利用水生植物原位捕捉水体微塑料和地表径流水体微塑料的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用水生植物原位捕捉水体微塑料的方法通过对优选的水生植物进行Fe

【技术实现步骤摘要】
利用水生植物原位捕捉水体微塑料和地表径流水体微塑料的方法


[0001]本专利技术涉及水体微塑料污染治理
，特别涉及一种利用水生植物原位捕捉水体微塑料和地表径流水体微塑料的方法。

技术介绍

[0002]微塑料(Microplastic,MP)具有强迁移性和难降解性，几乎已经侵入了地球的每一个角落，甚至包括最远的北极地区。MP经地表径流不断迁移，逐步分布在大部分的江河湖海水体。MP与环境和生物体相互作用，对其造成潜在健康风险；同时MP可作为重金属等其他污染物的载体，通过迁移会将污染物扩散到其他水域，导致污染范围扩大。因此对于MP的治理问题显得日益突出。
[0003]目前对MP的治理方法主要包括生物法、物化法(高级氧化、絮凝沉降)、物理法(高级过滤)和协同去除法(人工湿地)，然而这些技术主要针对小面积点源或异位污水治理，目前暂无流域尺度的生态治理方法。主要原因是流域水体大部分是由地表径流汇流而成，具有水量大，污染源分散、存在复合污染、污染物迁移能力强等特点，现有MP治理方法无法针对地表径流水体进行大规模有效的、经济合理的治理。
[0004]湿地植物作为水生态系统重要组成，广泛分布在江河湖泽、河岸、河溪边浅水地区，具有净化污水、固土护坡、调节生态平衡等作用。然而，对于水体存在的MP，其粒径小于0.5mm，一般可分为微米级(μm,10
‑6m)和纳米级(nm,10
‑9m)，大量MP的迁移容易毒害植物、破坏水体生态、污染水质。一方面，水生植物可通过根茎细胞壁对MP静电吸附、植物根系粘液层和生物膜对MP螯合、植物根系表面吸附位点与MP之间分子间作用力三种方式吸附MP；而另一方面MP吸附在植物根系表面会堵塞植物对营养物质的吸收通道，进而影响植物对营养物质的摄取；并且MP容易堵塞植物细胞间的连接通道和细胞壁的气孔，进而对植物造成氧化损伤。因此，如何实现水生植物原位稳定捕捉MP的技术是利用水生植物修复江河湖泊水域内MP污染的关键。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：针对现有技术中水生植物不能稳定的吸附微塑料导致微塑料在水体延程迁移，以及对湿地植物造成生理毒害进一步破坏水生态系统的问题，构造一种利用水生植物原位捕捉水体微塑料的方法，从而能够长期有效地高效捕捉水体微塑料。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用水生植物原位捕捉水体微塑料的方法，包括以下步骤：
[0007]S10、选取根系发达且根茎表面粗糙的水生植物；
[0008]S20、对水生植物进行预处理；
[0009]S30、对水生植物进行Fe
2+
诱导强化处理，在水生植物根系表面形成Fe
2+
诱导根表
铁膜；
[0010]S40、将处理后的水生植物种植于微塑料污染水体。
[0011]在上述利用水生植物原位捕捉地表径流水体微塑料的方法中，步骤S10中选取的所述水生植物可以是芦竹、芦苇、美人蕉、菖蒲、千屈菜、水葱；优选为芦竹或芦苇。
[0012]在上述利用水生植物原位捕捉地表径流水体微塑料的方法中，步骤S20中所述的预处理是对水生植物的根系表面进行消毒处理；具体的为用水冲洗水生植物根系表面的残留物，再将水生植物根系在过氧化氢溶液中浸泡数秒后用无菌水冲洗2至3次。
[0013]在上述利用水生植物原位捕捉地表径流水体微塑料的方法中，对水生植物进行强化处理时Fe
2+
的诱导浓度为20至100μM。形成的根表铁膜通过植物营养效应促进植物生长，同时抵御微塑料对植物毒害；另外水生植物根表铁膜通过静电吸附、螯合等作用捕获水体和底泥中微塑料。其中螯合作用是水生植物根系表面产生的根系粘液层和生物膜与MP官能团(
‑
C＝O、
‑
OH等)与微塑料发生螯合。
[0014]本专利技术要解决的另一个技术问题是：针对现有技术中水生植物不能长期稳定的吸附微塑料，导致微塑料大量迁移而容易毒害植物、破坏水体生态、污染水质，且没有针对地表径流水体微塑料的治理方法的问题，构造一种利用水生植物原位捕捉地表径流水体微塑料的方法，从而能够在流域级水体长期有效地高效捕捉微塑料。
[0015]本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：提供一种利用水生植物原位捕捉地表径流水体微塑料的方法，包括以下步骤：
