兩種土著水生植物對(duì)鈾礦坑水的修復(fù)能力研究

兩種土著水生植物對(duì)鈾礦坑水的修復(fù)能力研究

聶小琴1，董發(fā)勤1,*，丁德馨2，劉寧3，李廣悅2，張東4，劉明學(xué)1

(1.西南科技大學(xué) 核廢物與環(huán)境安全國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，四川 綿陽(yáng)621010；

2.南華大學(xué) 鈾礦冶生物技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，湖南 衡陽(yáng)421001；

3.四川大學(xué) 原子核科學(xué)技術(shù)研究所 輻射物理及技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都610064；

4.中國(guó)工程物理研究院 核物理與化學(xué)研究所，四川 綿陽(yáng)621900)

摘要：通過野外采樣、室內(nèi)分析和水培實(shí)驗(yàn)，研究了某廢棄鈾礦坑水中的土著水生植物大薸(Pistia stratiotes L.)和鳳眼蓮(Eichhornia crassipes)對(duì)鈾礦坑水的原位修復(fù)能力。野外采樣分析結(jié)果表明，大薸和鳳眼蓮對(duì)廢棄鈾礦坑水中的鈾有極強(qiáng)的富集能力。廢棄鈾礦坑水中鈾濃度在0.4～0.6 mg/L之間，高出國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 23727—2009)規(guī)定值(0.05 mg/L)的10倍左右。廢棄鈾礦坑水中土著水生植物大薸和鳳眼蓮根系平均鈾含量分別為1 015.40 mg/kg (干重)和504.87 mg/kg (干重)；富集系數(shù)分別為2 071和1 001。水培實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，大薸對(duì)鈾礦坑水中鈾的去除能力與植物生長(zhǎng)期、生物量和覆蓋水體面積呈正相關(guān)。生長(zhǎng)后期(單株生物量鮮重≥100 g)的大薸、鳳眼蓮，投加量為100 g/L時(shí)，10 d可將鈾礦坑水中鈾濃度由1.93 mg/L降至0.03 mg/L以下，去除率達(dá)到98% 以上。SEM-EDS結(jié)果表明，大薸和鳳眼蓮在酸性條件下與水體中的鈾結(jié)晶礦化，生成納米片狀晶體堆簇在根系表面；在堿性條件下(接近廢棄鈾礦坑水的pH值時(shí))，未出現(xiàn)類似礦化結(jié)晶體。表明大薸和鳳眼蓮對(duì)于不同酸度的鈾廢水體系有不同的修復(fù)機(jī)理。

關(guān)鍵詞：鈾礦坑水；大薸；鳳眼蓮；植物修復(fù)

中圖分類號(hào)：X171 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

收稿日期：2014-06-23;修回日期：2014-09-13

基金項(xiàng)目：973計(jì)劃資助項(xiàng)目(2014CB846003)；國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金資助項(xiàng)目(41502316)；核廢物與環(huán)境安全國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室預(yù)先研究基金資助項(xiàng)目(15yyhk11)；西南科技大學(xué)博士研究基金資助項(xiàng)目(15zx7109)

作者簡(jiǎn)介：聶小琴(1985—)，女，四川安縣人，助理研究員，博士，核燃料循環(huán)與材料專業(yè)

doi：10.7538/yzk.2015.49.11.1946

*通信作者：董發(fā)勤，E-mail: fqdong2004@163.com

Ability ofPistiastratiotesL. andEichhorniacrassipes

for Remediation of Uranium-contaminated Waste Water

NIE Xiao-qin1, DONG Fa-qin1,*, DING De-xin2, LIU Ning3, LI Guang-yue2,

ZHANG Dong4, LIU Ming-xue1

(1.FundamentalScienceonNuclearWastesandEnvironmentalSafetyLaboratory,

SouthwestofScienceandTechnology,Mianyang621010,China;

2.FundamentalScienceonBiotechnologyinUraniumMiningandHydrometallurgy,

UniversityofSouthChina,Hengyang421001,China;

