全 文 ：李氏禾人工湿地对电镀废水的净化研究
游少鸿 1，2，张学洪 2，刘 杰 2，陶笈汛 2，赵盈丽 2，金 旭 2，杨明匀 2
（1.广西大学轻工与食品工程学院，广西南宁 530004；
2.桂林理工大学，广西矿冶与环境科学实验中心，广西桂林 541004）
［摘要］ 建立以李氏禾为湿地植物，红壤和沸石为混合填料的湿地系统，研究了李氏禾人工湿地对电镀废水的
处理效果。 结果表明， 李氏禾在 Cr、Cu、Ni 质量分数已达 0.049 094%、0.019 538%、0.010 701%的污染湿地中仍能成
活。 该湿地系统对 Cr、Cu、Ni 的去除率分别达到 63.86%~84.76%、91.78%~96.09%、56.65%~74.62%。 因此，李氏禾人
工湿地系统在处理重金属污染水体方面表现出极强的应用潜力。
［关键词］ 李氏禾；人工湿地；电镀废水
［中图分类号］ X703.1 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1005-829X（2014）07-0023-04
Study on the decontamination of electroplating wastewater by
Leersia hexandra Swartz constructed wetland
You Shaohong 1，2，Zhang Xuehong2，Liu Jie2，Tao Jixun2，Zhao Yingli2，Jin Xu2，Yang Mingyun2
（1. Institute of Light Industry and Food Engineering，Guangxi University，Nanning 530004，
China；2. Guangxi Scientific Experiment Center of Mining，Metallurgy and Environment，
Guilin University of Science & Technology，Guilin 541004，China）
Abstract： A constructed wetland planted with Leersia hexandra Swartz，using red soil and zeolite as mixed fillers，
has been set up to remove Cr，Cu and Ni from electroplating wastewater. The results show that L. hexandra could still
survive in wetland contaminated by Cr，Cu and Ni with mass fractions of 0.049 094%，0.019 538%，and 0.010 701%，
respectively. The removing rates of Cr，Cu and Ni in the constructed wetland are 63.86%-84.76% ，91.78%-
96.09% ，and 56.65%-74.62% ，respectively. Thus，the constructed wetlands planted with L. hexandra have very
strong potential for applying to the removal of heavy metal from contaminated water.
Key words： Leersia hexandra Swartz；constructed wetland；electroplating wastewater
电镀是当今全球三大污染工业之一 〔1〕，随着科
学技术的发展，电镀工业的规模亦发展，排放的废水
量越来越大。 铬、铜、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，对水
环境造成严重污染〔2〕。 传统的电镀废水处理技术有
化学法、电解法、离子交换法、膜分离法等 〔3〕，但这些
方法普遍存在着成本高、操作复杂、处理时间较长、
易造成二次污染等缺点， 在适用范围上受到很大限
制。 人工湿地污水处理系统是一项 20世纪 70年代
