全 文 ：第 11期 Environmental Science & Technology
第 37卷 第 11期
2014年 11月
Vol. 37 No.11
Nov. 2014
《环境科学与技术》编辑部：（网址）http://fjks.chinajournal.net.cn（电话）027-87643502（电子信箱）hjkxyjs@126.com
收稿日期：2014-04-25；修回 2014-06-20
基金项目：国家自然科学基金(41273142）；广西矿冶与环境科学实验中心项目资助（KH2012ZD004）
作者简介：李恺（1986-），男，实验师，硕士研究生，研究方向为环境污染控制，（电子信箱）lee2061@163.com。
李恺，顾晨，刘杰，等.李氏禾净化含重金属生活污水的实验[J].环境科学与技术，2014，37（11）：151-155.LiKai，GuChen，LiuJie，etal. Experimenton
treatmentofsewagecontainingheavymetalbyLeersiahexandraSwartz[J].EnvironmentalScience&Technology，2014，37（11）：151-155.
李氏禾净化含重金属生活污水的实验
李恺 1,2， 顾晨 1,2， 刘杰 1,2,3， 黄荟晓 2， 高煜恒 2
（1.桂林理工大学广西矿冶与环境科学实验中心； 2.桂林理工大学环境科学院与工程学院，广西 桂林 541004；
3.广西危废处置产业化人才小高地，广西 桂林 541004）
摘 要：采用水培方法设置了 CK（0%）、40%、50%、60%、70%、80%、90%和 100%等 8个生活污水浓度比例梯度，在相同李氏禾(Leersia
hexandra Swartz)株数的基础上，分别投加 Cr6+、Cu2+和 Ni2+等金属离子，研究铬超富集植物李氏禾对重金属、有机污染物（COD）、氨氮及总
磷去除效果。结果表明，李氏禾对废水中 Cr6+、Cu2+和 Ni2+的去除能力很强，氨氮和总磷的去除效率分别可达到 98%和 90%以上，对 COD降
解可达 80%以上。李氏禾对 3种重金属的吸收结果表明，复合污染废水中生活污水含量越高，越有利于李氏禾对 Cr6+和 Ni2+的净化，而不
利于对 Cu2+的净化。
关键词：李氏禾； 氨氮； 总磷； 重金属； 净化机理
中图分类号：X703 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-6504.2014.11.029 文章编号：1003-6504(2014)11-0151-05
Experiment on Treatment of Sewage Containing Heavy Metal by
Leersia hexandra Swartz
LI Kai1,2， GU Chen1,2， LIU Jie1,2,3， HUANG Huixiao2， GAO Yuheng2
（1.Guangxi Scientific Experiment Center of Mining, Metallurgy and Environment, Guilin University of Technology,
Guilin 541004, China;2.College of Environmental Science and Engineering, Guilin University of Technology, Guilin
541004, China;3.Guangxi Talent Highland for Hazardous Waste Disposal Industrialization, Guilin 541004, China）
Abstract：To investigate removal of heavy metals (Cr6+,Cu2+ and Ni2+), organic pollutants (COD), ammonia nitrogen and total
phosphorus (TP) from wastewater by Leersia hexandra Swartz, 8 different sewage gradients including 0% , 40% , 50% , 60% ,
70%, 80%, 90% and 100% were designed, and Cu, Cr and Ni were added respectively. The capacity of L. hexandra to purify
waters polluted by Cr6+, Cu2+ and Ni2+ was investigated. Results showed that this plant has a good ability to remove the three
metals from water, and more than 98% of ammonia nitrogen in the wastewater was removed by L. hexandra. The removal
rates were above 90% for TP and 80% for COD. The removal of Cu, Cr and Ni by L. hexandra indicated that higher level of
sewage was favorable for the removal of Cr6+ and Ni2+, but unfavorable for the removal of Cu2+.
