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近年來，水體中全氟烷基酸（PFAAs）的暴露、來源和去除受到國內(nèi)外關(guān)注。全氟烷基酸是由完全氟化的烷基鏈和酸性官能團(tuán)組成的化合物，2009年被列入斯德哥爾摩公約的新型持久性有機(jī)污染物。PFAAs家族成員PFOA和PFOS因其穩(wěn)定性應(yīng)用最為廣泛，且作為全氟化合物前體的最終降解物質(zhì)，在自然環(huán)境中檢測頻率最高。隨著氟化工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，中國逐漸成為氟化產(chǎn)品生產(chǎn)和使用大國。秦交友等人的研究表明，我國東南地區(qū)主要河流表層水體中質(zhì)量濃度為0.90-231.52ng·L-1，部分河段PFOA和PFOS的生態(tài)風(fēng)險熵大于1，主要排放源為工業(yè)污水排放。

由于PFAAs在水環(huán)境中廣泛檢出，故有關(guān)PFAAs的去除方法備受學(xué)者們關(guān)注。目前化學(xué)方法大多數(shù)條件復(fù)雜、能耗高，因此從經(jīng)濟(jì)實用的角度出發(fā)一般選擇吸附法和植物吸收法。而用于處理含氟水體的吸附劑在實際應(yīng)用中容易被pH、溫度、吸附時間和離子強(qiáng)度等因素干擾，對PFAAs的吸附容量有較**動，故植物修復(fù)已作為富營養(yǎng)化水體的常用修復(fù)技術(shù)。有研究表明，除了氮磷等營養(yǎng)鹽外，一些具有耐鹽和耐毒性植物還可以直接吸收水體中的有機(jī)污染物和重金屬并將其富集于體內(nèi)?？诪t瀟等人發(fā)現(xiàn)，金魚藻對PFOS的去除率可達(dá)90%以上；在實際河岸濕地植物調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，鳳眼蓮對PFOA的生物濃縮系數(shù)最高，并且具有纖維生根系統(tǒng)的植物對PFOA積累量更高。

已有研究表明，水生植物對單一的營養(yǎng)鹽或全氟烷基酸污染的水體具有一定的修復(fù)效果，但關(guān)于其修復(fù)含有這些污染物復(fù)合污染水體的研究較少?；诖?，本研究針對營養(yǎng)鹽和全氟烷基酸復(fù)合污染水體的處理問題，選取4種水生植物進(jìn)行室內(nèi)靜態(tài)水培實驗，對比研究了不同水生植物對復(fù)合污染水體的修復(fù)效果，以期為水生植物在水體治理修復(fù)工程中的應(yīng)用提供參考。

植物選自江蘇南京某花卉市場的鳶尾、蘆葦、金魚藻和眼子菜4種水生植物，實驗中對所有植物進(jìn)行5d的預(yù)培養(yǎng)，以恢復(fù)植物的根系活性。實驗用水取自南京某工業(yè)園區(qū)附近的河道，該河道長期接納城市污水和工業(yè)廢水，水體為劣V類水。向水體中人為添加PFOA、PFOS標(biāo)液，初始質(zhì)量濃度按60μg·L-1計算，以模擬氮磷和全氟烷基酸的復(fù)合污染水體。

結(jié)果與分析

1植物生長情況

預(yù)培養(yǎng)5d后，4種水生植物均生長良好，在相同的污染水體中培養(yǎng)29d后，各植物的生長狀態(tài)呈現(xiàn)差異性，其生物量和株高的變化如下圖所示。所有植物的生長量和植株高均有所增加，這表明該水體的污染程度在所選水生植物的耐受能力范圍內(nèi)。其中，蘆葦?shù)纳L狀況最好，生物量增加了(6.45±0.72)g，增長率為(36.71±1.06)%；其余3種水生植物生物量變化相差不大，增長率為27.78%-29.43%。除眼子菜外，各水生植物的株高增高均大于10cm，表明其對該復(fù)合污染水體的耐受能力較強(qiáng)。