3.KeyLaboratoryofRadiationPhysicsandTechnology,MinistryofEducation,

InstituteofNuclearScienceandTechnology,SichuanUniversity,Chengdu610064,China;

4.InstituteofNuclearPhysicsandChemistry,

ChinaAcademyofEngineeringPhysics,Mianyang621900,China)

Abstract:The field sampling, laboratory analysis and hydroponic solution culture experiments were conducted on the native aquatic plants, Pistia stratiotes L. and Eichhornia crassipes in-situ repair ability of uranium mine pit water. The results of field sampling analysis show the strong enrichment of uranium from abandoned uranium mine pit water by Pistia stratiotes L. and Eichhornia crassipes. The uranium concentration range of abandoned uranium mine pit water is between 0.4 mg/L to 0.6 mg/L, which is about 10 times higher than the national emission standards of China. The mean uranium concentrations (dry weight) in roots of Pistia stratiotes L. and Eichhornia crassipes are 1 015.40 mg/kg and 504.87 mg/kg, and the enrichment coefficients are 2 071 and 1 001, respectively. The results of hydroponic solution culture experiments show that the uranium removal ability is closely relative to the growing period and fresh weight of per plant and the area of the plant covering water. 100 g of Pistia stratiotes L. or Eichhornia crassipes at the mature stage (fresh weight more than 100 g per plant) are grown in 1 L of uranium mine pit water with the initial concentration of uranium was 1.93 mg/L, after 10 days, the uranium concentration reduces to below the national emission standards of China, and the uranium removal rates are higher than 98%. SEM-EDS results show that a mass of uranium precipitates with nanometer sized schistose structures on the root surface of Pistia stratiotes L. and Eichhornia crassipes are formed at acidic conditions. But there are no similar crystals observed on the surface of Pistia stratiotes L. and Eichhornia crassipes at alkaline conditions. The present work suggests the different repair mechanisms of uranium-contaminated waste water by the Pistia stratiotes L. and Eichhornia crassipes between acidic and alkaline conditions.

Key words：uranium mine pit water;PistiastratiotesL.;Eichhorniacrassipes; photoremediation

鈾礦開采、冶煉以及核能的研究、利用過程是鈾在環(huán)境中富集并產(chǎn)生污染的重要途徑。尤其是在大規(guī)模的鈾礦開采和冶煉過程中，產(chǎn)生了大面積的低濃度含鈾廢水[1]。這類廢水中鈾的質(zhì)量濃度約為0.5～5 mg/L，遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)鈾礦冶輻射防護(hù)和環(huán)境保護(hù)規(guī)定(GB 23727—2009)[2]中設(shè)定的鈾濃度排放限值(0.05 mg/L)。通過飲水(約占總攝入量的64%)和食物鏈等途徑，水體中的鈾一部分最終會(huì)進(jìn)入人體并造成潛在威脅[3]。進(jìn)入人體后的鈾主要蓄積于肝臟、腎臟和骨骼中，以化學(xué)毒性和內(nèi)照射兩種形式對(duì)人體造成損傷。

Wang等[4]發(fā)現(xiàn)，在法國(guó)中部一個(gè)受鈾礦開采影響的濕地中一條小溪的溪水以及旁邊的濕地土壤中的鈾濃度較高。研究表明，來自廢棄礦山的鈾污染可能會(huì)是一個(gè)較以前所認(rèn)為的更大的問題。鈾(Ⅳ)能通過與鐵和有機(jī)物顆粒相結(jié)合而發(fā)生潛在釋放，說明鈾(Ⅳ)可能并不像之前學(xué)界所相信的那樣容易被固化，其活力被嚴(yán)重低估。這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)促使人們對(duì)廢棄礦山導(dǎo)致的地表水和地下水中鈾污染的治理策略進(jìn)行修正。

