付美春，瞿长波，邵明国，柏东芝，高小茵

(玉溪师范学院环境科学系，云南玉溪653100)

铬是电镀废水处理的重点元素之一［1］.镀锌厂的含铬电镀废水主要来源于电镀锌后钝化的漂洗废水，镀锌后的漂洗废水含铬可达200～300 mg/L，同时还含有三价铬、锌离子.国内外电镀废水的主要处理方法有化学还原沉淀法和物理化学方法［2－8］.前者在处理铬(Ⅵ)初始质量浓度较高的废水时有优势，对铬(Ⅵ)质量浓度较低的废水的处理效率较差.此外，化学处理法虽然能使处理后的水达到车间排放标准(0.5 mg/L)，但仍高于农田灌溉水质标准及生活饮用水标准.物理化学法中的电解法去除率高，但电能及阳极板的消耗都较大;离子交换、膜分离法由于树脂及膜的消耗较大，处理成本仍然较高.

植物修复技术是新近发展起来的一种新型技术.与传统的物理、化学处理技术相比，具有成本低、费用省，绿色安全等优点而日益受到人们的重视［9－10］.但目前植物修复含铬废水的研究大都还只限于实验室的模拟研究［11－13］.本文在前期研究的基础上［14］，通过旱伞草对镀锌厂含铬废水(即铬、锌复合污染废水)中铬、锌元素的修复效果进行了研究.

1 材料与方法

1.1 实验材料

旱伞草(Cyperus alternifolius)，别名伞草、风车草等，属于莎草科莎草属.

1.2 实验方法

1.2.1 植株挑选

将野外采集的旱伞草洗净泥土，修剪枯黄茎叶、腐烂根系，于自来水中培养，定期补充自来水，同时向植株喷洒水，待受损的植株恢复正常以后，挑选出生长状况良好，长势一致，生命周期大体相同的植株准备实验培养.

1.2.2 质量浓度梯度实验

采集云南省江川县某镀锌厂的镀锌漂洗废水，测定其中的总铬和锌离子质量浓度，用其配制不同质量浓度的含铬废水，将旱伞草培养于其中，在培养期间，通过测定生物量的增长比较旱伞草的生长情况;通过定期测定废水中铬及锌的质量浓度变化比较旱伞草对污染物的修复效果.

1.2.3 pH影响实验

保持铬浓度相同，用盐酸和氢氧化钠溶液调节器配制不同pH值的培养液，测定生物量及废水中铬及锌的质量浓度，比较旱伞草的生长情况及对废水的修复效果.

1.3 样品测定方法

采用火焰原子吸收分光光度法测定样品中的铬和锌，所用仪器为TAS－990原子吸收分光光度计.pH的测定采用pH S－3C型酸度计测量.

2 实验结果分析

2.1 质量浓度梯度的影响

将采集的镀锌废水用自来水稀释成5个水平的培养液，各水平培养液质量浓度(以总铬质量浓度计)为:0.0、10.0、15.0、20.0、30.0 mg/L，每个水平培养液总体积为5 L，用塑料桶培养，栽培旱伞草前测定培养液中总铬、锌的质量浓度，称量旱伞草的初始生物量，每桶栽培一株旱伞草.栽培旱伞草后，每天补充自来水至预先标记位置，定期测定培养液中总铬、锌的质量浓度并称量旱伞草的生物量.

2.1.1 旱伞草在铬、锌复合污水中生长状况及分析

在培养期间，每5 d测定一次旱伞草的生物量，培养80 d后得旱伞草在各个时期生物量的变化趋势如图1所示.

由图1可知，在总铬质量浓度为10.0、15.0、20.0、30.0 mg/L(实验组)的培养液中培养的旱伞草，其生物量先减小，后逐渐增大，对照组培养液中培养的旱伞草在整个培养周期内生物量都在增加，实验期间所有植株均未出现死亡现象，说明旱伞草对铬、锌复合废水具有较强的耐受性.

实验组旱伞草生物量逐渐减小，可能是由于电镀废水中的锌离子的影响.研究发现，Zn2+对旱伞草具有较强的毒害作用.在单一锌存在的条件下，锌质量浓度超过10.0 mg/L时，旱伞草就开始出现了叶子发黄的毒害现象.而且在前期的单一铬污染的研究中，旱伞草在铬质量浓度达到40.0 mg/L的单纯含铬废水都未曾出现生物量减少及叶子发黄的毒害现象.

在铬、锌复合污水的作用下，老叶变黄，故生物量不断减少;随后老茎逐渐干枯，但有嫩芽长出，由于茎叶变黄的速率大于嫩芽的生长速率，植株的生物量继续减小，培养液总铬质量浓度越大，植株生物量下降越明显.大约20 d后，旱伞草对新环境已基本适应，长出新根，嫩芽加速成长，故生物量逐渐增加.对照组没有出现茎叶变黄的现象，植株生长正常，故生物量持续增加.

2.1.2 旱伞草对铬、锌复合污染废水的修复效果及分析

栽培旱伞草后，每5 d测定一次培养液中剩余的总铬质量浓度，培养液中剩余总铬质量浓度的变化趋势如图2所示，培养80 d后总铬去除率见表1.

