Использование водных макрофитов в очищении воды от тяжелых металлов

Чан Куок Хоан

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Использование водных макрофитов в очищении воды от тяжелых металлов
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Использование водных макрофитов в очищении воды от тяжелых металлов"

На правах рукописи

ЧАН КУОК ХОАН

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ МАКРОФИТОВ В ОЧИЩЕНИИ ВОДЫ ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Специальность 03.02.08 - Экология (биология)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 0 ДЕК 2012

Астрахань - 2012

005047619

Работа выполнена на кафедре гидробиологии и общей экологии ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет»

Научный руководитель: кандидат биологических наук, доцент

Мельник Ирина Викторовна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, заведующий

кафедрой «Прикладная экология» ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», профессор Стрельников Виктор Владимирович

доктор биологических наук, заведующая кафедрой «Прикладная биология и микробиология» ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет», профессор

Сопрунова Ольга Борисовна

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет»

Защита состоится « 28 » декабря 2012 г. в «11.00» часов на заседании диссертационного совета Д.307.001.05 при Астраханском государственном техническом университете, по адресу: 414025, Астрахань, ул. Татищева,16, главный учебный корпус, ауд. 313.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного технического университета по адресу: 414025, Астрахань, ул. Татищева, 16.

Отзывы на автореферат диссертации просим направлять по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева 16, ФГБОУ ВПО «АГТУ», диссертационный совет Д.307.001.05, тел./факс (8512) 54-91-03, e-mail: melyakina_el@mail.ru

Автореферат разослан « 28 » ноября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Мелякина Эльвира Ивановна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Водные экосистемы в настоящее время подвергаются значительному антропогенному загрязнению, что отражается как на их продуктивности, так и на качестве воды (Arnold, 2006). Из загрязняющих веществ особую опасность представляют тяжелые металлы (ТМ), которые при избытке оказывают существенное негативное воздействие на водную биоту и способны накапливаться в компонентах экосистем, в конечном итоге ухудшая качество воды и водной продукции, используемых человеком. В этой связи проблема снижения содержания ТМ в водоемах в настоящее время сохраняет свою актуальность.

Среди тяжелых металлов 4 иона Cr6+, Fe3+, CuJ+ и Cd2+ имеют наиболее широкое распространение в сточных водах многих предприятий (горнодобывающих, металлургических, текстильных, гальванических, машиностроения, топливно-энергетического комплекса, сельскохозяйственного производства), которые к тому же характеризуются широким диапазоном pH среды - от 3 до 12 (Овцов и др., 1989; Кривошеин и др., 2003; Колесников, Меныпутина, 2005; Каплин, 2006; Титов и др., 2007).

Эффективность очистки воды от данных ионов с концентрацией ниже 5 мг/л традиционными методами низкая и составляет только 10-75% (Колесников, Менынутина, 2005; Oliveira et al., 2007; Johnson et al., 2008). В некоторых случаях отдельные методы очистки, такие как коагуляция и флокуляция могут дать более высокие результаты, но использование при этом дорогих химических реагентов неоправданно увеличивает затраты. Поэтому назрела необходимость в новых экологически и экономически более эффективных методах очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов.

Одним из перспективных способов очистки сточных вод является фиторемедиация. Известно (Vymazal, 2005; Nelson et al., 2006; Wallace, Knight, 2006), что в Америке и Европе широкое применение получили искусственные и естественные ветланды для очистки сточных вод от тяжелых металлов многих промышленных и сельскохозяйственных предприятий, где используются, в основном, такие водные макрофиты, как Phragmites australis, Typha latifolia, Scirpus lacustris, Eichhornia crassipes, Potamogeton natans. По этим видам имеются многочисленные исследования их очистительной способности, проведенные как в лабораторных условиях, так и в промышленных масштабах. Напротив, Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis, Lemna minor и Sahinia natans, распространенные повсеместно, обладающие высокой продуктивностью и играющие важную роль в самоочищении воды (Лукина, Смирнова, 1988; Эйнор, 1992; Морозова, 2001; Kadlec, Wallace, 2008), еще недостаточно изучены с точки зрения их способности к очищению воды от тяжелых металлов. Поэтому требуется проведение новых экспериментов с данными видами макрофитов с целью поиска путей их практического применения для очистки сточных вод от тяжелых металлов.

Другое современное направление в очистке воды от тяжелых металлов - использование фитомассы водных макрофитов в качестве сорбентов для извлечения тяжелых металлов из воды. Особый интерес это направление представляет для развивающихся стран, в том числе и Вьетнама, из-за низких капиталовложений, обильного источника сырья и технологической простоты. Применение сорбентов в сочетании с очистными ветландами позволяет наладить непрерывный процесс очистки, исключая его зависимость от сезонов года. Следовательно, данное направление является перспективным не только с научной точки зрения, но и с экономической.

Цель исследования: Экспериментально определить возможность использования водных макрофитов (Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis, Lemna minor, Salvinia natans) в очищении воды от тяжелых металлов (Cr6f, Fe3+, Сиг+ и Cd2+).

Задачи исследования:

1. Выявить реакцию Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis на воздействие ионов Cr64", Fe3+, Cu2+ и Cd2+ с концентрацией 0,1; 1,5; 2 и 0,5 мг/л, соответственно, при различных значениях pH воды.

2. Определить способность Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis снижать концентрации ионов Cr6+, Fe3+, Cu + и Cd +.

3. Экспериментально определить продолжительность экспозиции Ceratophyllum demersum Najas guadalupensis, Elodea canadensis и значение pH воды, оптимальные для очистки воды от ионов Cr , Fe , Cu и Ca .

4. Определить возможность и эффективность использования порошка из фитомассы Ceratophvllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis, Lemna minor, Salvinia

r- /-, 6+ EV3+ n ,2+ „

natans в качестве сорбентов ионов Cr , re , Cu и Ca .

Научная новизна работы.

Экспериментально доказана возможность использования Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis, Lemna minor, Salvinia natans) в качестве активных

агентов фигоремедиации

Определена продолжительность экспозиции Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis, при шторой обеспечивается максимальная очистка воды от ионов Cr6+, Fe3+, Cu2+ и Cd2+. ^ 3+

Получены новые сведения об использовании в качестве сорбентов ионов Cr , Fe , Cu2+ и Cd порошка из фитомассы Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis, Lemna minor, Salvinia natans

Установлены значение pH воды и количество сорбента из растений (Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis, Lemna minor, Salvinia natans), необходимые для эффективной очистки воды от ионов Cr , Fe , Cu и Cd .

Установлены математические уравнения, описывающие зависимость остаточной концентрации ионов Cr6+, Fe3+, Cu2+ и Cd2+ в конце очистки от значений pH и количества сорбента из растений.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Результаты диссертационной работы позволяют рекомендовать наиболее подходящий вид макрофитов для использования в очистных ветландах и эффективный сорбент из них для извлечения ионов Crst, Fe3+, Cu2+ и Cd2+ из воды.

На основе полученных результатов предложены оптимальные параметры (продолжительность экспозиции, значение pH, количество сорбента из растений) для достижения максимальной эффективности использования изучаемых макрофитов в

л 6+ Г Ï+ /-1..2+ .. /~,л2+

очищении воды от ионов Сг , Fe , Cu и Cd .

Построенные математические уравнения можно использовать для расчета остаточной концентрации ионов тяжелых металлов в растворах после очистки при заданных значении pH и количестве сорбента из растений.

Таким образом, полученные результаты могут быть использованы при разработке очистных ветландов и производстве сорбентов из фитомассы Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis, Lemna minor, Salvinia natans для очищения воды от тяжелых металлов.

Методология и методы исследования.

Методологической базой диссертации являются исследования ученых, такие как Н.В. Морозов (2001), А.Г. Дмитриева (2002), A.C. Гринин (2003), O.A. Розенцвет (2006), А Ф Титов (2007), Л.Г. Бондарева (2008), О.П. Калякина (2008), Т.А. Зотина (2009), С. А. Остроумов (2009), В. Voleksy (1990), I.A.H. Schneider (1995), Т.С. Wang (1996), M.N.V. Prasad (2004), R.H. Kadlec (2008), R.L. Knight (2008), J. Wang (2009) и др.

Концентрация ионов Cr6+, Fe3+, Cu2+ в растворах определялась на фотометре Эксперт-003 (Россия) по принятым стандартным методам: для Сгб+ по РД 52.24.446-2008; для Fe3+ - ПНД Ф 14.; 2.2-95 и для Си2+ - ПНД Ф 14.; 2.48-96. Концентрация ионов Cd2+ измерялась лабораторным иономером И-160 МИ (Россия) (Мидгли, Торренс, 1980).