[0016]T10、在流域周边地势较低处设置一个捕捉流域地表径流水体微塑料的系统，该系统包括设有出水端的治理水域、收集地表径流水体的蓄水池、调节治理水域和蓄水池水量的水位调节装置；所述出水端连通至流域下游且设有第一阀门；所述蓄水池连通至流域下游且设有溢水阀；所述治理水域和蓄水池之间设有第一水泵和第二阀门；所述水位调节装置包括设置在治理水域内的第一液位传感器、设置在蓄水池内的第二液位传感器、控制器，所述控制器连接第一液位传感器、第二液位传感器并控制第一水泵、第一阀门、第二阀门、溢水阀；
[0017]当第一液位传感器监测到治理水域水位超过预设值时，水位调节装置自动控制第一水泵将治理水域内水体泵入蓄水池，直至第一液位传感器检测到治理水域水量低于预设值；当第二液位传感器监测到蓄水池内水体超过蓄水池负荷时，水位调节装置自动控制第二阀门将蓄水池内水体排入流域下游，直至第二液位传感器检测到蓄水池内水位达到预设值；
[0018]T20、选取根系发达且根茎表面粗糙的水生植物；
[0019]T30、对选取的水生植物幼苗进行预处理；所述的预处理是对水生植物的根系表面进行消毒处理；
[0020]T40、将水生植物幼苗种植在治理水域，种植密度为15
‑
20株/m2，水生植物的水体表面覆盖率≥80％；通过水位调节装置调节治理水域水量为总容积的40％
‑
60％，植物稳定一周；
[0021]T50、通过水位调节装置控制治理水域内水量，使得水体刚好没过水生植物根部，对水生植物进行Fe
2+
诱导强化处理，在水生植物根系表面形成根表铁膜；
[0022]T60、强化处理结束后，系统进入治理运行期间，通过将蓄水池内水体引入治理水
域内或将治理水域内已治理水体通过出水端排至流域，水位调节装置控制治理水域内水量达到治理水域容积的95％
‑
100％。
[0023]在上述利用水生植物原位捕捉地表径流水体微塑料的方法中，所述步骤T10中还包括设置治理水域通过进水端与流域上游连通，所述进水端设有由所述控制器控制的第二水泵；当蓄水池内水量不足以补充至治理区域时，控制器控制进水端的第二水泵将流域上游的水体泵入治理水域内。
[0024]在上述利用水生植物原位捕捉地表径流水体微塑料的方法中，所述步骤T60后还包括步骤T70，在运行期间，定期监测治理水域出水和流域水体微塑料浓度，当微塑料浓度低于受纳水体微塑料浓度，则重复步骤T50
‑
T60。
[0025]在上述利用水生植物原位捕捉地表径流水体微塑料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.利用水生植物原位捕捉水体微塑料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S10、选取根系发达且根茎表面粗糙的水生植物；S20、对水生植物进行预处理；S30、对水生植物进行Fe
2+
诱导强化处理，在水生植物根系表面形成根表铁膜；S40、将处理后的水生植物种植于微塑料污染水体。2.如权利要求1所述利用水生植物原位捕捉水体微塑料的方法，其特征在于，步骤S10中选取的所述水生植物可以是芦竹、芦苇、美人蕉、菖蒲、千屈菜、水葱。3.如权利要求2所述利用水生植物原位捕捉水体微塑料的方法，其特征在于，步骤S10中选取的所述水生植物优选为芦竹或芦苇。4.如权利要求1所述利用水生植物原位捕捉水体微塑料的方法，其特征在于，步骤S20中所述的预处理是对水生植物的根系表面进行消毒处理。5.如权利要求4所述利用水生植物原位捕捉水体微塑料的方法，其特征在于，所述步骤S20中所述的预处理为用水冲洗水生植物根系表面的残留物，再将水生植物根系在过氧化氢溶液中浸泡数秒后用无菌水冲洗2至3次。6.如权利要求1所述利用水生植物原位捕捉水体微塑料的方法，其特征在于，对水生植物进行Fe
2+
诱导强化处理时Fe
2+
的诱导浓度为20至100μM。7.利用水生植物原位捕捉流域地表径流水体微塑料的方法，其特征在于，包括以下步骤：T10、在流域周边地势较低处设置捕捉流域地表径流水体微塑料的系统，该系统包括设有出水端的治理水域、收集地表径流水体的蓄水池、调节治理水域和蓄水池水量的水位调节装置；所述出水端连通至流域下游且设有第一阀门；所述蓄水池连通至流域下游且设有溢水阀；所述治理水域和蓄水池之间设有第一水泵和第二阀门；所述水位调节装置包括设置在治理水域内的第一液位传感器、设置在蓄水池内的第二液位传感器、控制器，所述控制器连接第一液位传感器、第二液位传感器并控制第一水泵、第一阀门、第二阀门、溢水阀；当第一液位传感器监测到治理水域水位超过预设值时，水位调节装置自动控制第一水泵将治理水域内水体泵入蓄水池，直至第一液位传感器检...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜露，陈永华，漆凌垚，刘森威，杨杭，郑璇，柳俊，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：