表1 总铬去除率 %

根据图2及表1可以看出，旱伞草修复铬、锌复合污染废水中铬元素的速率大致分为3个阶段:0至5 d，急剧下降阶段，这个时期内培养液中总铬浓度急剧下降，铬的吸收去除率平均达到了40%;5至25 d，平缓期，这个时期培养液总铬浓度下降速率减慢，每5 d铬的去除率平均增加8%左右，仍然有较好的铬去除效果;25 d以后，衰减期，在这段时间内，虽然培养液的总铬质量浓度仍然在下降，但下降速度非常缓慢，后面55 d的时间里，铬的去除率仅约为20%.因此，利用旱伞草修复铬、锌复合污染废水的最佳修复时间为0～25 d.

由表1还可知，在相同的时间内，不同浓度培养液中的总铬去除率相差不大，因此在总铬质量浓度为10.0～30.0 mg/L的适宜旱伞草生长的范围内，高浓度培养液对总铬的去除量更大.

经过5 d的培养后，测定培养液中剩余锌的质量浓度及总锌去除率(见表2)，已经达到了农田灌溉水质标准(总锌质量浓度≤2.0 mg/L)，锌的平均去除率达到了85.8%.

表2 锌质量浓度变化及总去除率

上述研究结果表明，在铬、锌复合污染废水中，旱伞草能同时修复培养液中的重金属铬和锌，25 d的时间内修复效率最好，在旱伞草适宜生长的质量浓度范围内，铬质量浓度越高，去除铬的总量越大.

2.2 pH对旱伞草修复铬、锌复合废水的影响

将镀锌厂废水用自来水稀释成7个总铬质量浓度相同(10 mg/L)的培养液，培养液体积为2 L，用0.1 mol/L NaOH及盐酸溶液调节各培养液的pH至5.50、6.00、6.50、7.00、7.50、8.00、8.50，其余方法同2.1.

2.2.1 pH对旱伞草生长的影响

栽培旱伞草后，前期每2 d测定培养液的pH，20 d后每5 d测定一次，同时测定自来水的pH，培养45 d后得各个水平的培养液在各个时期pH变化趋势如图3所示.

从图3可看出，培养2 d后，培养液的pH发生了明显的变化，所有培养液的pH都向7靠拢，之后的10 d内，pH值都是在中性附近，第12天至第14天有下降的趋势，从第14天至第25天又逐步上升，第25天至第45天pH在7.6附近变化.

上述现象说明移入新的生长环境后，旱伞草对新环境有较强的适应和调节能力，能将新环境的pH调节改变到适宜生长的范围.之后培养液的pH出现升高现象，可能由于培养过程中所补充的水呈碱性(pH平均值为8.01)，随着培养时间的增长，导致培养液pH升高，但最终培养液的pH值都没有超过所添加的自来水的pH值，说明旱伞草对环境的变化具有极强的调节适应能力.

旱伞草在45 d后的生物量增长率如表3所示，通过比较可以看到旱伞草的生物量已经有了明显的增长，中性条件及偏酸性条件下的旱伞草增长率都在15%以上，总体高于碱性条件下旱伞草的生长率，说明旱伞草更适宜在中性偏酸性的条件下生长.但在实验pH范围内，pH对旱伞草生长的影响不是太明显.

表3 旱伞草45 d后生物量及生长率

2.2.2 pH对旱伞草修复铬、锌复合污染废水效果的影响

栽培旱伞草后，定期测定培养液中剩余的总铬浓度，结果见表4，从表4的数据可以看出:①各培养液中铬的去除率存在很大的差异，25 d时总铬去除率最高达94.0%，最低的则只有75.2%，因此总铬的去除率与溶液的pH值没有相关性;②25 d时总铬的平均去除率比表1中高了20%左右.

造成上述结果的原因:

1)是在培养液的质量浓度和体积相同的条件下，各培养液中植株的初始生物量不一样，初始生物量大的植株对铬的吸收相对就要快一些，反之，生物量小的植株对铬的吸收就要慢一些;生物量的多少应该是影响去除效果的一个重要参数.

2)pH实验时所用的培养液的体积为2 L，铬污染物的总量比质量浓度梯度试验时少，所以同等情况下，植株对铬的吸收的就要快一些，去除率也就相应的要高.

3)植物生长时存在个体差异.

因此在讨论污染物的去除率或耐受性时都应该考虑下面的3个因素:①初始生物量;②污染物的质量浓度;③污染物的体积.在3个因素都控制的条件下比较才有意义，但现行文献中此方面的考虑尚存欠缺.

表4 总铬质量浓度变化及铬去除率

栽培5 d后，测定培养液中锌的含量如表5所示，全部达到了农田灌溉水质标准.

表5 锌质量浓度的变化

3 结果与讨论

从上述研究不难看出，在总铬质量浓度不超过30.0 mg/L的条件下，旱伞草对镀锌厂含铬废水具有较强的耐受性和修复效果，能使废水中的铬和锌的质量浓度显著降低，达到国家农田排放标准灌溉标准;旱伞草具有较强的环境适应及调节能力，能将新环境的pH调节改变到适宜生长的范围.在总铬质量浓度为10.0 mg/L，pH为5.50至8.50之间均能正常生长，且pH对旱伞草除铬效果影响不大.旱伞草是一种修复铬污染很有潜力的物种.

从旱伞草在不同浓度及pH条件下修复镀锌厂废水的研究结果及其它的文献资料来看［13－14］，旱伞草确实是修复铬污染很有潜力的物种.但含铬污水种类较多，成分复杂，因此在实际应用旱伞草修复含铬污水时，还应考虑多种污染物同时存在时的协同效应.

此外，在实际的修复工作中，从提高修复效率和修复效果的角度考虑，如何在有限的时间里去除最多的污染物，同时又使污染环境的质量达标，也是一个值得研究和探索的问题.

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