植物修复重金属—有机物复合污染河道疏浚底泥的研究

论文摘要

重金属-有机物复合污染底泥的植物修复是环境治理的热点和前沿领域,它利用超积累植物能从底泥中超量吸收重金属和降解有机物的特性,达到减少底泥中重金属和有机物含量之目的。目前复合污染植物修复的研究还很不完善,因此本文以天津市大沽排污河疏浚底泥为试验对象,通过盆栽试验,研究了玉米、印度芥菜、超积累油菜、紫花苜蓿、黑麦草、苋和不结球白菜等7种植物对复合污染疏浚底泥的修复情况及机理;并对天津市三大排污河沿岸的植物进行了筛选,为植物修复复合污染底泥或土壤提供了科学依据和理论基础。主要研究结果如下:适于底泥修复的植株种类为印度芥菜、黑麦草、玉米和紫花苜蓿;玉米和印度芥菜轮作对重金属积累效果和对底泥中有机物尤其是对氯苯的降解效果比黑麦草连茬、玉米和黑麦草互作、印度芥菜和黑麦草互作好。首次从理论上证明了重金属在植物体内的解毒机理为重金属螯合在配合体上,且配合体之间以及重金属和配合体形成架桥而聚集成团,形成金属结合蛋白或者沉淀积累在植物体内。柠檬酸和EDTA是能够加速植物修复进程的理想螯合剂。分次投加EDTA不仅可以加速植物修复,减弱EDTA的降解难题和EDTA-重金属螯合物的淋溶问题对环境的风险;还能减弱其带给底泥和环境的不利影响。首次发现分三次投加EDTA明显增加了底泥颗粒的粒径,降低了其比表面积,有利于底泥颗粒吸附重金属的释放,从理论上证明了受污染底泥实施加速植物修复的有效途径。建立了植物吸收、迁移与积累重金属的数学模型。基于MATLAB的ODE45,利用植物积累不同重金属的相关关系,对玉米积累不同重金属的数量随生长时间的变化情况进行了模拟和预测。通过模拟,不仅可以准确反应重金属在植物体内的吸收、迁移和积累的过程和机理,还可以预测植物积累重金属的数量及植物修复的最佳收获时间。沿岸植物调研发现了对Zn有较高的富集能力的新植物种类-红蓼、费菜和葎草,三者地上部分积累Zn量均大于地下,其中葎草地上部分积累的Zn量高达4614.11 mg/kg;蒲公英和小蓟地上部的Cd含量均高于根部Cd含量,而且富集系数均大于1,基本具备了超富集植物的特性,因此具备较大的继续研究价值。这些植物的发现为污染河道底泥的综合治理及底泥填埋厂的植被覆盖提供了依据。疏浚底泥园林应用,可促进植物生长,降低污染物进入食物链的风险性,又弥补了园林土壤贫瘠的不足,是城市疏浚底泥资源化的较为理想的出路。修复底泥农田利用,其重金属和有机污染物对地下水污染的潜在危险性大大降低。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述：污染底泥的植物修复技术
• 1.1 课题概况
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究现状
• 1.2 污染底泥的处理方案
• 1.2.1 物理化学技术
• 1.2.2 植物修复技术
• 1.2.3 微生物修复技术
• 1.3 植物修复的机理
• 1.3.1 重金属的植物修复机理
• 1.3.2 有机污染物的植物修复机理
• 1.4 植物修复的有机调控
• 1.5 存在的问题
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 试验内容、技术路线及背景材料
• 2.1.1 试验内容
• 2.1.2 技术路线
• 2.1.3 背景材料
• 2.2 分析方法
• 第三章 植物的修复效果及修复机理研究
• 3.1 不同植物种类对底泥的修复效果
• 3.1.1 试验方法
• 3.1.2 结果与分析
• 3.1.3 小结
• 3.2 黑麦草连茬对污染底泥的修复作用
• 3.2.1 黑麦草连茬的试验方法
• 3.2.2 结果与分析
• 3.2.3 小结
• 3.3 玉米、印度芥菜轮作对污染底泥的修复作用
• 3.3.1 玉米-印度芥菜轮作的试验方法
• 3.3.2 结果与分析
• 3.3.3 小结
• 3.4 植物互作对污染底泥的修复作用
• 3.4.1 互作的试验方法
• 3.4.2 结果与分析
• 3.4.3 小结
• 3.5 重金属-有机物复合污染植物修复的机理探讨
• 3.5.1 重金属在植物体内的存在方式及解毒机理
• 3.5.2 有机物复合污染对重金属特性的影响
• 3.5.3 重金属对有机物污染物特性的影响
• 3.5.4 重金属复合污染植物富集特性研究
• 3.5.5 小结
• 3.6 玉米修复的根际作用
• 3.6.1 根际栽培试验
• 3.6.2 结果与讨论
• 3.6.3 小结
• 第四章 螯合剂在植物修复底泥中的有机调控作用
• 4.1 螯合剂的筛选
• 4.1.1 试验方法
• 4.1.2 结果与讨论
• 4.1.3 小结
• 4.2 EDTA 的分次投加对植物修复的调控作用
• 4.2.1 试验方法
• 4.2.2 结果与讨论
• 4.2.3 EDTA 分次投加的结论
• 第五章 植物吸收和积累重金属的数学模型研究
• 5.1 模型的建立
• 5.1.1 植物对重金属的吸收
• 5.1.2 植物吸收重金属的数学模型
• 5.2 模型的验证
• 5.2.1 基于Matlab 的模型仿真
• 5.2.2 玉米吸收土壤重金属的过程模拟
• 5.3 小结
• 第六章 河道沿岸植物分布及底泥资源化研究
• 6.1 大沽河沿岸植物分布的研究
• 6.1.1 植物及底泥样本的采集
• 6.1.2 结果与分析
• 6.1.3 讨论
• 6.2 底泥园林利用的初步研究
• 6.2.1 材料与方法
• 6.2.2 结果与分析
• 6.2.3 讨论
• 6.3 底泥修复前后的淋洗特性研究
• 6.3.1 试验方法
• 6.3.2 结果与分析
• 6.3.3 小结
• 6.4 河道底泥资源化探讨
• 6.4.1 土地利用
• 6.4.2 园林绿化
• 6.4.3 建筑材料
• 第七章 结论和展望
• 7.1 结论及创新之处
• 7.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 附图
• 致谢