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(cè)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(xiǎn)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(shí)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(shí)際應(yīng)用中容易被pH、溫度、吸附時(shí)間和離子強(qiáng)度等因素干擾，對(duì)PFAAs的吸附容量有較大波動(dòng)，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)。孔瀟瀟等人發(fā)現(xiàn)，金魚藻對(duì)PFOS的去除率可達(dá)90%以上；在實(shí)際河岸濕地植物調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，鳳眼蓮對(duì)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(duì)PFOA積累量更高。

已有研究表明，水生植物對(duì)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?；诖耍狙芯酷槍?duì)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(shí)驗(yàn)，對(duì)比研究了不同水生植物對(duì)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(chǎng)的鳶尾、蘆葦、金魚藻和眼子菜4種水生植物，實(shí)驗(yàn)中對(duì)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(shí)驗(yàn)用水取自南京某工業(yè)園區(qū)附近的河道，該河道長(zhǎng)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(jì)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(zhǎng)情況

預(yù)培養(yǎng)5d后，4種水生植物均生長(zhǎng)良好，在相同的污染水體中培養(yǎng)29d后，各植物的生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)狀況最好，生物量增加了(6.45±0.72)g，增長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(duì)復(fù)合污染水體中氮磷的去除

實(shí)驗(yàn)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(shí)間的延長(zhǎng)，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(shì)，實(shí)驗(yàn)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(duì)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(duì)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(duì)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(shì)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(duì)TP的去除效果有所不同。對(duì)照組中TN質(zhì)量濃度的下降可能是因?yàn)樵形⑸锏陌被?、硝化、反硝化作用，TP質(zhì)量濃度的下降可能是因?yàn)樗w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(duì)照組，表明其對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)營養(yǎng)鹽物質(zhì)的去除率

3植物對(duì)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(shí)驗(yàn)開始時(shí)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(cè)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(shí)驗(yàn)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(shì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，各植物處理組的PFOA、PFOS質(zhì)量濃度均顯著小于對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)PFOS的去除率高低趨勢(shì)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(duì)PFOA、PFOS的富集效果強(qiáng)于挺水植物，沉水植物對(duì)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(duì)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(chǎng)通過營養(yǎng)液人工培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)前植物體內(nèi)未檢測(cè)出全氟烷基酸，實(shí)驗(yàn)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(shí)間后，植物體內(nèi)PFOA、PFOS的富集量各不相同。同一植物對(duì)不同毒性物質(zhì)的耐受上限有所差異，不同植物對(duì)相同毒性物質(zhì)的吸收能力也是不同的。當(dāng)水體中同時(shí)存在多種污染物時(shí)，營養(yǎng)物質(zhì)與毒性物質(zhì)會(huì)發(fā)生協(xié)同效應(yīng)，這些都會(huì)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(duì)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(duì)應(yīng)。金魚藻對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(shì)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?jī)H為(4.81±0.45)μg·g-1。

本實(shí)驗(yàn)中，植物對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)PFOS的富集系數(shù)為1.29。相應(yīng)地，鳶尾和蘆葦對(duì)PFOA、PFOS的轉(zhuǎn)移系數(shù)均低于1，且對(duì)PFOS的轉(zhuǎn)移系數(shù)小于PFOA。

不同植物對(duì)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(duì)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(duì)營養(yǎng)鹽物質(zhì)的去除表現(xiàn)出較好的優(yōu)勢(shì)。

●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(duì)水體中全氟烷基酸具有較好的去除效果。

●4種水生植物對(duì)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(bào)