Key words：Leersia hexandra Swartz; ammonia nitrogen; total phosphorus; heavy metal; purification mechanism
近年来，随着工农业以及经济的迅速发展，不论
国外还是国内，各类水体环境中重金属污染日趋加剧
已成为不争的事实[1]。一些处理不当或者未经处理的
工业废水混入城镇的生活污水以及一些农药、化肥的
残留物经过雨水冲刷，通过地下渗透等方式也进入生
活污水中[2]。由于一些工业废水和残留农药中含有重
金属，因此在城镇生活污水的处理中出现了重金属离
子超标的现象。重金属随废水排出时，即使浓度很小，
也能对水体及周围环境造成危害[3]。目前，植物对污水
处理的氮磷的净化效果研究已有较多的报道[4]，主要
涉及到植物对污水脱氮除磷的贡献，而关于植物对生
活污水中含有重金属的净化效果报道较少。李氏禾
（Leersia hexandra Swartz），是目前我国报道的唯一湿
生超富集植物，对水体重金属污染表现出很强的净化
效果[5-8]。由于该植物生长快速，根表面积大，易于人工
种植，因此表现出较大的应用前景。本研究采用李氏
禾处理含重金属的生活污水，探究其对 N、P、COD、
Cu、Cr和 Ni复合污染水体的净化效果，对于利用植
第 37卷
1.4 样品的处理与测定
每日同一时间从 8个桶中取水样测定重金属铬、
铜、镍以及氨氮、总磷和 COD。每次从桶中取水样时，
震荡植物的根部数次，并用玻璃棒充分将桶内水样搅
匀。取回的水样用稀 HNO3定容后，用原子吸收分光
光度法测定重金属含量。生活污水常规指标检测氨
氮、总磷和 COD采用国标法（GB7479-87、GB11893-
89、GB11914-89）。
1.5 数据分析
采用 Excel软件处理试验数据。
2 结果与讨论
2.1 生活污水稀释不同浓度对氨氮去除效果影响
由图 2可知，随着处理时间的增加，溶液中的氨
氮都呈现逐渐降低的趋势。均在 7 d内达到生活污水
氨氮排放一级 A标准（GB18918-2002）。并且，氨氮的
去除效果与初始浓度有关（图 2）。在第 4天，样品 5
（80%生活污水与自来水混合）从 27.64 mg/L已经降
表 1 样品中氨氮、总磷和 COD初始浓度
Table 1 Initial concentration of ammonia nitrogen, total phosphorus and COD in samples （mg/L）
物处理含重金属生活污水的研究和应用具有重要的
意义。
1 材料和方法
1.1 实验材料
李氏禾（L. hexandra Swartz），是中国境内发现的
第一种铬超富集植物[9]，该植物对铬具有明显的超富
集作用，对铜、镍等重金属也有很强的富集能力[10]。其
为多年生禾本科；杆下部常伏卧地面或倾斜，并于节
处生根。其节常具倒生微毛；叶鞘幼期常光滑，成熟后
显粗糙，上部短于节间；叶舌膜质，长 1~2 mm，其基部
两侧下延与叶鞘边缘相愈合；叶片扁平或卷折，披针
形，长约 3~12 cm，宽约 1.5 mm，具短柄；外稃五脉，脊
与边缘均具刺毛，两侧具刺毛。结实了的外稃和内稃
具刺毛。广泛分布于华中、华东、陕西、河北、贵州、四
川和广西等地，为湿生野草，多生于沼泽地、溪旁和稻
田的田基上。
在培育和实验过程中发现，李氏禾生命力、环境
适应性很强，宜于人工规模培养，土培和水培均易成
活，且生长非常迅速。
实验所采用的李氏禾取自未受铬、铜、镍等重金
属污染的荔浦县农田中。生活污水取自广西桂林市桂
林理工大学雁山校区污水处理站。
1.2 植物培养方法
野外采集的植物洗净后，用 1/2 Hoagland 营养
液[6,8]预培养 15 d。选取生长一致的李氏禾转移至 5 L
的塑料桶中（每盆 80～100株禾苗），培养 30 d后进行