В диссертационной работе использованы методы обработки статистических данных, наименьших квадратов, регрессионного анализа и математического моделирования с помощью статистических методов. Результаты экспериментов обработаны с помощью программы STATISTICA 8 и Microsoft Excel 2010.

Положения, выносимые на защиту.

Максимальное снижение концентрации ионов Сг6+, Fe3+, Cu2+ и Cd2+ в воде в присутствии Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis достигалось в определенных продолжительности экспозиции и значении рН.

Интервал значения рН, оптимальный для очистки воды от ионов Cr6*", Fe3+, Cu2+, Cd2+ сорбентами из изучаемых макрофитов различный для каждого иона.

Зависимость остаточной концентрации ионов тяжелых металлов в воде после очистки от значения рН и количества сорбента из растений описывается нелинейными уравнениями с высокой адекватностью.

Декларация личного участия автора. Автор самостоятельно разработал и проводил все эксперименты, и сделал обработку и анализ полученных данных. Диссертационная работа написана автором самостоятельно под руководством к.б.н., доц. Мельник И.В.

Степень достоверности результатов определяется применением современного сертифицированного аналитического оборудования, соблюдением требований действующих стандартов, а также общепринятыми статистическими методами обработки данных.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на следующих конференциях: International scientific conference on environment and biodiversity (Beograd, Serbia, 2010); Ежегодной Всероссийской научной конференции учащихся, студентов и молодых ученых «Научное творчество XXI века» (Красноярск, 2010); Ш-й Международной научно-практической конференции молодых ученых "Молодёжь и наука XXI века" (Ульяновск, 2010); Международной отраслевой научной конференции профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета, посвященная 80-летию основания Астраханского государственного технического университета (Астрахань, 2010); Международной научно-практической конференции "Фундаментальные и прикладные исследования университетов, интеграция в региональный инновационный комплекс" с участием в рамках программы "Участник молодёжного научно-инновационного конкурса", "У.М.Н.И.К." (Астрахань, 2010); Всероссийской научной конференции, посвященной 15-летию биологического факультета Сургутского государственного университета (Сургут, 2011); V-й Международной научной конференции молодых ученых и талантливых студентов (Москва, 2011); Международном молодежном научном форуме «ЛОМОНОСОВ-2012» (Москва, 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 4 в изданиях, рекомендуемых ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, результатов собственных исследований и их обсуждения, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 178 источников, из них 89 зарубежных.

Материал изложен на 160 страницах, содержит 11 таблиц, 29 рисунков, 21 приложения.

Глава 1. Обзор литературы

В главе приведен обзор литературы о роли водных макрофитов в фиторемсдиации сточных вод. Описано их практическое применение в очистных ветландах. Изложены све-

дения о аккумулирующей способности различных видов водных макрофигов по отношению к ионам ТМ. Проанализированы результаты современных исследований, посвященных изучению водных макрофигов, как биосорбентов для удаления ТМ из воды.

Глава 2. Материалы и методы исследования Работа выполнялась на кафедре гидробиологии и общей экологии Астраханского государственного технического университета в 2009 - 2012 годах. Объектами исследовании служили следующие виды водных макрофитов: роголистник погруженный (Ceratophyllum demersum L.), наяда гваделупская (Najas guadalupensis (Spreng.) Magnus), элодея канадская (Elodea canadensis Michx.), ряска малая (Lemna minor L.), сальвиния плавающая (Salvinia natans (L ) AU.). Три первые виды макрофигов выращивались в лабораторных условиях при искусственном освещении при 12-часовом световом дне, для чего применялись люминесцентные лампы (3500 Лк) (Coutris et al., 2011). Температура воды поддерживалась в пределах +19...26°С. Для выращивания растений использовалась водопроводная отстоянная в течение 2-3 дней вода. Растения росли, развивались и морфологически практически не отличались от подобных, произрастающих в естественной среде. Lemna minor nSalvmia natans отбирались в местах, где гидрохимические показатели были в пределах ПДК.

Эксперименты моделировали условия, которые могут создаваться при поступлении сточных вод от различных источников в очистные ветланды. При этом выбранный диапазон pH составлял от 3,5 (сточные воды угольных месторождений, крахмало-паточного производства и предприятий металлургического комплекса) до 12 (сточные воды текстильных предприятий) (Овцов и др., 1989; Колесников, Меныпугина, 2005).

В экспериментах с сырой биомассой:

Макрофиты тщательно промывались дистиллированной водой и взвешивались Масса Ceratophyllum demersum в опытах составляла 3,96 ± 0,13 г, Najas guadalupensis - 3,94 ± 0,12 г и Elodea canadensis - 3,98 ± 0,07 г в соответствии с работами других исследователей (Keskinkan et al., 2004; Бондарева, Калякина, 2008; Соломонова, 2009).

Растворы ТМ необходимой концентрации приготавливались из государственных стандартных образцов (ГСО) ТМ. Для подготовки растворов ионов ТМ со значением pH -3 6 и pH = 6 использовался ацетатный буферный раствор (CH3COOH+CH3COONa); а со значением pH =12 - добавлением щелочного раствора гидроксида натрия (NaOH) (Лурье, 1971; Справочник биохимика, 1991). Использование различных значений pH (ЗД 6; 12) в экспериментах связано с разнообразностью среды сточных вод от сильно кислой до щелочной (Овцов и др., 1989; Колесников, Меныпутина, 2005; Nelson et al., 2006).

Растворы ТМ с определенными концентрацией и значением pH заливались в стеклянные стаканы емкостью 500 мл, куда и помещали макрофит. В течение 13 - 15 суток через определенные промежутки времени проводился отбор и измерение концентрации ПОПОВ ТМ В растворах. В качестве контроля использовались растворы ионов ТМ без расте-

Начальная выбранная концентрация растворов составляла: Cr6* - 0,1 мг/л, Fe3+ - 1,5 мг/л Си2+ - 2 мг/л и Cd2+ - 0,5 мг/л в соответствии с работами других исследователей (Wolverton, McDonald, 1975; Muramoto, Ohi, 1983; Yao, Ramelow, 1997; Aziz et al., 2005;

Bounheng et al., 2006; Ibrahim et al., 2009).

Для оценки вредных действий ТМ на водные макрофиты в различных первоначальных значениях (ПНЗ) pH растворов использовались визуальные морфологические изменения.

В экспериментах с порошком из сухой биомассой:

Водные макрофиты промывалась дистиллированной водой и высушивалась в термошкафе при температуре 85°С в течение 6 часов, измельчалась в порошок частицами диаметром не более 0,5 мм с помощью лабораторной мельницы ЛЗМ-1 (Россия). После чего осуществлялось взвешивание порошка растений по порциям 0,05; ОД; 0,15 и 0,2 г. Для Najas guadalupensis такая порция составляла 0,025; 0,05; 0,1 и 0,15 г. Причина выбора сор-

бентов из разных видов водных макрофитов заключается в том, что их способность к очистке воды от ТМ имеет видовой характер, что подтверждено в других работах (Schneider et al., 1995; Schneider, Rubio, 1999; Bounheng et al., 2006; Hasan et al., 2010; Mahamadi, Nharin-go, 2010; Shoaib et al., 2011).

Удельная поверхность сорбентов из биомассы водных макрофигов определялась методом Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ) с помощью прибора ASAP 2010 (Matthias Thommes, 2010). Эти работы проведены на кафедре химии Лавальского университета (Канада).

Для приготовления растворов Cr6*, Fe3+, Cu2+ и Cd2+ определенных концентраций (0,1 мг/л; 1,5 мг/л; 2 мг/л и 0,5 мг/л, соответственно) применялись ГСО ионов ТМ, а для растворов с определенными значениями pH - буферные растворы (Справочник биохимика, 1991). Значения pH растворов составляли 3,5; 4,5; 5,5; 7; 9. Интервал pH 3-9 обычно используется при внедрении сорбентов для очистки сточных вод от TM (Volesky, 1990).

В мерный стакан заливалось 50 мл раствора ТМ определенной концентрации и определенным значением pH, куда помещалось заданное количество сорбента (КС) из растений, после чего раствор перемешивался на мешалке в течение 30 минут для получения эквивалентной адсорбции (Schneider, Rubio, 1999). В качестве контроля использовались растворы ионов ТМ без растений. После перемешивания проводился отбор проб и измерение концентраций ионов ТМ.

Определение концентрации ионов ТМ в растворах:

Концентрация ионов Crfrf, Fe3+, Cu2+ в растворах определялась с помощью фотометра Эксперт-003 (Россия) по принятым стандартным методам, а концентрация ионов Cd2+ - лабораторным иономером И-160 МИ (Россия) (Мидгли Д., Торренс К., 1980). Каждое определение концентрации ионов ТМ осуществлялось в трех повторностях.