傳統(tǒng)鈾污染水體的治理技術(shù)如沉淀、蒸發(fā)、離子交換等方法多存在費(fèi)用高、占用空間大、易造成二次污染等缺點(diǎn)[5-6]，植物修復(fù)技術(shù)作為當(dāng)前新興的鈾污染廢水的治理技術(shù)，以費(fèi)用低、效果好、操作簡(jiǎn)便、可恢復(fù)生態(tài)環(huán)境以及可回收資源等諸多優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注[7-14]。

有研究[15]顯示，向日葵根系積累鈾的濃度較水中高5 000～10 000倍，且向日葵生物量較大，被認(rèn)為是處理鈾污染水體的首選植物材料。除向日葵外，浮游植物也能去除污染水體中的鈾。Mkandawire等[16-17]研究了利用浮萍(LemnagibbaL.)修復(fù)鈾尾礦水中鈾和砷的能力，結(jié)果顯示，在21 d實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)態(tài)測(cè)試期間，鈾積累量為(896.9±203.8) mg/kg，估計(jì)在7 d內(nèi)就能將1 000 L水中的鈾濃度從100 μg/L降低至德國(guó)所推薦的周圍地表水中限值30.0 μg/L。胡南等[8]的研究結(jié)果表明，在2 L鈾濃度為1.25 mg/L的鈾溶液中投加15 g滿江紅，將水中鈾濃度降至國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)濃度以下需要17 d。Shahandeh等[18]的研究表明，一般來說，草本植物中，雙子葉植物較單子葉植物能積累更多的鈾。如雙子葉植物向日葵(Helianthusannus)和印度芥菜(Brassicajuncea)體內(nèi)積累的鈾最高，單子葉植物小麥(Triticumaestivum)和黑麥草體內(nèi)積累的鈾最低。

本文以我國(guó)南方某鈾礦廢棄鈾礦坑水及其中生長(zhǎng)的土著水生植物大薸(PistiastratiotesL.)和鳳眼蓮(Eichhorniacrassipes)為研究對(duì)象，通過野外采樣、實(shí)驗(yàn)室分析和室內(nèi)水培驗(yàn)證，考察土著水生植物對(duì)鈾污染水體的原位修復(fù)能力。

1材料與方法

1.1野外采樣

通過對(duì)我國(guó)南方某鈾礦的一個(gè)廢棄鈾礦坑水的長(zhǎng)期考察，發(fā)現(xiàn)有幾種水生植物在其坑口流出水體中生長(zhǎng)旺盛且繁殖迅速。本文選擇其中的10個(gè)采樣點(diǎn)(S1～S10)采集水樣以及在其中長(zhǎng)勢(shì)良好的水生植物。其中S1和S6為對(duì)照點(diǎn)(距離鈾礦廢棄礦坑口5 km)，其他為污染點(diǎn)。采樣前，用5%的硝酸浸泡聚乙烯采樣瓶24 h，再用雙重去離子水反復(fù)沖洗5次，采集水樣時(shí)先用水樣潤(rùn)洗聚乙烯采樣瓶及外蓋3次。采集的植物樣品盛放于聚乙烯采樣袋中。采集后立即做好標(biāo)簽，并盡快帶回實(shí)驗(yàn)室分析。

1.2分析方法

1) 植物物種

本研究主要采集了多點(diǎn)分布的2種優(yōu)勢(shì)植物，分屬2科。采樣點(diǎn)植物的分布情況列于表1。

表1　采樣點(diǎn)植物的分布

2) 植物樣品分析

植物樣品分為根和水上部分(莖、葉和花)。先用自來水充分沖洗樣品，以去除粘附在植物樣品上的渣滓和污物，然后用去離子水沖洗2～3遍，瀝去水分，于105 ℃下殺青5 min，再在75 ℃下烘干至恒重，研碎后通過100目尼龍篩。過篩后的植物樣品用干法+濕法進(jìn)行消化。先稱取1.00 g樣品于瓷坩堝中，加蓋置于700 ℃的馬弗爐中灰化4 h，取出冷卻后，全部轉(zhuǎn)移至50 mL的聚四氟乙烯燒杯中，于通風(fēng)櫥內(nèi)用移液器少量多次加入10 mL HCl(36%)、2 mL HNO3(68%)、2 滴H2O2(30%)，加表面皿，靜置10 min后，置于電熱板上，在150 ℃左右蒸至近干，再加入5 mL HCl(36%)、1 mL HNO3(68%)，蒸至近干，用熱雙蒸水反復(fù)多次潤(rùn)洗表面皿及燒杯底部和內(nèi)壁，潤(rùn)洗液過濾至50 mL容量瓶中，冷卻后，用蒸餾水定容待測(cè)。

