全 文 ：第 37卷
《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：2013-10-17；修回 2014-01-24
基金项目：广西自然科学基金创新团队项目(2011GXNSFF180003)
作者简介:谭良良(1964-)，男，高级工程师，硕士,主要从事城镇污水处理工程的规划及管理；*通讯作者，女，高级实验师，主要从事环境分析化学研
究，（电子信箱）liangmeinaa@163.com。
Environmental Science & Technology
第 37卷 第 8期
2014年 8月
Vol. 37 No.8
Aug. 2014
谭良良，刘忠正，梁美娜，等.李氏禾对含金属混合污水的净化效果研究[J].环境科学与技术，2014，37（8）：138-141. Tan Liangliang,Liu Zhongzheng,
LiangMeina，etal. Study on purification efficiencyforthemixedsewagecontainedheavymetals byLeersia hexandra Swartz[J]. Environmental Science &
Technology，2014，37（8）：138-141.
李氏禾对含金属混合污水的净化效果研究
谭良良 2， 刘忠正 1， 梁美娜 1*， 张存款 1， 邢畅 1
（1. 桂林理工大学 广西矿冶与环境科学实验中心，广西 桂林 541004;
2. 南宁建宁水务投资集团有限责任公司，广西 南宁 530031）
摘 要：通过水培实验，研究了李氏禾净化含重金属生活污水的效果。结果表明，李氏禾能有效地去除含重金属生活污水中 COD、
NH3-N、TP、铜、铬和镍，经 8 d的水培实验后，水样中不同初始浓度目标污染物的去除率都较大。COD、NH3-N和 TP去除率分别达 80.6%
~95.8%、94.8%~98.6%和 95.7%~98.7%，铜、铬和镍的去除率分别达 84.8%~97.8%、99.4%~99.7%和 79.7%~90.7%。在试验初始阶段，各污染物
的去除速率较快。增加 COD、NH3-N和 TP的初始浓度可加快 Cu、Cr和 Ni的去除速率。
关键词：李氏禾； 金属； 混合污水； 净化
中图分类号：X703 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-6504.2014.08.026 文章编号：1003-6504(2014)08-0138-04
Study on Purification Efficiency for the Mixed Sewage Contained
Heavy Metals by Leersia hexandra Swartz
TAN Liangliang1, LIU Zhongzheng2, LIANG Meina2*, ZHANG Cunkuan2, XING Chang2
（1. Guangxi Scientific Experiment Center of Mining, Metallurgy and Environment, Guilin University of Technology, Guilin 541004, China;
2. Nanning Jianning Water Investment Group Co. Ltd, Nanning 530031, China）
Abstract： The paper studied the purification efficiency for the domestic sewage contained heavy metals by Leersia
hexandra Swartz(L. hexandra) through hydroponic experiment. Results showed that L. hexandra can effectively remove COD,
NH3-N, TP, copper, chromium and nickel from sewage contained heavy metals. After eight days of hydroponic experiments,
the removal rate of different initial concentrations of the target pollutants in water samples are higher, with removal rate of
COD, NH3-N and TP as 80.6%~95.8% ,94.8%~98.6% and 95.7%~98.7% respectively and removal rate of copper, chromium
and nickel as 84.8%~97.8% , 99.4%~99.7% and 79.7%~90.7% respectively. In initial experimental stage, removal rates of all
pollutants were faster. Increasing the initial concentrations of COD, NH3-N and TP could accelerate the removal rates of Cu,
Cr and Ni.