水生植物的變化

2植物對復(fù)合污染水體中氮磷的去除

實驗過程中，各植物處理組水體TN質(zhì)量濃度變化如下圖(a)所示。隨著處理時間的延長，水體中TN質(zhì)量濃度呈現(xiàn)先快速下降后趨于穩(wěn)定的趨勢，實驗開始16d后TN質(zhì)量濃度基本穩(wěn)定，下降幅度不明顯。其中，鳶尾對TN的去除效果最好，水體最終TN質(zhì)量濃度為1.43mg·L-1；蘆葦去除效果次之，TN質(zhì)量濃度由7.13mg·L-1降至1.86mg·L-1，均達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的V類水標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)；金魚藻和眼子菜處理后的水體中TN質(zhì)量濃度略高，但TN去除率均能達(dá)到50%。在此復(fù)合污染水體中，4種水生植物對TN的去除效果表現(xiàn)為挺水植物優(yōu)于沉水植物，其中鳶尾對水體中TN的去除率最高，為(79.90±4.79)%，比蘆葦、金魚藻、眼子菜的TN去除率分別高出5.95%、16.15%、23.54%。

不同植物處理的水體中營養(yǎng)鹽的質(zhì)量濃度變化

各植物處理組水體中TP質(zhì)量濃度變化與TN類似，但下降趨勢較為平緩(上圖(b))。在前16d，水體中TP質(zhì)量濃度變化幅度較大，不同水生植物對TP的去除效果有所不同。對照組中TN質(zhì)量濃度的下降可能是因為原水中微生物的氨化、硝化、反硝化作用，TP質(zhì)量濃度的下降可能是因為水體中顆粒態(tài)磷的沉降作用。相比之下，眼子菜和蘆葦處理的水體中TP質(zhì)量濃度較高，但低于對照組，表明其對TP具有一定的去除能力。水體中TP質(zhì)量濃度最低的是鳶尾處理組，金魚藻處理組次之，表明鳶尾對TP的去除效果較好。在本研究的復(fù)合污染水體中，4種水生植物對TP的去除效果表現(xiàn)為鳶尾>金魚藻>蘆葦>眼子菜。

不同水生植物對營養(yǎng)鹽物質(zhì)的去除率

3植物對復(fù)合污染水體中PFOA、PFOS的去除

水體中PFOA、PFOS質(zhì)量濃度的變化。實驗開始時PFOA、PFOS的加標(biāo)質(zhì)量濃度為60μg·L-1，初始污染水體中PFOA/PFOS的測定平均值為48.56μg·L-1和47.32μg·L-1，平均加標(biāo)回收率為80.93%和78.86%。實驗過程中PFOA、PFOS的質(zhì)量濃度變化如下圖所示。各植物處理組水體中PFOA、PFOS質(zhì)量濃度均呈現(xiàn)下降趨勢，實驗結(jié)束后，各植物處理組的PFOA、PFOS質(zhì)量濃度均顯著小于對照組。實驗開始后，各植物處理組水體中PFOA質(zhì)量濃度在前16d緩慢下降，16d后趨于穩(wěn)定，其中鳶尾處理組水體中PFOA質(zhì)量濃度較高。各植物處理組水體中PFOS質(zhì)量濃度的下降速度先快后慢，尤其是金魚藻處理組，經(jīng)過7d的處理，水體中PFOS質(zhì)量濃度從47.32μg·L-1降至18.33μg·L-1，但在7-29d其變化幅度則較小，僅為10.35μg·L-1。相較于其他幾種植物，金魚藻處理組水體中PFOS的質(zhì)量濃度最低。

不同植物處理的水體中全氟烷基酸的質(zhì)量濃度變化

由下表可以看出，4種水生植物對PFOA、PFOS具有一定的富集效果，且相互之間具有差異性。各植物處理組對PFOA的去除率為(38.25±3.25)%-(67.33±5.58)%，顯著高于CK處理組的(15.54±0.59)%。各植物處理組對PFOA的去除率高低排序依次為：金魚藻>眼子菜>蘆葦>鳶尾。各植物處理組對PFOS的去除率高低趨勢與PFOA相同，去除率從高到低依次為(83.14±5.49)%、(75.43±5.34)%、(60.47±4.29)%和(46.23±3.93)%。不同植物組之間的差異性整體表現(xiàn)為沉水植物對PFOA、PFOS的富集效果強(qiáng)于挺水植物，沉水植物對PFOA、PFOS的去除率分別比挺水植物高13.73%-29.03%和14.96%-36.91%。