发展起来的运用生态学原理加上工程方法而成的生
态工程水处理技术，诸多研究表明，人工湿地系统处
理重金属废水具有显著的效果并且具有投资少、效
率高、运行费用低、杜绝二次污染等优点，有利于生
态环境的改善，在治理污染的同时，更可以获得一定
的经济效益、社会效益〔4-5〕。
湿地植物在人工湿地中起着非常重要的作用，
一方面它可吸收并积累离子态的重金属， 茎以上部
分随植物的收割最终从湿地中去除；另一方面，植物
具有生态美学和经济价值 〔6〕。 目前研究采用的湿
地植物多为芦苇（Phragmites communis）、宽叶香蒲
（Typha latifohia）、灯心草 （Junous effusus）、凤眼莲
（Eichhornia crassipes）等 〔7〕，将超富集植物应用于湿
地系统的研究鲜有报道。 张学洪等 〔8〕在广西荔浦
县电镀废水污染区发现了中国第一种铬超富集植
物——李氏禾 （Leersia hexandra Swartz），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
[基金项目] 国家自然科学基金项目（41163003，41273142）；广西自然科学基金项目（2010GXNSFA013018，2011GXNSFF018003）；广西科学研究
与技术开发计划（桂科攻 10124003-3）；广西矿冶与环境科学实验中心项目资助；广西卓越学者计划
第 34卷第 7期
2014年 7月
工业水处理
Industrial Water Treatment
Vol．34 No．7
Jul.，2014
23
强的富集能力〔9〕。 由于其喜湿生，易于人工种植，生
长繁殖迅速，在构建人工湿地处理重金属污染方面
表现出极强的应用潜力。 笔者研究了李氏禾人工湿
地对电镀废水的净化效果以及湿地植物李氏禾对
电镀废水中 Cr、Cu、Ni 的富集特点， 为有效净化电
镀废水提供参考。
1 材料和方法
1.1 供试材料
植物材料为李氏禾， 取自未受 Cr、Cu、Ni 等重
金属污染的桂林市桃花江边 ， 洗净后采用 1/2
Hoagland营养液预培养 15 d，供试验用。
供试填料有两种，无污染红壤取自桂林市南郊
林荫下表土；沸石由红辉沸石改性而成。 将两者按
体积比 1∶1 混合，自然风干，研磨过 0.25 mm 筛，供
试验用。 混合后的填料中重金属 Cr、Cu、Ni 的质量
分数分别为 0.047 79%、0.035 08%、0.016 38%。
重金属废水采用人工模拟的电镀废水，参照桂
北某电镀工业区产生的电镀废水中 Cr、Cu、Ni 的浓
度， 人工模拟的电镀废水中 Cr、Cu、Ni 质量浓度分
别为 100、40、40 mg/L。 Cr、Cu、Ni的模拟废水分别由
K2Cr2O7、CuSO4·5H2O、NiCl2·6H2O配制。
1.2 小型模拟人工湿地构建
采用 12 个塑料桶（上部直径 26 cm，下部直径
10 cm，桶高 17 cm ，底部打有直径 1 cm 的出水孔 5
个）分别编号 1#~12#，共 4 组，每组 3 个平行，第 4 组
不浇灌模拟电镀废水作为对照。 预培养的李氏禾禾
苗用自来水冲洗干净，选取大小均匀一致的禾苗移
栽，每桶 30 株。 为提高水的渗透性，底部放置直径
0.2~0.5 cm 的鹅卵石 ，厚度为 3 cm，其上铺一层
0.15 mm 的筛网，用以阻止上层填料流失，在筛网
上放置 1.5 kg 混合填料作为人工湿地基质，厚度
14 cm。 小桶下面放置烧杯用于收集渗出液。 人工湿
地构建后，稳定 1 周，其间用营养液浇灌 3~4 次，检
验其完好性。
1.3 试验方法
每天进水 0.3 L，隔天取 1 次水样，进行出水重
金属含量分析。 4组湿地同时运行，前三组分别连续
运行 30、45、60 d， 第四组连续运行 60 d 后停止试
验。 湿地停止运行后收获植物，取填料混合均匀，待
分析。
1.4 样品分析
取回的水样消解后（浓硝酸和双氧水），用质量
分数为 0.2%的 HNO3溶液定容。 植物样品先用自来
水洗净，然后用去离子水冲洗 3次。根部用质量分数
为 5%的 HCl 溶液进行清洗， 再用吸水纸把表面水
吸干，将样品分为根和地上部两部分。将新鲜样品放
在烘箱内 105 ℃杀青 30 min， 然后 80 ℃烘干至恒