实验。培养条件为每天光照 14 h，白天温度 25 ℃，夜
晚温度 20 ℃，相对湿度 75%~80%。
1.3 实验方法
将植物放在桂林理工大学雁山校区温室中培养。
实验前储备充足的自来水 3 d，使水中的氯气和次氯
酸根分解，再与生活污水进行稀释。实验取回生活污
水水样后，立即用便携式 pH计测定生活污水，测定值
pH为 8.42。水培如图 1所示。生活污水与自来水分别
按比例 40%、50%、60%、70%、80%、90%及 100%，加入
到 1号到 7号桶中，分别为样品 1~7，0号为 CK（直接
采用未经浓度稀释的生活污水原水，投加重金属）。见
表 1。污水中的 Cr (Ⅵ)、Cu (Ⅱ) 和 Ni (Ⅱ) 分别由
K2Cr2O7、CuSO4·5H2O和 NiCl2·6H2O提供，根据之前
的研究结果 [6,8]，本试验用自来水配置到 Cr (Ⅵ) 2.5
mg/L、Cu(Ⅱ) 5.0 mg/L和 Ni(Ⅱ) 15.0 mg/L浓度，分
别投加在样品 0~7中。
样品 Cr(Ⅵ) Cu(Ⅱ) Ni(Ⅱ) 氨氮 总磷 COD
CK(0%) 2.61 5.38 16.42 33.88 4.60 209.89
1(40%) 2.54 5.29 15.97 14.72 1.77 84.67
2(50%) 2.51 5.17 14.11 16.62 2.24 96.10
3(60%) 2.49 5.14 14.09 19.48 2.43 120.29
4(70%) 2.47 5.19 13.56 24.24 2.74 138.43
5(80%) 2.49 5.07 12.94 27.64 3.60 160.61
6(90%) 2.44 4.92 12.45 30.36 4.11 181.44
7(100%) 2.41 4.81 12.32 33.90 4.75 209.66
152
第 11期
到 2.76 mg/L，高于其余梯度浓度生活污水。第 8天
时，样品 5中的氨氮浓度为 0.22 mg/L，一周内去除率
为 99.20%，为 7个梯度中去除率最高，其余梯度生活
污水均次之。在 7 d内，李氏禾对氨氮去除效果良好。
废水中氨氮浓度越高，李氏禾处理效率越慢，净化的
时间更久。植物生长需要营养元素，其中氮是植物生
长的大量必需元素。根系的吸收和根系表面的吸附是
可能是植物去除氨氮的主要原因[7]。李氏禾对氨氮的去
除高达 98%以上，可作为理想的构建人工湿地的植物
用于氨氮的去除。
2.2 生活污水稀释不同浓度对总磷的去除效果影响
磷也是植物生长所需的必需元素之一，植物生长
期吸收磷，衰老和死亡期会释放磷[11]。对于磷的去除，
通过收获植物可以去除磷对水体的二次污染[12]。由图
3可知，随着处理时间的增加，溶液中总磷的变化呈现
逐渐降低的趋势。李氏禾处理 7 d后，污水总的总磷
全部达到生活污水排放标准（GB18918-2002）。延长
试验周期，李氏禾对总磷的净化效果更好。相对于氨
氮的去除效果来说，李氏禾对生活污水中总磷的去除
率略低，且需要时间更长。这是因为植物对磷的利用
率通常低于氮。从图 3可以看出，样品 4（70%生活污
水与自来水混合）处理效果最好。仅用 4 d，该污水总
磷从 2.74 m g/L 降低到 0.12 mg/L，去除率达到
95.62%。
2.3 生活污水稀释不同浓度对 COD去除效果影响
李氏禾对污然水体中的 COD去除效率如图 4所
示。随着处理时间的增加，李氏禾处理的水体中 COD
显著低于对照。在李氏禾处理 6 d后，所有样品中的
COD均达到生活污水排放标准（GB18918-2002）。文
献表明[12]，有机污染物的去除通常有 3种途径：（1）植
物直接吸收有机污染物；（2）植物根系释放分泌物和
酶[13]；（3）植物和根际微生物的联合作用[14]。从图 4可