Key words：Leersia hexandra Swartz; metal; mixed sewage; purification
随着工农业及经济的发展，水环境中重金属污染
和富营养化日趋加剧已成为不争的事实。铜、铬、镍是
电镀行业普遍采用的 3种重金属元素，极易随电镀废
水的排放进入水体造成严重污染，势必对常规水体净
化技术带来严峻挑战。利用植物净化去除生活污水中
有机污染物、氮和磷已经较为普遍和成熟，因其经济
有效、适合现场操作以及不破坏生态环境等优点得到
广泛关注[1]。此外，基于超富集植物的重金属植物修复
亦成为环境科学领域的一个热点[2]。因此，超富集植物
修复技术的应用为含重金属生活污水的处理提供了
新的思路。
李氏禾（Leersia hexandra Swartz）是我国境内发
现的第一种铬超富集植物，对铜和镍也有较强的富集
能力和耐毒性[3-5]。李氏禾对水体中铬、铜和镍等重金
属污染水体的修复表现出较强的潜力[6]。目前发现的
超富集植物多数为陆生植物，而李氏禾适宜于湿生环
第 8期
境生长，具有生长快、地理分布广、适应性强的特点，
为重金属污染水体修复提供了重要物种资源。选用李
氏禾处理含重金属生活污水，对进一步扩大李氏禾人
工湿地的适用性及提高处理效率具有重要意义。本文
基于水培实验，开展了李氏禾对含铬、铜和镍的生活
污水净化试验研究，探讨化学需氧量、氨氮、总磷以及
铬、铜和镍的净化效果研究，以期为李氏禾净化修复
污染水体的工程实践提供依据。
1 材料和方法
1.1 实验材料
实验使用的李氏禾取自实验室温室培养的未受
重金属污染的李氏禾幼苗。生活污水取自某高校生活
污水处理站。含重金属模拟生活污水培养液由生活污
水、1/2强度 Hoagland培养液和含铬、铜和镍的混合
母液配制而成。
1.2 实验方法
生活污水经过沉淀后取其上清液，测定 pH值在
7.5~8.4之间。实验前储备自来水 3 d，使水中的氯气
和次氯酸根分解，再配置成 1/2强度 Hoagland培养
液。生活污水上清液、1/2强度 Hoagland培养液和含
铬、铜和镍的混合母液按照一定比例混合配制成不同
污染物浓度的废水，用量筒量取 2.5 L此废水，分别加
到容积为 5.0 L的 1~7号桶中。生活污水的体积百分
比分别为 40%、50%、60%、70%、80%、90%和 100%，同
时做空白对照处理（100%）。李氏禾幼苗洗净后，采用
1/2强度 Hoagland营养液预培养 15 d，然后选取生长
良好、植株大小相近的约 25株李氏禾植株移植到塑
料桶中进行水培实验（图 1）。每个处理样品设 3个重
复，空白对照不移植李氏禾（CK）。水培实验持续 8 d。
水培实验期间每天光照约 14 h，白天温度为 25 ℃，夜
晚温度为 20 ℃，光源为日光灯，光照强度大于 10 000
lx。每日同一时间取水样约 10 mL测定污染物浓度，
并补充 10 mL 1/2强度 Hoagland培养液以维持培养
液体积恒定。各处理样品目标污染物的初始浓度如表
1所示。
1.3 分析方法
水样采集后及时分析。水样中的 COD、NH3-N、
TP 分析方法分别按国家环境保护总局编辑第四版
《水和废水监测分析方法》[7]；COD、NH3-N、TP分析方
法分别为 GB11914 -89、GB7479 -87、GB11893 -89；
铜、镍、铬的分析方法分别为 BG7474 -87、GB/
T111912-1989、GB7466-87。采用 SPSS及 EXCEL软
件处理试验数据，实验结果是 3个重复样品实验数据
的（平均值±标准偏差）。
2 结果与讨论
2.1 对 COD、NH3-N和 TP的去除
水培实验期间混合废水中 COD、NH3-N和 TP的
浓度变化如图 2所示。由图 2可看出，李氏禾对不同
初始浓度的 COD、NH3-N 和 TP 均有良好的去除效
果。含重金属模拟生活污水培养液中的 COD、NH3-N
和 TP浓度均有大幅度降低,其中 COD、NH3-N和 TP
最终浓度分别降低至 3.6~34.6 mg/L、0.27~1.1 mg/L
和 0.03~0.16 mg/L，相应地其 COD、NH3-N和 TP去
除率分别为 80.6%~95.8%、94%~99%和 96%~99%。空
白对照水样中 COD、NH3-N 和 TP 的去除率分别为
13.3%、28%和 15.7%，明显低于移种李氏禾的 1~7号
水培实验含重金属模拟生活污水培养液中 COD、
NH3-N和 TP去除率。实验结果表明，李氏禾的吸收
作用是水样中 COD、NH3-N和 TP浓度降低的主导因
素。
比较各阶段李氏禾去除 COD、NH3-N和 TP的速
率发现，三者去除速率总体呈先快后慢的趋势。实验
前 3 d的 COD、NH3-N和 TP去除速率较快，并随时
间推移而逐渐趋于平缓。有文献表明[8-9]，植物对水中
大多数有机物及营养物质的直接吸收、吸附作用是
COD、NH3-N和 TP的主要去除途径，而植物根部作
用及根际微生物的生长也参与有机物及营养物质的
降解。可以推测，李氏禾的直接吸收、吸附是初始阶段
水中 COD、NH3-N和 TP浓度降低的主要原因。基于
表 1 目标污染物的初始浓度