Результаты экспериментов обработаны с помощью программы STATISTICA 8 и Microsoft Excel 2010. Данные экспериментов представлены как средние или средневзвешенные значения. Достоверность различий средних величин оценивали по t-критерию Стью-дента. Критический уровень значимости при проверке статистической гипотезы принимался при р < 0,05. Для проверки значимости коэффициентов корреляции использовалась /-статистика, а для проверки значимости математического уравнения - F-статистика (Jorgensen, Bendoricchio, 2001; Гринин и др., 2003; Симчера, 2008).

Глава 3. Использование водных макрофитов в очищении воды от ТМ 3.1. Реакция водных макрофитов на изменение значений pH и концентрацию ТМ в растворе

Для изучаемых макрофитов отмечены следующие основные морфологические негативные изменения на действие ионов ТМ: обесцвечивание листьев и стеблей; полная потеря зеленой окраски листьев; потеря тургора у листьев и стеблей; отделение листьев от стеблей; распад листьев и стеблей растения.

Сравнительный анализ ответной реакции водных макрофитов на действие ТМ показал, что ионы Cr6*, Fe3+, Cu2+ оказывают наиболее выраженное негативное воздействие на Ceratophyllum demersum, а ионы Cd2+ - на Elodea canadensis. Значение pH 12 приводит к повышению токсичных воздействий ионов Cr6+, Fe3+, Cu2+ и Cd2+ на Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis. В слабокислой (pH 6) и кислой (3,6) средах, в основном, не наблюдалось отделения, распада листьев и стеблей, что отмечалось при pH 12.

При наблюдении морфологических изменений водных макрофитов под действием ТМ в различных значениях pH, следует отметить, что наиболее часто регистрируемыми негативными имениями являются обесцвечивание и потеря тургора листьев и стеблей растения. Это происходило из-за редукции и разрушения хлорофилла, что находит подтверждение в других работах (Horwith et al., 1996; Mysliwa-Kurdziel, Strzalka, 2004; Vassilev et al., 2004). Остальные

указанные в нашей работе морфологические изменения осуществлялись по причине нарушения структуры и ультраструктуры клеток растений. Таким образом, вредное последствие, которое отмечено у растений зависит от вида водных макрофитов, иона ТМ и значения рН раствора.

3.2. Способность водных макрофитов в очищении воды от ТМ 3.2.1. Роголистник погруженный (СеШорНуПит (¡етекит)

Концентрация Сг6+ в растворах с роголистником погруженным имела различный характер изменений в течение 15 суток (рисунок 1). С16*

12 14 16

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Легенды: ось абсцисс - продолжительность (сутки);

ось ординат - концентрация иона ТМ в растворе (мг/л).

Для Сг®+ —О— Контроль -О-ПДК —»—При рН = 3,6 -Л— При рН = 6 —»—При рН = 12

Для остальных ионов -о—Контроль при рН = 3,6 и 6 -С^Котроль при рН =12 -о-ПДК -1—При рН = 3,6 -*—При рН = 6 —•—При рН = 12

Рис. 1. Изменение концентрации ионов ТМ в контрольных и опытных растворах с Ceratophyllum

demerswn при различных ПНЗ рН Повышение концентрации ионов Сг в растворах наблюдалось при рН = 3,6 и 12 с первых и 8-х суток, соответственно, после добавления растений (по t-критерию). При рН = 6 концентрация Сгб+ в растворе сначала постепенно снижалась до своего минимального значения (0,025 мг/л) на 7-е сутки, после чего начала возрастать до исходной величины в

конце эксперимента. В контроле (без растений) концентрация Сг ^ оставалась на уровне первоначального значения во всех вариантах рН (3,6; 6 и 12).

Увеличение концентрации Cr6"1" в опыте, возможно, происходило из-за экстракции ионов ТМ из растений в растворы, что объясняется повреждением клеточных мембран, пассивной утечкой солей из вакуолей или нарушением структур клеточных компонентов (Дмитриева и др., 2002). Такие нарушения можно наблюдать невооруженным глазом - это потеря тургора, отделение и распад листьев и стеблей растения. Однако, возможно, существует нарушение внутренних клеточных структур, которое невозможно наблюдать обычным глазом. Так, в работах других исследователей (Molas, 1997; Кузнецов, Дмитриева, 2006) показано, что ТМ могут воздействовать на ультраструктуру клетки и нарушать ее. Увеличение концентрации ионов ТМ в растворах в присутствии макрофитов также наблюдалось в работе Г.В. Лобковой (2012), в которой концентрация ТМ в растворе увеличилась с первых суток после добавления Lemna minor и Elodea canadensis (Лобкова, 2012).

Заметное снижение концентрации Fe3+ в опытах с роголистником погруженным наблюдалось при ПНЗ рН = б и 12. Следует отметить, что при рН = 12 осуществлялось скачкообразное уменьшение концентрации Fe3+ до минимального значения (0,1 мг/л) уже на 2-е сутки, при ПДК Fe3+ равном 0,3 мг/л. С 3-его дня концентрация Fe3+ снова начала увеличиваться, достигнув уровня выше ПДК примерно после 6-ого дня эксперимента.

При рН = 6 концентрация Fe3+ постепенно уменьшалась и только на 8-ые сутки наблюдалось ее резкое снижение до минимального значения (0,123 мг/л) на 12-е сутки. При рН = 3,6 с 5-го дня и до конца эксперимента концентрация Fe3+ находилась на уровне 1,3 -1,4 мг/л.

В контрольных растворах при ПНЗ рН = 3,6 и 6 концентрация Fe3+ была практически постоянной в течение всего опыта Однако в варианте с рН = 12 концентрация Fe3+ резко снизилась уже в самом начале эксперимента в связи с выпадением в осадок нерастворимого гидроксида Fe(OH)3.

Концентрация Си2+ в опытных растворах с рН = 6 и 12 постепенно уменьшалась до конца эксперимента. Однако в варианте с рН = 6 это уменьшение носило более интенсивный характер, чем в случае с рН = 12. После 6-ти суток в растворе с рН = 6 концентрация Си2+ достигла 0,6 мг/л (ниже ПДК) и оставалась постоянной до конца эксперимента. Подобная картина повторилась и при рН = 12. Особый случай наблюдался в варианте с рН = 3,6, в котором концентрация Cu + немного увеличилась после добавления растений, затем стала уменьшаться до значения 1,578 мг/л к концу эксперимента. При этом сначала происходила экстракция ионов ТМ из растений в растворы, затем вступили в действие процессы сорбции.

Для контрольных растворов концентрация Си2+ изменилась также, как и в эксперименте с ионами Fe3+. При рН = 3,6 и 6 концентрация данного элемента была постоянной в течение всего опыта, а при рН = 12 она снизилась до постоянного значения (примерно 1,360 мг/л) на 4-ые сутки, что находит объяснение в образовании синего нерастворимого хлопьевидного осадка гидроксида Си(ОН)2. Однако необходимо отметить, что концентрация Си2+ опытного раствора ниже контрольного примерно на 0,35 мг/л в последние сутки эксперимента. Это свидетельствует о том, что после образования нерастворимого осадка Си(ОН)2 свободные ионы Си2+ еще адсорбировались растением.

Изменения концентраций ионов Cd2+ в опытных растворах при различных ПНЗ рН носят схожий характер (рисунок 1). Во всех вариантах исследуемый показатель сначала в течение некоторого времени уменьшался, затем начинал увеличиваться. При этом своих минимальных значений (от 0,356 до 0,224 мг/л) он достиг: при ПНЗ рН = 3,6 на 4-е сутки; на 6-е сутки при ПНЗ рН = 6 и 12.

Концентрация Cd2+ в контрольных растворах при ПНЗ рН = 3,6 и 6 не изменилась в течение всего эксперимента и оставалась на первоначальном уровне (0,5 мг/л). В отличие от этого при ПНЗ рН =12 наблюдалось снижение ее в контроле до значения 0,422 мг/л к концу эксперимента вследствие образования нерастворимого осадка Cd(OH)2.

3.2.2. Наяда гваделупская (Najas guadalupensis) Динамика концентраций ионов Сг+ при pH = 12 очень схожа с результатами исследований, полученными нами с роголистником погруженным (рисунок 2).

Cr6*

2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0

Cu2+

0,6

О 2 4 6 8 10 12 14 16

Легенды: ось абсцисс - продолжительность (сутки);

ось ординат - концентрация иона ТМ в растворе (мг/л).