3) 鈾濃度分析

水(測(cè)試前經(jīng)濾紙過濾)中和植物各部位中鈾含量的測(cè)定參照EJ 267.4—1984[19]方法進(jìn)行。

1.3室內(nèi)水培實(shí)驗(yàn)

1) 生長(zhǎng)期對(duì)大薸修復(fù)鈾污染水體的影響

待修復(fù)的鈾污染水體A：c0(U)=1.48 mg/L，pH=7.43，取自某鈾礦坑水。將單株生物量均小于120 g生長(zhǎng)前期、生長(zhǎng)中期、生長(zhǎng)后期的大薸分別以S/4、S/2、3S/4、S不同覆蓋面積的方式投加至5 L的燒杯中，內(nèi)盛5 L的水體A。每隔2 d取樣分析水體A的殘余鈾濃度，連續(xù)監(jiān)測(cè)10 d。

2) 投加量對(duì)大薸和鳳眼蓮修復(fù)鈾污染水體的影響

待修復(fù)的鈾污染水體B：c0(U) =1.93 mg/L，pH=7.83，取自某鈾礦坑水。實(shí)驗(yàn)分2個(gè)系列進(jìn)行，分別考察大薸和鳳眼蓮兩種植物。每個(gè)系列分為5組投加量。將2 L水體B裝于2 L的燒杯中，然后分別投加一株鮮重為50、100、200、300、400 g的植物(大薸或鳳眼蓮)，每組設(shè)4個(gè)平行樣。投加后每隔24 h取樣分析水體B的殘余鈾濃度，連續(xù)監(jiān)測(cè)10 d。

3) 水體積對(duì)植物修復(fù)鈾污染水體的影響

待修復(fù)的鈾污染水體C：c0(U) =1.91 mg/L，pH=7.65，取自某鈾礦坑水。實(shí)驗(yàn)分兩個(gè)系列進(jìn)行，分別將500、1 000、2 000 mL水體C裝于2 L的燒杯中，然后投加一株鮮重約為300 g的大薸，每隔24 h取5 mL水樣分析，每組設(shè)4個(gè)平行樣。連續(xù)監(jiān)測(cè)6 d。

4) 大薸和鳳眼蓮與鈾污染水體作用后的掃描電鏡與能譜分析

大薸和鳳眼蓮經(jīng)與pH值分別為3、5、8(采用0.1 mol/L HNO3、10 g/L Na2CO3和5 g/L NaHCO3的緩沖液調(diào)節(jié)溶液pH值)，初始鈾濃度為100 mg/L(為便于在掃描電鏡下觀察鈾的生成物，鈾濃度設(shè)置較高)的鈾溶液作用72 h后，用超純水反復(fù)清洗，選取1～2條根于蓋玻片上，自然干燥后，加入2.5%戊二醛，固定5 h后去掉戊二醛溶液，依次用30%、50%、70%、90%、100%的乙醇溶液逐級(jí)脫水，每次脫水20 min，最后自然晾干，備用。對(duì)照實(shí)驗(yàn)采用Hoagland營(yíng)養(yǎng)液作為培養(yǎng)介質(zhì)，其余操作同上。利用Emitech SC7620噴金儀對(duì)樣品進(jìn)行噴金處理，置于Ultra55型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM，德國(guó)蔡司公司)下室溫掃描，觀察樣品形貌，并用Oxford IE450型能譜儀(EDS，英國(guó)Oxford公司)分析樣品微區(qū)元素分布。