知，COD浓度越低，减缓越早，1、2、3 号 1 d 后就减
缓，4、5、6号 2 d后减缓，7号 3 d后减缓。在处理的前
4 d，生活污水中的 COD降解作用比较明显，去除量
所占的比重较大，不同浓度比例的样品对 COD均呈
现出降低的趋势。但在第 4天之后，李氏禾对 COD的
降解速率逐渐降低，呈减缓趋势。植物的根系的活动
对污水中 N、P的吸收和降解有明显的影响，根系活动
越活跃，植物对 N、P的吸收和降解能力越强，根系泌
氧量的增加有利于降低水中的 COD[15]。
2.4 生活污水稀释不同浓度对重金属去除效果影响
由图 5可知，李氏禾对水体中 Cr6+的去除能在 3
d内完成。而且在实验周期内，李氏禾生长状况良好，
未出现明显的中毒症状，表现出对铬很强的耐受能
力。在复合污染的情况下，污染水体中较高浓度的氮、
磷，反而有利于李氏禾对 Cr6+的去除。例如，在样品 7
中（氨氮和总磷的初始浓度分别为 33.90 mg/L和 4.75
mg/L），李氏禾对 Cr6+的去除效率显著高于样品 1（氨
氮和总磷的初始浓度分别为 14.72、1.77 mg/L）。这表
明氮和磷作为植物的必需营养元素可以促进李氏禾
根系的生长，从而提高了李氏禾对水体中 Cr6+吸收和
吸附。此外，氮、磷浓度的增加有利于根际微生物的生
长。而一些根际微生物具有很强的铬还原能力，可以
将溶解性强的六价铬还原为三价沉淀吸附在根表面
的铁膜上[15]。
李氏禾对水体铜污染的去除与铬不相同，生活污
水的配比较低时，李氏禾对水中 Cu2+的去除效果较好
（图 6）。7 d后的结果显示，40%的生活污水浓度的桶
李恺，等 李氏禾净化含重金属生活污水的实验 153
第 37卷
内 Cu2+的浓度相对于其它稀释浓度最低，李氏禾净化
效果最好。由不同浓度与 CK相比可以看出，李氏禾
能有效地去除水中的 Cu2+污染，去除率最高达到
90%。该去除率与 Murray Gulded等[16]的研究结果相
似。这表明，在复合污染的条件下，利用李氏禾构建人
工湿地去除水中的铜污染是可行的。
由图 7可以看出，不同稀释浓度下的生活污水处
理中，除了 40%浓度的生活污水，李氏禾对镍的吸收
均在第 2天降低 50%左右。整个试验周期内，稀释不
同浓度的生活污水与样品 1相比，桶内 Ni2+的浓度急
剧下降，随后缓慢降低。由第 2天的数据可以看出，生
活污水的浓度越高越有利于李氏禾对镍的吸收。7 d
后，生活污水稀释浓度为 60%的桶内 Ni2+的浓度最低，
为 0.25 mg/L。70%和 90%的桶内 Ni2+的浓度分别降低
到 1.25 mg/L和 1.43 mg/L。
3 结论
从实验结果看，采用李氏禾处理生活污水中含有
重金属（铬、铜和镍）要比直接处理 3种重金属会更有
效率。投加重金属对李氏禾处理生活污水中氨氮和总
磷的净化能力无明显影响。生活污水的中氨氮、总磷、
COD含量较高，有利于李氏禾对 Cr6+和 Ni2+的吸收，
而李氏禾对 Cu2+的吸收相比 Cr6+和 Ni2+的结果相反。
P E Lim等[17]研究发现，氨氮的去除率随着污水
中重金属的增加而下降，COD的去除与污水中单一
重金属(Zn、Pb、Cd)的含量及混合重金属 (Zn、Pb、Cd、
Cu) 的含量都无关。本研究结果表明，在实验周期内，
李氏禾对生活污水中氨氮的去除高达 98%以上，其对
生活污水中总磷的去除效果也达到 90%以上，因此可
以作为人工湿地处理生活污水所选的植物。李氏禾对
COD的去除在前 4 d可达 80%，但由于生活污水内含
有 Cr6+，因此 COD测定值有些偏差。
可见，李氏禾可以用来处理含有铬、铜、镍的生活
污水[18]，选择超富集植物修复重金属污染是一种比较
可行的途径。
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