Для Сг6+ —О—Контроль -□-ПДК —I—ПрирН = 3,6 -*— При pH = 6 ПрирН= 12

Для остальных ионов —о—Контроль при рН = 3,6 и 6 —о—Контроль при рН = 12 -о—ПДК —»—При рН = 3,6 —ж—При рН = 6 —•—При рН = 12

Рис. 2. Изменение концентрации ионов ТМ в контрольных и опытных растворах с Л'а/(М %исч1аЫрепзи при различных ПНЗ рН В опытном варианте при рН = 3,6 концентрация Сг6+ возрастала до максимального значения 0,127 мг/л, что в 1,27 раза выше первоначального. После чего наметилась тенденция ее прямолинейного снижения до минимальной величины в 0,107 мг/л к концу эксперимента. В варианте с рН = 6 у наяды гваделупской наблюдалась высокая очистительная способность. Так, концентрация Сг^ в данном растворе непрерывно снижалась в течение 4-х суток до величины примерно 0,03 мг/л, сохраняясь на данном уровне до конца эксперимента. Это величина значительно ниже ПДК Сг (0,05 мг/л).

Результаты исследований свидетельствуют о том, что во всех опытных растворах концентрация Ре3+ резко уменьшалась после добавления ЛГа/о* %иа(1а1иргп$1$. При рН = 3,6

и 12 на 2-ые сутки данный показатель снизился почти в 5 раз по сравнению с первоначальным значением, после чего последовало увеличение концентрации до величины, превышающей ПДК Fe3+. В варианте при рН = 6 в течение первых 4-х суток концентрация Fe3+ стабилизировалась на уровне приблизительно 0,1 мг/л. Это значение в 15 раза ниже первоначального и в 3 раза меньше ПДК Fe3+.

В экспериментах с Си2+ отмечено заметное снижение концентрации этого иона с течением времени в опытных растворах при рН =6 и 12, однако в первом случае интенсивность изменения выше, чем во втором. По истечению 5-ти суток при рН = б, 7 и при рН = 12 данный показатель достиг величин приблизительно 0,7 мг/л и 0,8 мг/л, соответственно, которые ниже ПДК Си2+. В варианте опыта при ПНЗ рН = 3,6 концентрация Си2+ увеличилась после добавления макрофита, затем стала постепенно уменьшаться, что продолжалось до конца эксперимента. Однако полученное значение концентрации данного элемента превышало ПДК.

При рН = 3,6 и 12 в опытных растворах изменения концентрации ионов Cd2+ носили схожий характер. Концентрация Cd + сначала снижалась и достигла минимального значения на 4-е сутки, после чего стала увеличиваться. В обоих случаях различие между концентрациями CdJ+, начиная с 6-х суток и до конца эксперимента, не имело статистической значимости (по t-критерию). Поэтому данная концентрация Cd2+ может считаться постоянной. При ПНЗ рН = 6 концентрация Cd2+ опытного раствора уменьшилась до значения 0,132 мг/л, что в 3,8 раза ниже исходной величины (0,5 мг/л). Однако после достижения своего минимального уровня она обратно увеличилась к последним суткам эксперимента до значения 0,24 мг/л.

3.2.3. Элодея канадская (Elodea canadensis)

В опытном варианте с ПНЗ рН = 12 отмечался особый случай, при котором концентрация Сгб+ в растворе постоянно возрастала до конца эксперимента В варианте с ПНЗ рН = 6 отмечалось снижение концентрации Сг6* в растворе примерно до 0,055 мг/л, что выше ПДК Сг61" (рисунок 3).

Самая высокая очистительная способность по отношению к ионам Сг6+ у Elodea canadensis отмечалась в варианте с ПНЗ рН = 3,6, когда концентрация Сг4* раствора уменьшилась до минимального значения (0,0196 мг/л) на 8-е сутки, после чего она снова возросла. При этом тенденция изменения концентрации Сг6* носит параболический характер.

Характер изменений концентрации ионов Fe3+ у Elodea canadensis с ПНЗ рН = 12 схож с таковым у Najas guadalupensis при ПНЗ рН = 6. В опытном варишгге с ПНЗ рН = 6 концентрация Fe3+ после достижения минимального значения (0,815 мг/л) на 8-е сутки начала расти до значения, превышающего первоначальное.

В экспериментах с Си2+ во всех опытных растворах наблюдалось заметное снижение концентрации Си24, значение которой к концу эксперимента было ниже ПДК Си2+. До 7-ых суток исследований наиболее интенсивное снижение концентрации данного элемента осуществлялось в опытном варианте с ПНЗ рН = 12, а на 8-ые - с ПНЗ рН = 6. Самая низкая концентрация Си2+ (0,545 мг/л) наблюдалась в опытном растворе с ПНЗ рН = 6, что в 3,7 раза ниже первоначального значения. Следует отметить, что снижение данного показателя опытного раствора с ПНЗ рН = 12 выражено более интенсивно, чем в контрольном варианте с ПНЗ рН = 12.

Высокая способность Elodea canadensis к очистке воды от Cd2+ наблюдалась при ПНЗ рН = 3,6. После добавления растения в раствор концентрация Cd2+ опытного раствора стала интенсивно снижаться и через 4- суток она достигла постоянной величины в 0,1 мг/л, в 5 раза ниже первоначальной. В варианте при ПНЗ рН = 6 концентрация Cd2+ опытного раствора постепенно уменьшалась со временем, достигая минимального значения в 0,298 мг/л на 6-е сутки, после чего тенденция изменения кардинально меняет свое направление на возрастание.

Легенды: ось абсцисс - продолжительность (сутки);

ось ординат - концентрация иона ТМ в растворе (мг/л).

Для Ст6* —О—Контроль -О-ПДК —I—ПрирН = 3,б -*—ПрирН = б -*— ПрнрН=12

Для остальных ионов

-о—Контроль при рН = 3,6 и 6

—Э—Конгроль при рН = 12

-О-ПДК

—I—При рН = 3,6

—А—При рН = 6

—•—Прн рН = 12

Рис. 3. Изменение концентрации ионов ТМ в контрольных и опытных растворах с Elodea canadensis при различных ПНЗ рН

3.2.4. Видовая специфика водных макрофитов в очистке воды от ТМ

Способность Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis к очищению воды от ионов Cr6+, Fe3+, Cu2+ и Cd2+ оценивалась по максимальной эффективности их очистки при определенных ПНЗ рН и продолжительности экспозиции (таблица 1).

Для каждого вида изучаемых макрофитов определен порядок снижения эффективности очистки воды от ТМ, который можно представить в следующем виде:

- Ceratophyllum demersum: Fe3+ > Сг^ > Cu2+ > Cd2+

- Najas guadalupensis: Fe3+ > Cd2+ > Cr6+ > Cu2+

- Elodea canadensis-. Fe3+ > Cd2+ > Cu2+ > Cr6+

Таблица 1

Максимальная эффективность очистки воды от тяжелых металлов изучаемыми макрофитами

Виды изучаемых макрофитов Ионы ТМ Максимальная эффективность очистки (%) ПНЗ рН Продолжительность (сутки)

Crt+ 75 6 7

Ceratophyllum demersum Fe3+ 93,1 (91,8) 12 (6) 2 (12)

Cui+ 70,75 6 7

Cdw 55,2 6 6

Crb+ 72 6 13

Najas Feiv 92,7 6 4

guadalupensis Cui+ 68,6 6 9

Cd2' 73,6 6 9

Cr" 55 3,6 8

Elodea canadensis FeJ+ 87,3 12 5(8)

Cu2+ 72,75 6 15

Cd2+ Около 80 3,6 4(13)

Таким образом, все взятые в эксперименты виды макрофитов обладают наивысшей способностью к очистке воды от Fe3+, затем следуют Cd2+ и Сг

Отдельно по эффективности очистки воды от каждого ТМ водные макрофиты выстраиваются в следующие ряды:

- для Crs+: Ceratophyllum detnersum > Najas guadalupensis > Elodea canadensis

- для Fe3+: Ceratophyllum demersum > Najas guadalupensis > Elodea canadensis

- для Cu2+: Elodea canadensis > Ceratophyllum demersum > Najas guadalupensis

- для Cd2+: Elodea canadensis > Najas guadalupensis > Ceratophyllum demersum

Таким образом, наивысшая эффективность очистки воды от Сг6+ и Fe3+ отмечена у

Ceratophyllum demersum, a Cu2+ и Cd + - у Elodea canadensis.

Результаты проведенных нами исследований свидетельствуют о высокой очистительной способности сырой биомассы Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis по отношению к ионам Fe3+, что находит подтверждение в работах других авторов (Кадукин и др., 1982; Борисова и др., 2005; Rai et al., 1995). Степень очистки воды от ионов Cr6*, Cu2+, Cd2+ зависит от видовой принадлежности макрофитов. Так например, наивысшей эффективностью очистки воды от ионов Сг6+ и Fe3+ обладает Ceratophyllum demersum, or Cu2+ и Cd2+ - Elodea canadensis. Для каждого вида растения наибольшая эффективность очистки воды от ионов ТМ достигается через определенное время и ПНЗ рН.

