电镀是当今全球三大污染工业之一，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。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，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。
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。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，将超富集植物应用于湿地系统的研究鲜有报道。张学洪等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、镍等重金属也有很强的富集能力。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，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。
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）。
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。
表3 李氏禾对重金属的富集和分布
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。
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。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
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”。理想的用于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。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，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。
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。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
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。
