人工湿地中多种湿地植物都对废水中的重金属有很强的富集能力(表1)。藻类植物净化重金属废水的能力,主要表现为对重金属的吸附力,石莼(Ulva lactuca)对 Cu、Pb、La、Cd 和 Hg重金属离子的去除率达到80%~90%;马尾藻(Sargassum horneri)和鼠尾藻(Sargassum thunbergii)通过吸附重金属,同样具有很强的去除重金属的能力,它们对Cu、Zn、Pb和Hg的 去除率都大于 70% ;金鱼藻对 Cu2 +的吸附在 20min内达到平衡,其最大吸附量为7.79 mg/g[16];香蒲能净化高浓度含铅废水,在铅质量浓度为50 mg/L的含铅废水中,香蒲中铅的富集量为132.2 mg,富集系数为2.64;浮萍能有效富集Zn、Fe和Mn,芦苇能有效富集Pb、Mn和Cr,而宽叶香蒲和黑三棱(Spargnium sp.)是吸收富集Pb和Zn的较适宜植物种类;凤眼莲对Zn2+和Cd2+有较高的去除率;芦竹、灯心草和芦苇对 Cu、Pb、Zn 和 Cd 有很好的去除效果。浮萍和水葫芦能富集超过其0.5%干质量的重金属,它们富集Cd和Cu的质量比范围分别是6 000~13 000 mg/kg和6 000~7 000 mg/kg,超过其正常质量比的 1 000 倍[21,22];水力停留时间为7 d时,芦苇对污水中的Pb和Cd的去除率分别为90.2%和 86.4%,梭鱼草对 Pb 和 Cd 的去除率分别为89.7%和86.0%。

植物去除废水中重金属的机制

国投盛世的小编发现在人工湿地系统中,植物去除重金属的机制主要为植物根系通过分泌某些代谢产物来改变根际环境,从而对废水中的重金属产生活化、钝化或改变重金属离子价态和降低毒性的作用;植物直接吸收、转运离子态的重金属,使重金属在植物地上部分中得以积累,通过收获植物地上部分来去除重金属。

有研究发现,重金属积累能力强(积累量高)的湿地植物,其根系泌氧能力较强,使水体中有充足的溶解氧,根区周围、水体和底泥中的氧化还原电位较高,土壤和水体中的重金属氧化态含量高,其溶解性和移动性增强,促进了湿地植物对重金属的吸收;对空心莲子草、鸭舌草(Monochoria vaginalis)、茭白等植物的研究发现,水体溶解氧质量浓度与重金属积累量间正相关,这说明这些植物根系的泌氧作用在相当大的程度上影响着其对重金属的吸收能力。

在人工湿地处理含重金属的废水过程中,大部分污染物包括重金属并未移出系统,而是滞留在系统中基质与植物根系交错的结合部,唯有通过植物的生长吸收并收割植物的地上部分,才能将含有重金属的污染物移出系统。但是,如何高效地利用植物处理含重金属的废水,还存在一定问题。今后仍需要进一步筛选富集能力强的湿地植物;深入研究湿地植物固定、吸收和转运重金属的机制,并采用基因工程和分子生物学技术,来增强湿地植物去除重金属的功能;有必要在人工湿地技术的应用中,结合填料选择、抗性微生物菌种引种,来筛选优势植物,优化植物、微生物和填料的配置,构建植物—微生物—基质复合缓冲系统,来提升系统去除重金属的整体功能。