Глава 4. Использование сорбентов из водных макрофитов для очистки воды от ионов ТМ 4.1. Некоторые характеристики сорбентов из водных макрофитов

Макрофиты до и после сушки взвешены и рассчитано отношение между их сырой и сухой биомассами, которое для исследуемых видов имеет следующий убывающий ряд: Lemna minor (26,75 ± 1,64) = Najas guadalupensis (25,57 ± 3,41) > Salvinia natans (18,67 ± 1,39) > Elodea Canadensis (13,90 ± 0,78) = Ceratophyllum demersum (13,55 ± 1,17).

Удельная поверхность сорбентов из макрофитов (м2/г) представлена следующим рядом: Salvinia natans (163,60 ± 0,80) = Ceratophyllum demersum (162,00 ± 4,96) > Elodea canadensis (133,70 ± 0,59) > Najas guadalupensis (109,60 ± 0,75) > Lemna minor (95,30 ± 0,58).

Анализ рядов свидетельствует о том, что между отношением сырой, сухой биомассы и удельной поверхностью сорбентов из растений существует обратная связь: для макрофи-тов с низким отношением сырой, сухой биомассы характерна высокая удельная поверхность.

4.2. Сорбент из роголистника погруженного {СеШорИуЦит Летегшт)

На основе данных экспериментов с СегШорИуНит (1етепит с помощью программы ЭТАТКЛСА 8 при использовании /-статистика и /^-статистика определены следующие математические уравнения зависимости концентрации ионов ТМ растворов от значения рН и количества сорбента (КС) из СегаЮрИуИит ¡¿етепит:

- для иона Сг6+: Я2 = 0,94

г = -1,3798+1,09826х -0,79063у+0,060107ху-0,29342х2+0, 033505х3-0,00138х4

- для иона Ре3+: Я2= 0,97

г = 16,7-11,8х-28,2у+3,28х2+341,7^-0,38х3+0,02х4

- для иона Си2+: Я2 = 0,942

7. = -33,825+26,5689х-1,4647ху-7,0381х2+119,127^+0,79159х3-354,3у3-0,03204х4-0,03204у4+0,073352х4у4

- для иона Сс12+: Я2= 0,79

г = 15,2303-10,758х-0,23383ху+2,82921хг-0,31802х3+0,012919х4

При этом: г - концентрация ионов ТМ растворов (мт/л); х - значение рН растворов; у - количество сорбента из растений (г); Я2 - коэффициент детерминации.

Графическое изображение таких уравнений представлено на рисунке 4.

Я2—0,94

Бе

до >2,4

<2.1

А ьШ < 1.7

и ни < 1,3

у т <0,9

ШЯ <0,5

□ <0,1

/ °'Оо

Рис. 4. Графическое изображение математических уравнений, описывающих изменение концентрации ионов ТМ растворов в зависимости от значения рН и КС из СегМоркуЦит сктекит. Где: ъ - концентрация ионов тяжелого металла растворов (мг/л); х - значение рН растворов; у - количество сорбента из растений (г); Я2 - коэффициент детерминации.

Самое интенсивное снижение концентрации Сг6+ в опытных растворах наблюдалось при рН = 3,5, при этом с увеличением КС концентрация Сгб+ уменьшалась и достигла значения 0,027 мг/л, которое примерно в 3,7 раза ниже первоначальной величины (0,1 мг/л). В вариантах с рН = 7 и 9 изменений концентрации данного металла не отмечалось (по Ь критерию). В эксперименте с ионами Ре3+ во всех вариантах прослеживалось заметное уменьшение их концентрации в растворах с увеличением КС. Однако характер изменений данного показателя был различным при опытных значениях рН, при этом минимальное его значение отмечалось при рН = 7 (0,196 мг/л). Динамика концентрации Си2+ опытных растворов при различных значениях рН и КС также носила неоднозначный характер. С увеличением КС данный показатель уменьшался незначительно, и минимального значения (0,801 мг/л) он достиг при рН = 7 и КС = 0,2 г.

В отличие от всех вышеописанных случаев, в эксперименте с ионом С<1 у СегаЮрИуИит с1етекит появилась способность увеличивать концентрацию данного иона опытных растворов при рН = 3,5 и 5,5. В остальных вариантах с рН = 4,5; 7 и 9 наблюдалось уменьшение данного показателя с увеличением КС.

4.3. Сорбент из наяды гваделунской (ЛГо/оу guadalupensis)

Определенные нами уравнения зависимости концентрации ионов ТМ растворов от значения рН и КС из Ыщая guadalupensis имеют следующий вид:

- для иона Сг6+: Я2 = 0,92

т. = 0,229059-1,3 574у+0,051331ху+10,4002у2-35,579^

- для иона Бе3+: II2 = 0,80

г = -16,766у-1,9858х2+464,712у2 +0,246172х3-4670,8у3-0,01089х"

- для иона Си2+: И2 = 0,83

г = 10,0147-4,3281х+0,745586х2-0,0409х3

- для иона Сс12+: Я2= 0,82

г = 11,6131-7,8067х+1,98144х2-0,21609х3-Н),008562х4

При этом: г - концентрация ионов ТМ растворов (мг/л); х - значение рН растворов: у - количество сорбента из растений (г); Я2 - коэффициент детерминации.

Графическое изображение данных уравнений представлено на рисунке 5.

В экспериментах с ионами Сг6+ отмечено, что с увеличением КС концентрация Ст опытных растворов снижалась и минимальное ее значение (0,034 мг/л) отмечалось при рН = 4,5 и КС = ОД5 г. Исключением являлись результаты опыта с рН = 9, где добавление порошка Л'о/ал- guadalupensis не оказывало никакого влияния на изменение концентрации Сг6+ опытных растворов (по ^критерию). б+

В варианте с рН = 5,5 с увеличением КС произошло уменьшение концентрацию Сг до одного уровня (0,05 мг/л). В опытах с рН = 7 при КС = 0,025 и 0,05 г отмечалась подобная картина. Увеличение массы до 0,15 г не способствовало увеличению адсорбции Сг , концентрация его оставалась на уровне как в варианте с КС = 0,05 г.

В опытах с Ре3+ наблюдалась неоднозначная картина, свидетельствующая о том, что КС в большинстве случаев не играет существенной роли в изменении концентрации данного иона в растворах. Адсорбционная способность в большей степени проявилась при рН = 4,5 и КС = 0,025 и 0,05 г, а при рН = 7 отмечалось увеличение концентрацию Ре3+с 1,542 до 1,715 мг/л при увеличении КС с 0,025 до 0,15 г.

В эксперименте с ионами Си2+ отмечалась явная тенденция уменьшения концентрации ионов Си опытных растворов и такое изменение было самым интенсивным при рН = 9. При КС = 0,05 г концентрация Си2+ снизилась до 1,085 мг/л, после чего при КС = 0,1 и 0,15 сохранилась на прежнем уровне.

В опытах с ионами С<32+ (кроме варианта с рН = 3,5) у сорбента из Иа¡аз guadalupensis появилась способность снижать концентрацию С<12+ до определённого значения вне зависимости от значения рН. В случае с рН = 4,5 при КС = 0,15 г наблюдалось

самое значительное снижение данного показателя до 0,203 мг/л. В целом, изменение концентрации ионов Си2+ и Cd2+ не зависит от КС из Najas guadalupensis.

X х

Рис. 5. Графическое изображение математических уравнений, описывающих изменение концентрации ионов ТМ растворов в зависимости от значения рН и КС из Najas guadalupensis. Где: z -концентрация ионов тяжелого металла растворов (мг/л); х - значение рН растворов; у - количество сорбента из растений (г); R2 - коэффициент детерминации.

4.4. Сорбент из элодеи канадской (Elodea canadensis)

Математические уравнения зависимости концентрации ионов ТМ растворов от значения рН и КС из Elodea canadensis имеют следующий вид:

- для иона Сг6+: R2 = 0,81

z = 0,05334х-0,49753у-0,00396х2

-для иона Fe3+:R2= 0,70

z=l 1,473 7-5,8695х-25,23 9у+1,07484х2-0,06119х3-0,52579хУ

- для иона Cu2+: R2 = 0,98

z= 10,1883х-43,881у-2,6511х2+640,834у2-3810^+7866,67у4

-для иона Cd2+:R2= 0,85

z = 14,3894-10,634х-0,19832ху+2,92935х2-0,34351х3+0,014472х4

При этом: z - концентрация ионов ТМ растворов (мг/л); х - значение рН растворов; у - количество сорбента из растений (г); R2 - коэффициент детерминации.

Графическое изображение построенных уравнений показано в рисунке 6.

