随短期 24h和长期5d时间变化关系分别见附图1 (a)、(b)。实施例2待修复的铀污染水体B 铀初始浓度=520 μ g/L, pH = 7. 80，于2009年3月取自某铀矿废弃矿坑处溢流出的矿井水，简称水体B。向一组体积为5L容器为普通塑料盆、D = 30cm的水体B中分别投加单株生物 量均为IOOg左右的100g、200g、400g大藻。每天定时曝气5min，每天取样分析，连续监 测5d。结果表明5d后，大藻叶片和根系中的平均铀含量分别为37. 86士6.52 μ g/g、 1015. 63士 15. 62 μ g/g。投加100g、200g、400g大藻后，5L的水体B的铀平均浓度分别为 130士25 μ g/L、43士6 μ g/L、21 士4 μ g/L，分别达到核行业标准、国家废水排放标准、饮用水 标准。实施例3待修复的铀污染水体C 铀初始浓度=2100 μ g/L，pH = 7. 63，于2009年4月取自 某铀矿矿坑水，简称水体C。向一组5L容器为5L的烧杯的水体C和一组IOL容器为长方体水槽的水体C中 分别投加覆盖面积为50%的若干单株生物量小于50g小株大藻；每天定时曝气5min， 20天后取样分析，结果表明5L水体中的大藻，叶片和根系中的铀含量分别为144. 37、 4693. 15 μ g/g ；IOL水体中的大藻，叶片和根系中的铀含量分别为114. 62,3649. 52 μ g/g ； 5L和IOL水体中的铀残余浓度分别为771、360 μ g/L。实施例4待修复的铀污染水体D 铀初始浓度=1480 μ g/L, pH = 7. 43，于2009年4月取 自某铀矿矿坑水，简称水体D。将单株生物量都小于120g生长期、停滞期、成熟期的大藻以 25%、50%、75%、100%不同覆盖面积的方式投加至50011^的水体0中。每天定时曝气5min， 每隔一天取样分析，连续监测10d。考察植物生长期和投加面积对修复率的影响。结果表明同一生长期的大藻，水体不同覆盖面积下，铀的去处率大小分别表现 为S > 3/4S > 1/2S > 1/4S(P ( 0. 05)；相同覆盖面积的条件下，铀的去除率大小分别表 现为成熟期>停滞期>生长期(P ^ 0. 05)。在覆盖面积为100%的成熟期的大藻在投加 IOd后，铀的去除率达到80%以上。实施例5待修复的铀污染水体E 铀初始浓度=1910 μ g/L，pH = 7. 65，于2009年7月取自 某铀矿矿坑水，简称水体E。向三组水体体积分别为0.5、1、2L烧杯的分别放养一株鲜重分别为140g、92g、 215g大藻，次日取出大藻，循环更替放养，修复三组不同体积的水体Ε。每日取样分析，连续 监测6d。结果显示0. 5L、IL的水体E分别在第Id和第2d就达到WHO建议的饮水标准，2L 的水体E在第2d达到核行业标准，第4d满足饮用水标准。实施例6待修复的铀污染水体F 铀浓度=1930 μ g/L，pH = 7. 83，于2009年9月取自某铀 矿矿坑水，以下简称水体F。向五组2L水体F中分别放养一株单株鲜重分别为50g、100g、200g、300g、400g大 藻，每组设3个重复。通过连续每日取样监测水体中残余铀浓度，考察了大藻对某铀矿矿坑 水的10天长期修复动态，水体F中铀去除率随时间的变化关系如附图3所示。其中400g的 那组藻在放养IOd之后，叶片和根系部分的平均干重分别为21. 91 + 1. 49g、4. 34士0. 36g ； 平均铀浓度分别为763.13,3. 94士0. 48 μ g/g。每株植物体内的铀总量均为2L水体F中总铀量的97%以上。 表明明利用铀污染水体经大藻修复后，再从植物中回收铀的可行性很高。
权利要求
1.一种铀污染水体的植物修复方法，其特征在于将漂浮水生植物大藻(Pistia stratiotes L.)放养到受铀污染的水体中，其根系能迅速从水体中大量吸收和富集铀，同 时将部分向上转运到水上部叶片；通过定时打捞植物，并将其收集起来进行集中处理，则可 从水体中清除大量的铀，经过一定的修复周期即可将水体中的铀含量降至饮用水标准允许的 范围。
2.如权利要求1所述的一种铀污染水体的植物修复方法，其特征在于控制待修复的 铀污染水体PH在6-10之间。
3.如权利要求1所述的一种铀污染水体的植物修复方法，其特征在于在环境温度达 到ire时放养。
4.如权利要求1所述的一种铀污染水体的植物修复方法，其特征在于在自然条件下 放养 12-24h。
5.如权利要求1所述的一种铀污染水体的植物修复方法，其特征在于优选单株生物 量大的大藻，优选的大藻是指单株生物量达到200g及其以上质量的植株。
6.如权利要求1所述的一种铀污染水体的植物修复方法，其特征在于对于铀浓度在 小于等于10000 μ g/L的水体。
7.如权利要求1所述的一种铀污染水体的植物修复方法，其特征在于大藻的投加比 例为水体重量的1/5-1/50。
8.如权利要求7所述的一种铀污染水体的植物修复方法，其特征在于大藻的投加比 例为水体重量的1/5。
9.如权利要求1所述的一种铀污染水体的植物修复方法，其特征在于大藻覆盖面积 为 25% -100%。
10.如权利要求1所述的一种铀污染水体的植物修复方法，其特征在于处理大藻的办 法是通过自然晾晒干，经焚烧后，可通过集中深埋处置或利用混酸浸出回收铀。
全文摘要
木发明提供一种铀污染水体的植物修复方法，其特征在于将漂浮水生植物大薸(Pistia stratiotes L.)放养到受铀污染的水体中，其根系能迅速从水体中大量吸收和富集铀，同时将部分向上转运到水上部叶片；通过定时打捞植物，并将其收集起来进行集中处理，则可从水体中清除大量的铀，经过一定的修复周期即可将水体中的铀含量降至饮用水标准允许的范围。在铀初始浓度为1500μg/L，大薸的加入比例约为水重的1/5，1天后铀去除率超过98％使水体铀浓度有效降至现行饮用水标准以下(30μg/L)。该方法对铀污染的水体修复快速、净化彻底，适用于各种受铀污染的水体。对修复场所及设备无特殊要求，简单易行。
文档编号C22B60/02GK102079580SQ20091022627
公开日2011年6月1日 申请日期2009年11月27日 优先权日2009年11月27日
发明者丁德馨, 刘玉龙, 张宝俊, 易法清, 李广悦, 王有团, 聂小琴, 赵金芳, 郭梅, 高斌, 黄齐金, 龙清 申请人:中核韶关锦原铀业有限公司, 南华大学