重，磨碎，分别称重。用 HNO3+HClO4体系消解。土壤
样品自然风干，陶瓷碾钵碾细，过 0.15 mm 尼龙筛，
采用HNO3+HF+HClO4体系消解。 所有样品中的 Cr、
Cu、Ni 含量均用原子吸收分光光度法测定 （PE-
AA700）。
2 结果和分析
2.1 人工湿地对电镀废水中重金属的去除效果
李氏禾人工湿地对电镀废水中重金属的去除效
果见表 1。
表 1 出水中的重金属浓度和去除率
由表 1可以看出， 李氏禾人工湿地对模拟电镀
废水中的重金属具有较好的去除效果。 出水中重金
属含量虽未达到电镀行业水污染物排放重金属标准
限值，但有极为显著的降低。 45 d时湿地系统对 Cr、
Cu、Ni 的去除率最高， 分别达到 84.76%、96.09%、
74.62%。 其中 Cu 的去除率要高于 Cr 和 Ni，出现这
种结果的原因一方面是因为重金属本身的沉降性和
可氧化性的能力不同 〔10〕，另一方面与植物对重金属
的选择性吸收有关。 随着湿地运行时间的延长，Cr、
Cu、Ni 的去除率会有所降低， 这可能是由于填料的
吸附容量逐渐饱和对废水中重金属吸附量减小所
致。
2.2 填料对重金属的积累
填料中吸收积累的 Cr、Cu、Ni 一方面来源于浇
灌的模拟电镀废水，其次是填料中积存的本底含量。
分别对浇灌 30、45、60 d 后的填料中重金属含量进
行测定，结果见表 2。
表 2 填料中重金属的含量
注 ：表中数值为平均值±标准偏差 （n=3），不同字母间差异显著
（LSD，p<0.05）。
项目
出水质量浓度/（mg·L-1） 去除率/%
30 d 45 d 60 d 30 d 45 d 60 d
Cr 15.24 36.14 27.25 72.76 84.76 63.86
Cu 1.56 3.29 2.46 93.85 96.09 91.78
Ni 10.16 17.34 14.82 62.96 74.62 56.65
重金属
质量分数/10-6
30 d 45 d 60 d
Cr 306.2±8.08a 399.92±9.25b 490.94±37.49c
Cu 117.57±3.34a 146.15±6.29b 195.38±9.79c
Ni 72.12±2.75a 87.96±2.19b 107.01±4.80c
工业水处理 2014-07，34（7）试验研究
24
结果表明，随湿地运行时间的延长，填料中重金
属含量均显著增高（p<0.05）。 60 d时填料中 Cr、Cu、
Ni 的质量分数分别达到 0.049 094%、0.019 538%、
0.010 701%。
2.3 重金属对李氏禾生物量的影响
收获时每盆李氏禾总生物量及单株生物量测定
结果见图 1。 李氏禾对电镀废水中的 Cr、Cu、Ni具有
一定的耐受能力， 大部分植株在经过一段时间诱导
驯化后均能存活。重金属处理的李氏禾与对照相比，
茎和叶出现了不同程度的泛黄，但新叶不断萌发，仅
仅生长趋势变缓。
图 1 重金属对李氏禾生物量的影响
由图 1 可以看出，处理 30 d 下的李氏禾，其根
部和地上部的生物量与对照相比虽有减少但无显著
性差异（p>0.05）。随着运行时间的延长，李氏禾生长
受重金属毒性影响程度逐渐加深，分别处理 45 d 和
60 d 的李氏禾根部和地上部的生物量显著降低（p<
0.05）。 这表明随着试验时间的延长，李氏禾逐渐将
根部富集的重金属转运到地上部分， 被转运的重金
属对李氏禾的地上部分产生了毒害作用， 造成了李
氏禾地上部生物量的下降。 这种状况随着重金属在
李氏禾地上部分的积累量不断增大而加剧。
2.4 李氏禾对重金属的富集
不同时间收获后李氏禾根部和地上部重金属含
量见表3。
由表 3可以看出，李氏禾能对 Cr、Cu、Ni产生较
强的富集作用。随着试验时间的延长，李氏禾根部和
地上部的重金属含量显著增高（p<0.05）。 至 60 d
时李氏禾根部 Cr、Cu、Ni 的质量分数分别达到
0.611 447%、0.027 388%、0.041 107%，地上部 Cr、Cu、
Ni 的质量分数分别达到 0.153 941%、0.027 388%、
0.044 888%。李氏禾对 Cr的富集量大于 Cu和 Ni的
富集量，这与进水和填料中 Cr含量较高有关。
表 3 李氏禾对重金属的富集和分布
注 ： 表中数值为平均值±标准偏差 （n=3），不同字母间差异显著
