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探究鸢尾对磷污染水体的去除效果

花匠小妙招
2025-01-11 20:34

1. 引言

氮磷营养盐是造成水体富营养化的主要化合物，随着人类对环境资源开发利用活动的日益增加，使大量含磷营养物质的工业废水以及生活污水排入江河湖泊中，增加了水体营养物质的负荷，其直接的后果是造成水体富营养化。因此，越来越多的研究人员投身于水体富营养化工作中。

鸢尾(学名：Iris tectorum)，又名屋顶鸢尾(中国植物学杂志)、蓝蝴蝶(广州)、紫蝴蝶、扁竹花(陕西)、蛤蟆七(湖北)，为鸢尾科鸢尾属的植物。多年生草本，根茎匍匐多节，节间短，剑形叶交互排列成两行，花茎与叶同高，总状花序，春季开蝶形蓝紫色花，1~3朵，外列花被的中央面有一行鸡冠状白色带紫纹突起。花、根、叶有小毒。分布于日本、台湾以及中国大陆等地，生长于海拔500米至3800米的地区，一般生长在向阳坡地、林缘和水边湿地，目前尚未由人工引种栽培。鸢尾多以分株、播种的方式进行繁殖，繁殖效率低下，以组培的途径建立再生体系可快速扩大繁殖系数，也是适应市场发展需求的必然趋势 [1]。鸢尾见图1。

本研究采用适合当地生长的水生植物——鸢尾，种植于磷污染水体中，探究其对磷污染水体是否有吸附作用。

2. 材料与方法

2.1. 试验材料

根据当地水体相对封闭、流动性差的现状，本试验拟采用方形塑料水箱进行模拟试验。方形塑料水箱规格为50 cm × 50 cm × 40 cm。

试验所需试剂：硫酸(中国医药集团有限责任公司，分析纯)；硝酸(中国医药集团有限责任公司，分析纯)；高氯酸(中国医药集团有限责任公司，分析纯)；氢氧化钠(中国医药集团有限责任公司，分析纯)；过硫酸钾(中国医药集团有限责任公司，分析纯)；抗坏血酸(中国医药集团有限责任公司，分析纯)；磷酸钾(中国医药集团有限责任公司，分析纯)。

2.2. 试验方法

2.2.1. 样品的制备

从模拟水箱中取25 mL水样于具塞刻度管中，取时应仔细摇匀，以得到溶解部分和悬浮部分均具有代表性的样品。如果样品中磷含量较高，可适当减少样品体积。

2.2.2. 空白试样

按规定进行空白试样，用纯水代替样品，并按照步骤与试样进行相同处理。

2.2.3. 过硫酸钾消解

向试样中加入4 mL过硫酸钾溶液，将具塞刻度管的盖子塞紧后，用一小块布和线将玻璃塞扎紧(或使用其他方法固定)，放在大烧杯中置于高压蒸气消毒器中加热，待压力达1.1 kg/cm2，相应温度为120℃时，保持30 min后停止加热。待压力表读数降至零后，取出放冷。然后用水稀释至标线。

2.2.4. 显色

分别向各试样消解液中加入1 mL抗坏血酸溶液，并充分混匀，30 s后加2 mL钼酸盐溶液并充分混匀。

注：若试样中含有油度或色度时，需配制一个空白试样(消解后用水稀释至标线)然后向试料中加入3 mL浊度–色度补偿液，但不加抗坏血酸溶液和铝酸盐溶液。然后从试料的吸光度中扣除空白试料的吸光度。砷大于2 mg/L干扰测定，用硫代硫酸钠去除。硫化物大于2 mg/L干扰测定，通氮气去除，络大于50 mg/L干扰测定，用亚硫酸钠去除。

2.2.5. 分光光度法测定

室温下放置15 min后，使用光程为30 mm的比色血，在700 nm波长下，以水做参比，测定吸光度。扣除空白试验的吸光度后，从工作曲线上查得磷的含量。

注：如显色时室温低于13℃，可在20℃~30℃水浴上显色15 min即可。

2.2.6. 工作曲线的绘制

取7支具塞刻度管，分别加入0.0，0.50，1.00，3.00，5.00，10.0，15.0 mL磷酸盐标准溶液。加水至25 mL。然后按测定步骤(2.2.3)进行处理。以水做参比，测定吸光度。扣除空白试的吸光度后，和对应的磷的含量绘制工作曲线。

2.2.7. 结果的表示

总磷含量以C (mg/L)表示，按下式计算：

C=MV

式中：m——试样测得含磷量，µg；

V——测定用试样体积，mL。

3. 试验设置

依据国家污水一级排放标准，规定总磷 < 1.0 mg/L，试验设置水体中总磷的浓度分别为1.0 mg/L，2.0 mg/L，3.0 mg/L。试验共设置9个实验组，鸢尾试验组分别为A1~A9，具体试验设置见表1。每组均匀栽种挺水植物各30株。