В исследованиях с ионами Сг6+ из всех вариантов рН растворов только при значении 3,5 у сорбента из Elodea canadensis появилась способность снижать концентрацию Сг6+ до минимального уровня при КС = 0,05 г. В экспериментах с ионами Fe3+ при увеличении КС концентрация данного металла опытных растворов при рН = 7 увеличилась, достигая максимального значения 2,532 мг/л. Причиной этого является десорбция ионов Fe3+ из сорбента в опытные растворы. Во всех остальных опытных вариантах концентрация данного иона только уменьшалась, но с различной интенсивностью.

R2=0,70

3,0 '

z 2-5 •

2,0

■1 >0.1 1,5 "

В < 0.09

И < 0,07 1,0 1

И < 0,05 0,5

т <о,оз о.оо \ о**5

1 1 <0.01

0,8 '

0.7

Си Z 0,6

0,5

0,4

Н > 1,3 0.3

Щ < 1,275 0.2

И < 0,975 0,1

Щ <(¿75

ОЛ5

Рис. 6. Графическое изображение математических уравнений, описывающих изменение концентрации ионов ТМ растворов в зависимости от значения рН и КС из Elodea canadensis. Где: z - концентрация ионов тяжелого металла растворов (мг/л); х - значение рН растворов; у - количество сорбента из растений (г); R2 - коэффициент детерминации.

По отношению к ионам Си24 у сорбента га Elodea canadensis при всех значениях рН (кроме рН = 4,5) отмечалась способность снижать концентрацию Си2+ до значения ниже ПДК. С увеличением КС степень снижения концентрации Си2+ изменялась в зависимости от значения рН. В эксперименте с ионами Cd2+ у данного макрофита обнаружились две способности: при рН = 5,5 - десорбция ионов Cd2+ из сорбента в растворы; при рН = 4,5-сорбция, т.е. статистически значимое уменьшение концентрации Cd .

4.5. Сорбент из ряски малой (Lemna minor)

Зависимость концентрации ионов ТМ растворов от значения рН и КС из Lemna minor определяется следующими уравнениями:

- для иона Сг6+: R2 = 0,87

z = 1,25514-0,85614х-Н),024706ху+0,227479х2-0,0257х3+0,001044х4

- для иона Fe3+:R2= 0,82

z = -28,478+22,7346х+1,31808ху-6,1829х2+0,715839х3-,02984х4

-для иона Cu2+:R2 = 0,89

z = -39,59+32,0516х-27,391у-8,7266х2+0, 999106х3-0,04088х4

- для иона Cd2+: R2= 0,87

z = l,05477-0,307х-0,16855ху+0,052161х2+14,7429^-0,00275x3-41,6y3

Графическое изображение построенных уравнений показано в рисунке 7.

В опытных вариантах с рН = 3,5 и 4,5 при добавлении сорбента из ряски малой отмечено одинаковое снижение концентрации Сг^ растворов при каждом КС, а при рН = 5,5; 7 и 9 сорбционной способности по отношению к ионам Сг6+ не обнаружилось.

В экспериментах с ионами Fe3+ самая значительная степень ее уменьшения была зафиксирована в варианте с рН = 5,5, где с увеличением КС исследуемый показатель постепенно снизился до 0,563 мг/л при КС = 0,2 г. В опытах с рН = 7 и 9 отмечалась десорбция ионов Fe3+ из сорбента в растворы, что привело к увеличению концентрации данного металла в опытных растворах.

В исследованиях с ионами Си2+ отмечена высокая способность сорбента из Lemna minor к удалению данного иона из раствора (91,1%). При всех опытных значениях рН прослеживалась общая тенденция уменьшения концентрации Си2+ растворов с увеличением КС. В целом, Lemna minor снижает концентрацию Си2+ до величины ниже ПДК Си2+ при рН = 4,5;5,5 и 7.

В экспериментах с ионами Cd2+ отмечено незначительное снижение его концентрации в опытных растворах при рН = 5,5; 7 и 9, а в вариантах с рН = 3,5 и 4,5 присутствие порошка Lemna minor не вызвало изменений концентрации Cd2+.

R2=0,87 R2K),82

Рис. 7. Графическое изображение математических уравнений, описывающих изменение концентрации ионов ТМ растворов в зависимости от значения рН и КС из Lemna minor. Где: z - концентрация ионов тяжелого металла растворов (мг/л); х - значение рН растворов; у - количество сорбента из растений (г); R2 - коэффициент детерминации.

4.6. Сорбент из сальвинии плавающей (Salvinia natans)

Нами определены следующие математические уравнения зависимости концентрации ионов ТМ растворов от значения рН и КС из Salvinia natans:

<0,12 <0,11 <0,1 <0,09 <0,08 <0,07

- для иона Сг^: Я2 = 0,82

г = 0,282708 -0,11441х -0,24940у+0,022122х2-1,45713у2- 0,00131х3

- для иона Бе3*: Я2 = 0,89

г = -53,515+40,8199х-27,232у+0,870895ху-10,972х2+1,26445х -0,05264х

- для иона Си2+: Я2 = 0,93

г = -36,217+29,9538х-0,72419ху-8,3418х2+0,980377х3-0,04121 х4

- для иона Сс12+: Я2= 0,82

г = 0,650094х-2,3601у-0,12101х2+0 ,006948х3

При этом: г - концентрация ионов ТМ растворов (мг/л); х - значение рН растворов; у • количество сорбента растений (г); Я2 - коэффициент детерминации.

Графическое изображение построенных уравнений представлено на рисунке 8.

<0,1 <0,09 <0,08 <0,07 <0,06 <0,05

>2,5 <2,5 <2

< 1,5

< 1 <0,5

0.5 0,475 0,375 0,275

Рис. 8. Графическое изображение математических уравнений, описывающих изменение концентрации ионов ТМ растворов в зависимости от значения рН и КС из ЗаЫта паШт. Где: г - концентрация ионов тяжелого металла растворов (мг/л); х - значение рН растворов; у - количество сорбента го растений (г); Я2 - коэффициент детерминации.

Во всех вариантах с добавлением порошка ЯаМта паШт при различных значениях рН и КС = 0,05 г не отмечалось статистически значимого отличия в концентрации Сг между опытными и контрольными растворами. А при КС = 0,1 г подобная картина наблюдалась во всех опытах кроме случая с рН = 7. Также следует отметить, что при рН - 3,5; 4,5 и 9 сорбент из 8аМта пЫаги снижал концентрацию Сг61 до одного значения при каждой КС. При рН = 5,5 увеличение КС с 0,1 до 0,2 г не вызвало статистически значимого отличия в

концентрации Сг64" между опытными растворами, а при рН = 7 изменений концентрации Сг6+ не наблюдалось.

В экспериментах с ионами Ре3+ наблюдалась не только сорбционная, но и десорбци-онная способности у данного макрофита (при рН = 3,5; 4,5 и 5,5 - сорбция, а при рН = 7 и 9 — десорбция). Общая тенденция уменьшения концентрации Си2+ с увеличением КС при всех значениях рН отмечалась в опытах с данным металлом. Максимальное его снижение отмечалось в варианте с рН = 5,5. В экспериментах с ионами С<12+ добавление сорбента из БаЫта па1апя приводило к уменьшению концентрации С<12+ до определенного значения (около 0,4 мг/л) при рН = 5,5 вне зависимости от КС. Самое значительное его уменьшение отмечено при рН = 7 (при КС = 0,05 г на 20%, а при КС = 0,2 г на 45,2%).

4.7. Оценка эффективности очистки воды от ТМ сорбентом из водных макрофитов Для оценки способности водных макрофитов к очищению воды от ионов Сг64", Ре3+, Си2+ и С(12+ использован критерий максимальной достигаемой эффективности очистки. Значения такого критерия представлены в таблице 2.

Таблица 2

Максимальная достигаемая эффективность очистки воды от ТМ сорбентом из водных макрофитов при определенных значениях рН и КС (%).

ИоныТМ Виды водных макрофитов

Ceratophyllum demersum Najas guadalupensis Elodea canadensis Lemna minor Salvinia natans

Cr6+ Эффективность 1Ъ 66 69 35 67

рн 3,5 4,5 3,5 4,5 3,5 и 4,5 3,5; 4,5 и9

КС 0,2 0,15 0,1-0,2 0,2 0,15-0,2 0,2

FeJ+ Эффективность 86,9 23,3 69,3 62,5 55,7

РН 7 9 9 5,5 3,5 и 5,5

КС 0,15-0,2 0,025 0,15-0,2 0,2 0,05

Cu2+ Эффективность 59,9 65,7 75,1 91,1 78,4

РН 7 4,5 7 5,5 5,5

КС 0,2 0,15 0,2 0,2 0,2

Cd2+ Эффективность 31,6 59,4 50 35,2 45,2

РН 4,5; 7 и 9 4,5 7 9 7

КС 0,2 0,15 0,15-0,2 0,15-0,2 0,15-0,2

При сравнении очистительной способности макрофитов по каждому элементу были определены следующие ряды:

- для Cr6+: Ceratophyllum demersum > Elodea canadensis > Salvinia natans > Najas gu-adalupensis > Lemna minor.