不同水生植物對全氟烷基酸的去除率

供試植物中PFOA、PFOS含量的變化。供試植株由采購市場通過營養(yǎng)液人工培養(yǎng)，實驗前植物體內(nèi)未檢測出全氟烷基酸，實驗結(jié)束后，植物體內(nèi)PFOA、PFOS的積累量如圖所示。同一水體經(jīng)過相同培養(yǎng)時間后，植物體內(nèi)PFOA、PFOS的富集量各不相同。同一植物對不同毒性物質(zhì)的耐受上限有所差異，不同植物對相同毒性物質(zhì)的吸收能力也是不同的。當(dāng)水體中同時存在多種污染物時，營養(yǎng)物質(zhì)與毒性物質(zhì)會發(fā)生協(xié)同效應(yīng)，這些都會導(dǎo)致植物體內(nèi)PFOA、PFOS積累量的差異。

由圖(a)可以看出，在相同培養(yǎng)條件下，單棵水生植株對PFOA的積累量表現(xiàn)為金魚藻>眼子菜>蘆葦>鳶尾，其體內(nèi)PFOA的含量差異與去除率相對應(yīng)。金魚藻對PFOA的富集含量高達(dá)(31.56±1.01)μg·g-1，約是鳶尾富集的5倍多。由圖(b)可以看出，不同植物體內(nèi)PFOS的富集含量差異與PFOA相似，鳶尾的富集能力相對較差，其體內(nèi)PFOS富集質(zhì)量濃度為(17.19±1.06)μg·g-1，金魚藻、眼子菜、蘆葦對PFOS的富集含量分別比鳶尾高出(30.65±2.25)、(16.28±1.02)和(2.16±0.53)μg·g-1。

不同水生植物中全氟烷基酸的含量

由圖可知，各挺水植物水下部分對PFOA、PFOS的富集濃度顯著大于其水上部分。其中，鳶尾水下部分PFOA富集含量為(10.27±0.85)μg·g-1，是水上部分的2倍多；蘆葦水上部分與水下部分PFOA含量差異大于鳶尾，其水下部分PFOA富集含量為(17.95±1.38)μg·g-1，是水上部分的3.56倍。2種挺水植物水上部分與水下部分PFOS的富集濃度差異趨勢與PFOA相似。其中，蘆葦水下部分PFOS富集含量較高，為(24.05±2.26)μg·g-1，其水上部分含量僅為(4.81±0.45)μg·g-1。

本實驗中，植物對PFOA、PFOS富集能力變現(xiàn)為蘆葦水下部分>鳶尾水下部分>金魚藻>眼子菜>蘆葦水上部分>鳶尾水上部分。

4種水生植物對PFOA、PFOS的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)如表所示。整體看來，沉水植物對PFOA、PFOS的富集系數(shù)均大于1，表明其具有較好的污染物富集能力。在挺水植物中，水上部分的富集系數(shù)很小，均小于1；水下部分富集系數(shù)大于水上部分，其中，蘆葦根部對PFOS的富集系數(shù)為1.29。相應(yīng)地，鳶尾和蘆葦對PFOA、PFOS的轉(zhuǎn)移系數(shù)均低于1，且對PFOS的轉(zhuǎn)移系數(shù)小于PFOA。

不同植物對PFOA、PFOS的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)

總結(jié)

●在營養(yǎng)鹽和全氟烷基酸復(fù)合污染水體中，4種水生植物對營養(yǎng)鹽的去除效果顯著，且不同植物之間有所差異，其中鳶尾對營養(yǎng)鹽物質(zhì)的去除表現(xiàn)出較好的優(yōu)勢。

●在營養(yǎng)鹽和全氟烷基酸復(fù)合污染水體中，4種水生植物可以有效富集水體中的PFOA和PFOS，其中沉水植物金魚藻和眼子菜對水體中全氟烷基酸具有較好的去除效果。

●4種水生植物對PFOA和PFOS的富集能力有所差異。金魚藻的富集能力最強(qiáng)，挺水植物中PFOA和PFOS主要積累在植株根部，且PFOS比PFOA更難向植株上方轉(zhuǎn)移。

文章來源：環(huán)境工程學(xué)報