编号

总磷浓度mg/L

Table 1. Test setup

表1. 试验设置

本研究主要在方形塑料水箱中进行。水箱分为10组，每个水箱中均匀栽种长势相近的植株30株。在试验初始，直接选择附近水域边的土壤移动到塑料水箱中的相邻两侧建起土台，用于作物种植的附着点见图2。把所选取植物的根系洗净，种植在水箱两侧的土台上，注入纯净水进行培育，待所有作物正常生长后加入向水体中加入不同浓度的磷酸盐，可开始计时进入试验阶段。开始采集水样测定，且在以后的每月固定时间采集水样及植物样，并观察植物的生长状况。试验水箱中缺乏的水使用纯净水进行补充。为避免试验误差，每次取样定在上午十点左右进行，水样当天测定。

Figure 2. Plant planting diagram

图2. 植物种植示意图

4. 试验结果

4.1. 标准曲线结果

取7支具塞刻度管，分别加入0.0，1.00，2.00，6.00，10.0，20.0 µg磷酸盐标准溶液。加水至25 mL。然后按照测定步骤(2.2.3.)进行处理。以水做参比，测定吸光度。扣除空白试的吸光度后，和对应的磷的含量绘制工作曲线。得到的结果见表2，图3。

含磷量(μg)

吸光度

0.003

0.029

0.055

0.178

0.309

0.601

Table 2. Standard curve line

表2. 标准曲线

Figure 3. Standard curve linear relationship graph

图3. 标准曲线线性关系图 [1]

4.2. 试样结果

从试验开始测定，每间隔7天采集水样一次，共采集7次，进行水样总磷测定，测定数据如表3所示：

间隔

编号

0 d

7 d

14 d

21 d

28 d

35 d

42 d

0.97

0.88

0.71

0.63

0.58

0.59

0.57

0.95

0.83

0.69

0.61

0.56

0.55

0.99

0.80

0.65

0.58

0.54

0.52

0.50

1.89

1.74

1.32

1.01

0.91

0.93

0.90

1.92

1.70

1.24

0.97

0.95

0.91

0.88

1.97

1.69

1.11

0.94

0.90

0.88

0.87

2.89

2.58

1.84

1.45

1.28

1.10

1.06

2.97

2.55

1.73

1.38

1.15

1.07

1.02

2.91

2.67

1.93

1.51

1.29

1.15

1.11

0.00

Table 3. The result data of the total phosphorus content of the sample

表3. 试样总磷含量结果数据

5. 分析与讨论

5.1. 结果分析

根据试验结果分析，浓度为1 mg/L时，以0天为对比，经过7天间隔时间，水体中总磷含量分别下降9%、12%、19%；经过14天间隔，水体中总磷含量分别下降26.8%、27.4%、34.3%；经过21天间隔，水体中总磷含量分别下降35%、35.8%、41.4%；经过28天间隔，水体中总磷含量分别为40.2%、41.1%、45.5%；经过35天间隔，水体中总磷含量分别下降39.2%、42.1%、47.5%；经过42天间隔，水体中总磷含量分别下降41.2%、42.1%、49.5%。

浓度为2 mg/L时，以0天为对比，经过7天间隔，水体中总磷含量分别下降7.9%、11.5%、14.2%；经过14天间隔，水体中总磷含量分别下降30.2%、35.4%、43.7%；经过21天间隔，水体中总磷含量分别下降46.6%、44.3%、52.3%；经过28天间隔，水体中总磷含量分别下降51.9%、45.3%、54.3%；经过35天间隔，水体中总磷含量分别下降50.8%、52.6%、55.3%；经过42天间隔，水体中总磷含量分别下降52.4%、54.2%、55.8%。

浓度为3 mg/L时，以0天为对比，经过7天间隔，水体中总磷含量分别下降10.7%、14.1%、8.2%；经过14天间隔，水体中总磷含量分别下降36.3%、41.8%、33.7%；经过21天间隔，水体中总磷含量分别下降49.8%、53.5%、48.1%；经过28天间隔，水体中总磷含量分别下降55.7%、61.3%、55.7%；经过35天间隔，水体中总磷含量分别下降61.9%、64%、60.5%；经过42天间隔，水体中总磷含量分别下降63.3%、65.7%、61.9%。

5.2. 结果讨论

根据试验结果可知，在1 mg/L、2 mg/L、3 mg/L浓度下，鸢尾对水体中磷有吸附作用，且随着采集样品间隔时间增加，对水体中磷的吸附量越多。

张云潇 [2] 等人以挺水植物风车草为研究对象，研究其对低污染水中氮、磷削减的日变化规律，及温度对净化效果的影响，研究表明，风车草对低污染水体中氮磷具有较好的净化效果，且其净化效能受温度的影响；郑晓霞 [3] 通过研究证明，将所用吸附剂进行改性优化处理后，相比于优化改进前，富营养化水体中的总磷吸附率可提高52.3%；林贵英 [4] 等人通过试验证实，杨木炭对正磷酸盐去除率随溶液浓度增大而增大，可用于对可溶性氮和正磷酸盐的吸附去除；于宛迪 [5] 通过一系列试验，探究了多种植物及植物组合对水体中氮磷的净化能力，试验表明：对总磷的去除率最高为薄荷、香蒲，最低为菹草、空心莲子草。

NOTES

*通讯作者。