Table 1 Initial concentration of the target pollutants
样品编号
目标污染物浓度/mg·L-1
COD NH3-N TP Cu2+ Cr6+ Ni2+
210 36.3 5.0
5.0 3.0 10.0
1 85 14.5 2.1
2 106 18.2 2.4
3 126 21.2 2.9
4 142 25.4 3.6
5 161 29.0 4.1
6 181 32.7 4.5
7 210 36.0 4.9
空白对照(CK)
谭良良，等 李氏禾对含金属混合污水的净化效果研究 139
第 37卷
去除率及去除速率的比较分析，李氏禾对 COD、NH3-N
和 TP表现出优越的净化潜力。
2.2 对重金属（Cu、Cr、Ni）的去除
图 3是不同目标污染物浓度水培实验条件下李
氏禾对重金属铜、铬和镍去除效果动态图。图 3表明，
李氏禾对水中的铜、铬和镍达到快速的去除效果。经
过 8 d的水培实验，水中铜、铬和镍的最终浓度分别
降低至 0.11~0.74 mg/L、0.01~0.02 mg/L和 0.89~1.98
mg/L，其相应的去除率分别为 84.8%~97.8%、99.4%~
99.7%和 79.7%~90.7%。与空白对照相比，移种了李氏
禾的含重金属生活污水培养液中的铜、铬和镍浓度降
低幅度高于对照样品的 21.0%、11.4%和 12.5%。李氏
禾对铜和铬的去除速率在最初的 2 d内最快，而镍的
去除速率在开始的第 1天内最快，三者总体呈现先快
后慢的过程（图 3）。陈俊等研究表明[6]，李氏禾经过
10 d的水培生长修复后能使 10 mg/L的铜、铬和镍的
浓度分别降低至 1.0 mg/L、未检出和 1.1 mg/L以下。
超富集植物根系吸收、吸附作用是水中重金属去
除的主要途径，而最为关键的是超富集植物能快速将
重金属转运至地上部分富集，最终通过收割被带出污
染系统[8]。Bennicelli等研究 Azolla caroliniana（卡洲满
江红）净化市政污水中重金属潜力时得出结论[10]，认
为经过 12 d的水培实验，初始浓度为 0.1~1.0 mg/L
的 Hg(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)和 Cr(Ⅵ)分别降至 0.02~0.07 mg/L、
0.02~0.25 mg/L和 0.08~0.12 mg/L，并认为李氏禾是
一种很有潜力修复汞、铬污染水体的植物。薛生国等
研究 Mn超富集植物“商陆”对水中锰、镉和锌修复潜
力实验表明[11]，商陆对水中锰、镉和锌的去除能力不
强，这可能与商陆根系不发达、根部比表面积小有关。
在本研究中，经过 8 d水培实验，经培养李氏禾后，培
养液中初始浓度为 5.0、3.0和 10.0 mg/L浓度的铜、铬
和镍分别降低至 0.74、0.02和 1.98 mg/L。通过实验观
察，李氏禾生长旺盛、根系发达成絮状，所以对水中重
金属离子的吸附能力很强，去除作用显著。由此可见，
李氏禾去除生活污水中的铜、铬和镍要比普通植物更
具优势。
2.3 污染物浓度对李氏禾去除重金属的影响
图 3显示 COD、NH3-N和 TP浓度对李氏禾去除
铜、铬和镍有一定影响，总体呈现 COD、NH3-N和 TP
越高，铜、铬和镍去除率越高的趋势。增加水培养液中
COD、NH3-N和 TP浓度在一定程度上促进了李氏禾
对铜、铬和镍的吸收、吸附和转运能力，继而提高铜、
铬和镍的去除效率。N和 P作为植物的必需营养元素
促进李氏禾的生长，继而提高李氏禾吸收、吸附和转
运重金属离子的能力。此外，N和 P有利于根际微生
物的生长，可提高一些根际微生物对 Cr(Ⅵ)的还原能
力，将溶解性强的 Cr(Ⅵ)还原为 Cr(Ⅲ)沉淀吸附在根
表面铁膜上[12]。有机物由于自身的复杂组成及特性，
对水中重金属的环境行为将产生影响[13]。溶解性有机
物与重金属主要发生吸附和絮凝作用、表面络合作用
140
第 8期
以及螯合作用[14]，导致水中溶解性重金属离子浓度降
低。空白对照中铜、铬和镍的降低幅度分别为 21.0%、
11.4%和 12.5%，表明溶解性有机物与重金属产生吸附
和絮凝、表面络合及螯合作用程度明显低于李氏禾富
集作用。由此推断，水中 NH3-N和 TP浓度增加是促
进李氏禾去除重金属离子的关键因素，而溶解性有机
物的作用并不明显。
3 结论
（1）李氏禾能快速去除模拟含重金属生活污水中
COD、NH3-N、TP、铜、铬和镍等污染物，去除率分别达
到 80.6%~95.8%、94%~99%、96%~99%、85%~98%、99%
以上、80%~91%，李氏禾对污染物的去除速率在初始
阶段较快，总体呈先快后慢的变化趋势。
（2）COD、NH3-N、TP等污染物浓度升高可提高
铜、铬、镍的去除率。
（3）李氏禾适宜于在湿生环境中生长，繁殖非常
迅速，可高密度生长，单位面积生物量大，且能对铜、
铬和镍等重金属产生较强的富集能力及对 COD、
NH3-N、TP表现出优越的净化能力，今后在净化含重
金属生活污水领域将拥有广阔的应用前景。
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