2結(jié)果與分析

2.1野外采樣分析結(jié)果

所采集的8個(gè)水樣和土著植物樣品以及對(duì)照組中鈾含量的分析結(jié)果列于表2。由表2可見，在S1和S6兩個(gè)對(duì)照點(diǎn)，水體鈾濃度均為0.04 mg/L，滿足GB 23727—2009規(guī)定值0.05 mg/L。而8個(gè)污染水樣中鈾平均濃度為0.50 mg/L，是GB 23727—2009規(guī)定排放限值的10倍，同時(shí)也表明，在該廢棄鈾礦坑水中采集的土著水生植物大薸和鳳眼蓮對(duì)鈾均有較強(qiáng)的富集能力，且鈾主要賦存于根系，這與文獻(xiàn)[7-11]的結(jié)果一致。Srivastava等[13]的研究表明，水生雜草黑藻在鈾濃度為100 mg/L時(shí)對(duì)鈾的最大富集量為78 mg/kg(干重)，富集系數(shù)為0.78。Soudek等[14]的研究表明，玉米在0.1～1 mmol/L鈾溶液中對(duì)鈾的富集量為160 mg/kg(干重)，為研究的20種植物中對(duì)鈾富集量最高的植物。胡南等[8]報(bào)道了滿江紅在10 mg/L鈾溶液中的最高生物富集系數(shù)為354。由表2可知，大薸和鳳眼蓮在0.5 mg/L的鈾礦坑水中，根系對(duì)鈾的平均富集量分別為1 015.40 mg/kg(干重)和504.87 mg/kg(干重)，富集系數(shù)分別高達(dá)2 071和1 001，遠(yuǎn)高于上述報(bào)道。莖和葉對(duì)鈾的平均富集量分別為39.10 mg/kg(干重)和9.87 mg/kg(干重)，表明土著水生植物大薸和鳳眼蓮對(duì)水體中的鈾具有很強(qiáng)的富集能力。即使在鈾濃度很低的對(duì)照點(diǎn)，大薸和鳳眼蓮對(duì)鈾仍表現(xiàn)出很強(qiáng)的吸收富集性能。

表2　鈾礦坑口外排水及植物體內(nèi)的鈾含量

注：植物中的鈾含量以干重計(jì)

2.2生長(zhǎng)期和覆蓋面積對(duì)大薸修復(fù)鈾礦坑水的影響

大薸對(duì)鈾礦坑水中鈾的去除率隨生長(zhǎng)期和覆蓋面積的變化分別示于圖1、2。由圖1可知，處于相同生長(zhǎng)期的大薸，覆蓋面積越大，對(duì)水體中鈾的去除率越高。由圖2可知，覆蓋面積相同的大薸，其生長(zhǎng)期越靠后，對(duì)水體中鈾的去除率越高。隨著接觸時(shí)間的延長(zhǎng)，大薸和鳳眼蓮對(duì)鈾污染水體A中鈾的去除率均逐漸增加，且各實(shí)驗(yàn)組的植株長(zhǎng)勢(shì)均很好。生長(zhǎng)后期的大薸以100%的覆蓋面積投加于水體A，10 d后對(duì)鈾污染水體A中鈾的去除率可達(dá)80%以上。