（LSD，p<0.05）。
2.5 生物富集系数和转运能力
生物富集系数反映土壤—植物体系中元素迁移
的难易程度， 转运系数则表示植物从地下部向地上
部运输元素的能力〔11〕。 李氏禾对重金属的生物富集
系数和转运系数见表 4。 其中：富集系数=植物地上
部重金属浓度/填料中重金属浓度， 转运系数=植物
地上部重金属浓度/植物根部重金属浓度。
表 4 李氏禾对重金属的富集和转运系数
注 ：表中数值为平均值±标准偏差 （n=3），不同字母间差异显著
（LSD，p<0.05）。
由表 4可以看出，试验中李氏禾对 Cr、Cu、Ni均
表现出了较好的富集能力， 富集系数 Ni>Cr>Cu>1，
且随着试验时间的延长，李氏禾对 Cu 和 Ni 的富集
系数也不断增大，在 60 d时分别达到 3.76、10.43；李
氏禾对 Cr 的富集系数呈先增后减的趋势， 在 45 d
时最高，达到 8.58。
试验中李氏禾对 Cu 和 Ni 的转运系数大致相
当，均大于 1。随着试验时间的延长，李氏禾对 Cu和
Ni的转运系数显著增高（p<0.05）。 Cr的转运系数较
低，表明李氏禾对 Cr的耐受和储存机制主要是吸收
在根部，减少向地上部的运输，以减轻 Cr毒害。
3 讨论
近年来重金属污染的植物修复技术受到了广泛
关注，被誉为廉价的“绿色修复技术”〔12〕。理想的用于
重金
属
部位
质量分数/10-6
对照 30 d 45 d 60 d
Cr
根部 119.06±7.28a 4 149.46±264.87a
4 888.55±
104.66a
6 114.47±
314.61a
地上部 21.26±1.40a 963.17±46.16a
1 245.50±
46.95a
1 539.41±
98.10a
Cu
根部 43.59±3.93a 159.85±11.11a
198.76±
6.29a
273.88±
21.61a
地上部 18.42±1.93a 144.71±2.76a
211.35±
8.53a
295.20±
14.67a
Ni
根部 22.88±1.72a 335.32±22.10a
374.47±
6.25a
411.07±
18.68a
地上部 16.68±1.02a 262.91±9.21a 326.30±10.84a
448.88±
24.63a
重金
属
项目
处 理
对照 30 d 45 d 60 d
Cr 富集系数 0.68±0.03
a 7.81±0.17b 8.58±0.34c 7.84±0.49b
转运系数 0.18±0.02a 0.23±0.01b 0.26±0.01c 0.26±0.01b
Cu 富集系数 1.32±0.22
a 3.06±0.03b 3.59±0.05c 3.76±0.11c
转运系数 0.42±0.05a 0.91±0.04b 1.06±0.02c 1.08±0.03c
Ni 富集系数 1.58±0.11
a 9.05±0.07b 9.21±0.50c 10.43±0.20d
转运系数 0.46±0.06a 0.79±0.03b 0.87±0.02c 1.09±0.02d
工业水处理 2014－07，34（7） 游少鸿，等：李氏禾人工湿地对电镀废水的净化研究
25
污染环境修复的植物应具有生长快、生物量大、抗病
虫害，能够在植物体内积累高浓度的污染物，同时能
够积累几种重金属〔13〕。 本研究中的李氏禾根部和地
上部中 Cr、Cu、Ni 的质量分数在 60 d 时分别达到
0.611 447%、0.027 388%、0.041 107%、0.153 941%、
0.027 388%、0.044 888%，明显高于韩志萍等 〔14〕对芦
竹中铬铜镍富集和分布的研究值。 其中地上部对 Cr
的富集量已达到超富集植物的临界值 〔15〕，说明李氏
禾在修复重金属污染环境方面潜力巨大。
研究结果表明，李氏禾对 Cr、Cu、Ni表现出了很
强的富集能力，对 Cu 和 Ni 也表现出了较强的转运
能力。李氏禾对 Cr的转运能力较弱的原因可能是由
于李氏禾根系非常发达，呈絮状，比表面积非常大，
对水中 Cr的吸附能力很强所致。湿地植物强大的根
际过滤作用使得重金属大量积累于根表， 减少了重
金属向茎叶的运输量， 吸附在植物根部的污染物质
也可以通过根系微生物的净化而得到降解， 可以减