- для Fe3+: Ceratophyllum demersum > Elodea canadensis > Lemna minor > Salvinia natans > Najas guadalupensis.

- для Cu2+: Lemna minor > Salvinia natans > Elodea canadensis > Najas guadalupensis > Ceratophyllum demersum.

- для Cd2+: Najas guadalupensis > Elodea canadensis > Salvinia natans > Lemna minor > Ceratophyllum demersum.

Для каждого из видов исследуемых макрофитов установлены следующие порядки уменьшения очистительной способности по отношению к ионам ТМ:

- Ceratophyllum demersum: Fe3+> Cr6+> Cu2+> Cd2+

- Najas guadalupensis-. Ct**> Cu2+> Cd2+> Fe3+

- Elodea canadensis: Cu2+>Fe3+> Cr6+> Cd2+

- Lemna minor: Cu2+> Fe3+> Cd2+> Cr6*

- Salvinia natans: Cu2+> Cr6+> Fe3+> Cd2+

Представленные данные свидетельствуют о том, что у всех макрофитов обнаружена высокая очистительная способность по отношению к ионам Си2+ и Fe3+, и в меньшей степени к ионам Сг6+.

Заключение

Результаты работы показывают, что у Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis и Elodea canadensis отмечается высокая способность очистки воды от ТМ, при этом максимальная ее эффективность достигается только через определенное время (до несколько суток экспозиции).

Результаты проведенных исследований с макрофитами свидетельствуют о том, что в опытных растворах имеет место не только сорбция и аккумуляция, но и экстракция ионов ТМ в растворы. Подобные данные были получены и другими авторами (Molas, 1997; Кузнецов, Дмитриева, 2006), которые отмечали, что при низких значениях рН может происходить повреждение клеточных мембран и, как следствие, пассивная утечка солей ТМ из вакуолей (Дмитриева и др., 2002).

Установленные математические уравнения обладают высокими коэффициентами детерминации (R2 > 0,8), свидетельствующими о высокой их адекватности экспериментальным данным, и показывают, что во многих случаях остаточная концентрация ионов ТМ в конце очистки в большей степе™ зависит от значения рН.

Значение рН растворов оказывает существенное влияние на изменение концентрации ионов ТМ растворов в присутствии изучаемых макрофитов. Это объясняется тем, что ионы Н* и ОН" значительно влияют на сорбционные процессы (комплексообразование, координация, хелирование, ионный обмен, адсорбция, микроскопическое осадкообразование, диффузия, экстракция). Ионы Н+ и ОН" могут способствовать или ингибировать такие процессы в зависимости от микроскопической структуры и химического состава сорбентов из макрофитов, и ионов ТМ.

Результаты проведенных нами исследований доказывают возможность использования водные макрофиты в качестве сорбентов для удаления ионов Сг6*, Fe3*, Cu2+ и Cd +из воды.

Выводы

1. Значение рН воды 12 приводит к повышению токсичных воздействий ионов Сг , Fe3+, Cu2+ и Cd2* на Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis, из-за чего отмечены у них следующие морфологические изменения: обесцвечивание листьев и стеблей; полная потеря зеленой окраски листьев; потеря тургора у листьев и стеблей; отделение листьев от стеблей; распад листьев и стеблей растения. В слабокислой (рН 6) и кислой (3,6) средах, в основном, не наблюдалось отделения, распада листьев и стеблей.

2. Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis и Elodea canadensis в количестве 8 г/л воды способны максимально снижать концентрации ионов Сг**, Fe3+, Си + и Cd в воде при определенном значении рН:

- Ceratophyllum demersum - по Сг6* в 4,0; по Fe3* в 14,6; по Си + в 3,4 и по Cd в 2,2 раза при рН = 6;

- Najas guadalupensis - по Сг6* в 3,6; по Fe3* в 13,8; по Си2+ в 3,2 и по Cd2 в 3,8 раза прирН = 6;

- Elodea canadensis - по Сг6* в 5,3 раз при рН = 3,6; по Fe в 7,9 раз при рН = 12; по Си2+ в 3,7 раз при рН = 6 и по Cd2+ в 5,0 раз при рН = 3,6.

3. Оптимальная продолжительность экспозиции для очистки воды макрофитами Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis и Elodea canadensis (в количестве 8 г/л воды) от ионов Сг6*, Fe3*, Cu2+ и Cd2+ находится в интервале 4-9 суток при значении рН= 6.

4. С помощью построенных математических уравнений определена зависимость остаточных концентраций ионов Cr64', Cu2+, Cd2+B воде от значения pH и количества сорбента из растений (Ceratophyllum demersum, Elodea canadensis, Lemna minor, Najas guadalupensis, Salvinia natans), на основе чего установлены оптимальные интервалы значения pH и количества сорбента для очистки воды:

- для Cr6*: pH - 3,5-4,5; количество сорбента - 3-4 г/л;

- для Cu2+: pH - 5,5-7; количество сорбента—4 г/л;

- для Cd2+: pH - 7,5-8,5; количество сорбента - 3-4 г/л.

5. Сорбент из биомассы Ceratophyllum demersum в количестве 4г/л воды обладает наивысшей эффективностью очистки воды от ионов Сг6+ (73%) при pH = 3,5 и Fe3+ (86,9%) при pH = 7; сорбент из Lemna minor в количестве 4г/л - от ионов Cu + (91,1%) при pH = 5,5; а.Najas guadalupensis в количестве Зг/л — от Cd (59,4%) при pH = 4,5.

Практические рекомендации

1. При разработке и постройке очистных ветландов рекомендуется использовать:

- Ceratophyllum demersum для очистки воды от Cr6' и Fe3+ при pH = 6;

- Najas guadalupensis для очистки воды от Fe3+ и Cd2+ при pH = 6;

- Elodea canadensis для очистки воды от Си2+ при pH = 6

2. Для удаления ионов ТМ из воды в качестве сорбентов предлагается применять биомассу:

- Ceratophyllum demersum для удаления Сг6+ при pH = 3,5; Fe3+ при pH = 7;

- Najas guadalupensis для удаления Cd2+ при pH = 4,5;

- Lemna minor при pH = 5,5; Salvinia natans при pH = 5,5 и Elodea canadensis при pH = 7 для удаления Cu2+.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Чан, Куок Хоан. Методы математического моделирования процесса очистки сточных вод в очистных ветландах / Чан Куок Хоан, В.Ф. Зайцев, И.В. Мельник // Университетская экология. Международный сборник научных трудов. — Махачкала: ИПЭ, 2010. (568 с.) С. 530-532

2. Tran, Quoc Ноап. Role of constructed and natural treatment wetlands in biodiversity conservation / Tran Quoc Hoan, I.V. Melnik // Book of abstracts. International Scientific Conference on Environment and Biodiversity, 22-24 April 2010, Beograd, Serbia, p. 42-43.

3. Чан, Куок Хоан. P-k-C* модель в математическом описании работы очистных работы очистных ветландов / Чан Куок Хоан, И.В. Мельник // В мире научных открытий. -Красноярск: Научно-инновационный центр, 2010. - №4(10). - С. 41-42.

4. Чан, Куок Хоан. Моделирование процесса очистки вод в ветландах / Чан Куок Хоан, И.В. Мельник // Международная отраслевая научная конференция профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета, посвященная 80-летию основания Астраханского государственного технического университета - АГТУ (54 ППС): тез. докл. В 2 т. / под общей редакцией проф. Н.Т. Берберовой, проф. A.B. Котеяьникова; Астр ахал. гос. техн. ун-т. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2010. — Т. I - 296 с.

5. Чан, Куок Хоан. Разработка компьютерной программы проектирования очистных ветландов / Чан Куок Хоан, И.В. Мельник // Фундаментальные и прикладные исследования университетов, интеграция в региональный инновационный комплекс: доклады молодых ученых в рамках программы "Участник молодёжного научно-инновационного конкурса", "У.М.Н.И.К." / А стран, гос. техн. ун-т. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2010. - Т.2. -160 с.

6. Чан, Куок Хоан. Использование водно-болотных угодий в очистке сточных вод / Чан Куок Хоан, И.В. Мельник, Нго Тхе Кыонг // Современные проблемы биологических

исследований в Западной Сибири и на сопредельных территориях: Материалы Всероссийской научной конференции, посвященной 15-летию биологического факультета Сургутского государственного университета, 2-4 июня 2011 г., город Сургут / Отв. ред. В.П. Стариков, - Сургут, Издательство ООО "Таймер", 2011 - С. 274-276.