2.3投加量對(duì)植物修復(fù)鈾污染水體的影響

投加量對(duì)植物修復(fù)鈾污染水體的影響示于圖3。從圖3可看出，投加量對(duì)大薸和鳳眼蓮修復(fù)鈾污染水體的效果影響很大。在2 L水體B中投加單株鮮重為50 g和100 g的大薸和鳳眼蓮(分別處于生長(zhǎng)前期和生長(zhǎng)中期)，對(duì)水體B的修復(fù)效果明顯低于投加量為200～400 g的效果。具體表現(xiàn)為，將單株鮮重為100 g的大薸和鳳眼蓮?fù)都又? L水體B，10 d后，對(duì)水體中鈾的去除率分別為38.2%和52.0%。當(dāng)投加量≥200 g(單株鮮重，生長(zhǎng)后期)時(shí)，投加量越大，鈾的去除率越高。單株鮮重200 g的大薸和鳳眼蓮?fù)都又? L水體B中，1 d后，水體B的殘余鈾濃度≤1.0 mg/L，鈾的去除率均大于50%；7 d后，鈾去除率在97.9%～100.0%之間，水體B的殘余鈾濃度均小于0.05 mg/L。10 d后，水體B的殘余鈾濃度≤0.03 mg/L，低于世界衛(wèi)生組織規(guī)定的飲用水中鈾濃度的限值。尤其是當(dāng)鳳眼蓮的投加量為300 g和400 g時(shí)，分別在7 d和4 d后，水體B的殘余鈾濃度均≤0.03 mg/L。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明：?jiǎn)沃甏笏i(鮮重(FW)400 g)在投加到水體B中10 d后，葉片和根系的平均干重分別為(21.91±1.49) g和(4.34±0.36) g，干重顯著高于對(duì)照組；平均鈾濃度分別為(3.94±0.48)、(763.54±27.13) mg/kg。植物體內(nèi)的鈾濃度達(dá)到鈾污染水體中鈾總量的97%以上。

圖1　大薸生長(zhǎng)期對(duì)鈾污染水體A中鈾去除效果的影響 Fig.1　Removal effect of uranium by different growing periods of Pistia stratiotes L. exposed to uranium wastewater A

圖2　水體A中大薸覆蓋面積對(duì)鈾去除效果的影響 Fig.2　Removal effect of uranium by Pistia stratiotes L. at different cover area exposed to uranium wastewater A

圖3　大薸(a)和鳳眼蓮(b)投加量對(duì)修復(fù)鈾污染水體B的影響 Fig.3　Effect of biomass contents of Pistia stratiotes L. (a) and Eichhornia crassipes (b) on uranium removal rate of uranium wastewater B

2.4水體體積對(duì)大薸修復(fù)鈾礦坑水的影響

不同水體體積對(duì)大薸修復(fù)鈾礦坑水的影響如圖4所示。本研究篩選到的優(yōu)勢(shì)植物大薸和鳳眼蓮均屬于雙子葉植物，對(duì)鈾均表現(xiàn)出很強(qiáng)的吸收和積累性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單株鮮重為300 g的大薸分別在第1、2、3 d可將5 00、1 000、2 000 mL的水體C的鈾濃度降至0.03 mg/L以下。與大型陸生植物向日葵、印度芥菜[18]和小生物量的漂浮植物浮萍[16-17]相比，土著大型水生植物大薸和鳳眼蓮對(duì)鈾礦坑水的原位修復(fù)具有更良好的環(huán)境適應(yīng)性和工程化應(yīng)用的推廣前景。

圖4　生長(zhǎng)后期的大薸 對(duì)不同體積水體C的修復(fù)效果 Fig.4　 Effect of volume of uranium mine pit water on uranium removal rate by Pistia stratiotes L. of uranium wastewater C