轻电镀废水对植物的危害， 提高湿地对电镀废水的
净化和修复效率〔16〕。
综上所述，李氏禾对 Cr、Cu、Ni有较强的耐受能
力和富集能力， 在构建人工湿地处理重金属污染方
面具有广阔的前景。
4 结论
（1）李氏禾能在 Cr、Cu、Ni 的质量分数高达
0.049 094%、0.019 538%、0.010 701%的污染湿地中
成活，对 Cr、Cu、Ni复合污染具有较强的耐受能力。
（2）李氏禾对电镀废水中的 Cr、Cu、Ni表现出较
强的富集能力， 植物组织中重金属的富集量随湿地
运行时间延长而增高， 根和地上部重金属含量相比
较，根中含量最高；李氏禾根部对 Cu 和 Ni 的转运
能力强于 Cr。
（3）李氏禾人工湿地对电镀废水有较好的处理
效果 ，Cr、Cu、Ni 去除率保持在 63.86%~84.76% 、
91.78%~96.09%、56.65%~74.62%之间， 在处理重金
属污染方面表现出巨大潜力。
参考文献
［1］ 黄瑞光 . 21 世纪电镀废水治理的发展趋势［J］. 电镀与精饰 ，
2000，22（3）：1-2.
［2］ 陈俊，王敦球，张学洪，等. 李氏禾修复重金属（Cr Cu Ni）污染水
体的潜力研究［J］.农业环境科学学报，2008，27（4）：1514-1518.
［3］ 张顺利 . 电镀废水处理技术概况与展望［J］. 科技信息 ，2007
（21）：322.
［4］ Mungur A S，Shutes R B E，Revitt D M，et al. An assessment of metal
removal by a laboratory scale wetland ［J］. Water Science and Tech-
nology，1997，35（5）：125-133.
［5］ 谢丹超. 湿地修复生态工程中水生植物对重金属 Cu，Zn 污染废
水的净化研究［D］.杭州：浙江大学，2005.
［6］ 周海兰. 人工湿地在重金属废水处理中的应用［J］. 环境科学与
管理，2007，32（9）：89-91.
［7］ 种云霄，胡洪营，钱易. 大型水生植物在水污染治理中的应用研
究进展［J］.环境污染治理技术与设备，2003，4（2）：36-40.
［8］ 张学洪，罗亚平，黄海涛，等. 一种新发现的湿生铬超积累植物：
李氏禾 （Leersia hexandra Swartz） ［J］. 生态学报 ，2006，26 （3）：
950-953.
［9］ 张学洪，罗亚平，黄海涛，等.某电镀厂土壤重金属污染及植物富
集特征［J］.桂林工学院学报，2005，25（3）：289-292.
［10］ 周益洪. 人工湿地处理垃圾渗滤液工艺研究［D］. 上海：同济大
学，2006.
［11］ 聂发辉.关于超富集植物的新理解［J］. 生态环境，2005，14（1）：
136-138.
［12］ 韦朝阳，陈同斌 . 重金属超富集植物及植物修复技术研究进
展［J］.生态学报，2001，21（7）：1196-1203.
［13］ 刘晋华.土壤重金属污染的植物修复技术［J］. 科技情报开发与
经济，1999，9（6）：64-66.
［14］ 韩志萍.铬铜镍在芦竹中的富集和分布 ［J］. 环境科学与技术，
2006，29（5）：106-108.
［15］ Baker A J M，Brooks R R，Pease A J，et al. Studies on copper
and cobalt tolerance in three closely related taxa with in the genus
Silence L. （Caryophllaceae） from Zaire ［J］. Plant and Soil，1983，
73（3）：377-385.
［16］ 韩志萍.利用芦竹修复重金属污染湿地的研究［J］. 环境污染治
理技术与设备，2005，6（8）：30-33.
——————
［作者简介］ 游少鸿（1978— ），硕士，副教授。 电话：0773-5896340，
13207736341，E-mail：646761963@qq.com。
［收稿日期］ 2014-05-06（修改稿）
工业水处理 2014-07，34（7）试验研究
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