2.5鳳眼蓮和大薸與水體中鈾作用前后的SEM和EDS分析

鳳眼蓮和大薸與水體中鈾作用前后的SEM圖像及EDS分析結(jié)果示于圖5。由圖5a和e可見，未與鈾作用時(shí)，大薸和鳳眼蓮根系表面光滑。圖5i和k分別為大薸和鳳眼蓮根系與100 mg/L鈾溶液作用前的EDS譜，表明大薸根系主要由C、O元素組成，鳳眼蓮根系主要由C、O、Si、Al組成。在與不同酸度、初始鈾濃度為100 mg/L的鈾溶液作用72 h之后，堿性條件(pH=8，接近鈾礦坑水的酸堿度)下，大薸和鳳眼蓮表面光滑，未觀察到特殊形貌的鈾沉積物(圖5b、f)；在酸性條件下，如圖5c、d、g、h所示，大薸和鳳眼蓮根系表面堆滿100～500 nm含鈾的片狀納米晶體。圖5j、l分別為大薸和鳳眼蓮根系與100 mg/L鈾溶液作用72 h后的EDS譜，分析可知，在大薸根系表面堆簇的片狀結(jié)晶體主要由C、O、U、Si元素組成；而在鳳眼蓮根系表面生成的片狀晶體更為密實(shí)和完整，除根系本身的組成元素外，主要由U、P元素組成。并且在與pH=5，c0(U)=100 mg/L的鈾溶液作用72 h之后，鳳眼蓮一直正常存活，表現(xiàn)出極強(qiáng)的鈾耐受性。推測(cè)酸性條件下，在鳳眼蓮和大薸根系表面生成的片狀堆簇系鈾的無機(jī)結(jié)晶體，主要為U的氧化物或U的磷酸鹽。推測(cè)在酸性條件下是大薸和鳳眼蓮代謝性礦化鈾，尤其是大薸與鈾溶液接觸后，大量有機(jī)磷從大薸根系組織中釋放分解為無機(jī)磷，在根系表面與部分U結(jié)合并結(jié)晶礦化為氫鈾云母。細(xì)胞壁能廣泛富集鈾，位于細(xì)胞壁內(nèi)、外的代謝磷脂是U6+最初出現(xiàn)絡(luò)合反應(yīng)和隨后鈾礦物成核、生長(zhǎng)的位置[20]。而在弱堿性條件下，鳳眼蓮和大薸對(duì)鈾的吸收主要為物理化學(xué)吸附，未發(fā)生類似的礦化結(jié)晶過程。

a、e——鳳眼蓮和大薸的對(duì)照樣； b、c、d——鳳眼蓮與pH=8、pH=5、pH=3，c 0(U)=100 mg/L的鈾溶液作用72 h后的SEM圖像； f、g、h——大薸與pH=8、pH=5、pH=3，c 0(U)=100 mg/L的鈾溶液作用72 h后的SEM圖像； i、j、k、l——a、c、e、g的EDS譜 圖5　鳳眼蓮和大薸與水體中鈾作用前后的SEM圖像和EDS譜 Fig.5　SEM images and EDS results of Pistia stratiotes L. and Eichhornia crassipes before and after biosorption of uranium

3結(jié)論

1) 在該廢棄鈾礦坑生長(zhǎng)的土著水生植物大薸和鳳眼蓮對(duì)鈾礦坑水中鈾具有很強(qiáng)的耐受性能和富集能力，大薸和鳳眼蓮根系對(duì)鈾的富集量分別為1 015.40 mg/kg(干重)和504.87 mg/kg(干重)。

2) 處于相同生長(zhǎng)期的大薸，覆蓋水體面積越大，對(duì)鈾礦坑水中鈾的去除率越高；覆蓋水體面積一致的大薸，生長(zhǎng)期越靠后，對(duì)鈾礦坑水中鈾的去除率越高。

3) 當(dāng)大薸和鳳眼蓮的單株生物量鮮重≥200 g時(shí)，可在7 d內(nèi)將2 L真實(shí)鈾礦坑水中的鈾濃度由1.93 mg/L降至0.03 mg/L 以下，滿足飲用水對(duì)鈾濃度的要求。且植物體內(nèi)的鈾總量達(dá)鈾污染水體中鈾總量的97%以上。土著浮水植物大薸和鳳眼蓮繁殖速度快，對(duì)鈾污染水體適應(yīng)性好，對(duì)水體中鈾的富集能力強(qiáng)，具備將其應(yīng)用于鈾礦坑水及相似鈾污染水體原位修復(fù)的潛質(zhì)。

4) 大薸和鳳眼蓮在酸性條件下與水體中的鈾結(jié)晶礦化，生成納米片狀晶體堆簇在根系表面，在堿性條件下，接近廢棄鈾礦坑水的pH值時(shí)，未出現(xiàn)類似礦化結(jié)晶體。表明大薸和鳳眼蓮對(duì)于不同酸度的鈾廢水體系有不同的修復(fù)機(jī)理。

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