7. Чан, Куок Хоан. Рекомендация использования водных макрофитов для очистки различных типов сточных вод / Чан Куок Хоан, И.В. Мельник, Нго Тхе Кыонг // Экология России: на пути к инновациям. Межвузовский сборник научных трудов. Астрахань: Издатель: Сорокин Роман Васильевич, 2011. - Вып. 4. - С. 100-103,

8. Чан, Куок Хоан. Удаление ионов шестивалентного хрома (Cr64) от воды с использованием водных макрофтов / Чан Куок Хоан, И.В. Мельник, М. Ю. Карапун // Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность: Сборник трудов V международной научной конференции молодых ученых и талантливых студентов, 23-25 ноября 2011 г., Учреждение Российской академии наук Институт водных проблем РАН, Москва, РФ / Отв. ред. H.H. Митина. М: ИВП РАН, 2011 г. - С. 198-200.

9. *Чан, Куок Хоан. Динамика концентраций меди (Си +) и хрома (СО в в°Де в присутствии макрофитов / Чан Куок Хоан, И.В. Мельник, М. Ю. Карапун // Вестник АГ-ТУ. Серия: Рыбное хозяйство. Астрахань, 2011. -№ 2. - С. 63-68.

10. *Чан, Куок Хоан. Накопление ионов хрома (Сг6+) водными макрофитами при различных значениях водородного показателя / Чан Куок Хоан, М.Ю. Карапун // Журнал «Естественные науки». - Астрахань, 2011 г. - №4. - С. 47 - 53.

11. *Чан, Куок Хоан. Поглощение ионов меди (Си2+) из воды некоторыми макрофитами / Чан Куок Хоан, И.В. Мельник // Журнал «Естественные науки». - Астрахань, 2012 г. - №2 (39). — С. 71-76.

12. Чан, Хоан Куок. Удаление ионов тяжелых металлов (Cr , Fe , Cu J от воды с помощью водных макрофитов / Чан Хоан Куок // Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОШСОВ-2012» / Отв. ред. А.И. Андреев, A.B. Андриянов, Е.А. Антипов, М.В. Чистякова. [Электронный ресурс] - М.: МАКС Пресс, 2012. - 1 электрон. опт. диск (DVD-ROM), с. 228-229. ISBN 978-5-317-04041-3. Режим доступа:

http://lomonosov-msu.ru/archive/Lomonosov_2012/structure_2_1693.htm.

13. Tran, Quoc Hoan. Justification for the use of aquatic macrophytes in wastewater treatment in the Astrakhan region / Tran Quoc Hoan, I.V. Melnik, M.Y. Karapun // The Caspian sea. Natural resources. International journal. - Baku: Baku state university, 2012. - № 5. - P. 137144.

14. *Чан, Куок Хоан. Водные макрофиты как биосорбенты для удаления ионов тяжелых металлов из воды / Чан Куок Хоан, И.В. Мельник // Вода: химия и экология. - 2012 г. - № 12 (в печати).

* - статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК РФ

Подписано в печать «22» ноября 2012 г. Тираж 100 экз. Заказ № 705. Типография ФГБОУ ВПО «АГТУ», тел. 61-45-23 г. Астрахань, Татищева 16 ж

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Чан Куок Хоан

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Водные макрофиты и фиторемедиация.

1.2. Очистные ветланды.

1.2.1. Общая характеристика очистных ветландов.

1.2.2. Применение очистных ветландов.

1.3. Исследование способности водных макрофитов в очищении воды от тяжелых металлов.

Глава 2. Материалы и методы исследования.

2.1. Объекты исследования.

2.2. Методы исследования.

Глава 3. Использование водных макрофитов в очищении воды от тяжелым металлов

3.1. Реакция водных макрофитов на изменение значений рН и концентрацию тяжелых металлов в растворе.

3.2. Способность водных макрофитов в очищении воды от тяжелых металлов.

3.2.1. Роголистник погруженный {Ceratophyllum demersum).

3.2.2. Наяда гваделупская (Najas guadalupensis).

3.2.3. Элодея канадская (Elodea canadensis).

3.2.4. Видовая специфика водных макрофитов в очистке воды от тяжелых металлов.

Глава 4. Использование сорбентов из водных макрофитов для очистки воды от ионов тяжелых металлов.

4.1. Некоторые характеристики сорбентов из водных макрофитов.

4.2. Сорбент из роголистника погруженного (Ceratophyllum demersum).

4.3. Сорбент из наяды гваделупской {Najas guadalupensis).

4.4. Сорбент из элодеи канадской (Elodea canadensis).

4.5. Сорбент из ряски малой (Lemna minor).

4.6. Сорбент из сальвинии плавающей (Salvinia natans).

4.7. Оценка эффективности очистки воды от тяжелых металлов сорбентом из водных макрофитов.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Использование водных макрофитов в очищении воды от тяжелых металлов"

Актуальность темы исследования. Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных, геологических процессов [10]. Однако на сегодняшний день она сильно загрязняется вследствие антропогенной деятельности [77, 90]. Так, в России ежегодно сбрасывается в поверхностные водные объекты около 16-17 млрд. м загрязненных сточных вод (примерно 33-36% объема сброшенных вод) [14-20]. Из загрязняющих веществ особую опасность представляют тяжелые металлы (ТМ), которые при избытке оказывают существенное негативное воздействие на водную биоту и способны накапливаться в компонентах экосистем, в конечном итоге ухудшая качество воды и водной продукции, используемых человеком. Данная проблема особенно остро стоит в развивающихся странах, в том числе и во Вьетнаме, где со становлением и развитием промышленных отраслей, добычи и переработки руды, нефти и газа водные экосистемы подвергаются сильному антропогенному прессу. Так, например, все промышленные районы

6 3

Вьетнама ежедневно сбрасывают в водные объекты около 10 м сточных вод, содержащих в основном взвешенные вещества, технические масла, смазочные материалы и тяжелые металлы. Примерно 70% их объема не подвергаются никакой очистке [21]. В этой связи проблема снижения содержания тяжелых металлов в водных объектах в настоящее время сохраняет свою актуальность.

Среди тяжелых металлов 4 иона Сг , Ре , Си и Сё имеют наиболее широкое распространение в сточных водах многих предприятий (горнодобывающих, металлургических, текстильных, гальванических, машиностроения, топливно-энергетического комплекса, сельскохозяйственного производства), которые к тому же характеризуются широким диапазоном рН среды - от 3 до 12 [37, 41, 44, 78].

Эффективность очистки воды от данных ионов с их концентрацией ниже 5 мг/л традиционными методами низкая и составляет только 10-75% [41, 110, 135]. В некоторых случаях отдельные методы очистки, такие как коагуляция, флокуля-ция и адсорбция могут дать более высокие результаты, но не позволяют получать в стоках концентрации по тяжелым металлам на уровне ПДК и использование при этом дорогих химических реагентов неоправданно увеличивает затраты [25, 140, 150]. Учитывая, что активная часть используемых на практике коагулянтов не превышает 60% их объема, расход этих реагентов оказывается весьма значительным. Отсюда возникает проблема с отведением значительных площадей под шла-мохранилища или сооружения по утилизации отходов. Очищенные от тяжелых металлов сточные воды затруднительно использовать и в оборотном цикле, так как применение коагулянтов приводит к повышению общего солесодержания [62, 139]. Поэтому назрела необходимость в новых экологически и экономически более эффективных методах очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, в том числе Cr6+, Fe3+, Cu2+ и Cd2+.

Одним из перспективных способов очистки сточных вод является фиторе-медиация. Общеизвестно [133, 165, 166], что в Америке и Европе широко используются искусственные и естественные ветланды для очистки сточных вод от тяжелых металлов многих промышленных предприятий и сельскохозяйственных производств. Такая модель очистных сооружений по сравнению с традиционными комплексами является наиболее целесообразной, как с экономической, так и с технологической точек зрения. При проектировании и строительстве очистных ветландах используются, в основном, такие водные макрофиты, как тростник обыкновенный {Phragmites australis), рогоз широколистный {Typha latifolia), камыш озёрный (.Scirpus lacustris), водный гиацинт {Eichhornia crassipes), рдест плавающий {Potamogeton natans) и др. По этим видам имеются многочисленные исследования их очистительной способности, проведенные как в лабораторных условиях, так и в промышленных масштабах. Напротив, роголистник погруженный (iCeratophyllum demersum), наяда гваделупская {Najas guadalupensis), элодея канадская {Elodea canadensis), ряска малая {Lemna minor) и сальвиния плавающая {Salvinia natans), распространенные повсеместно, обладающие высокой продуктивностью и играющие важную роль в самоочищении воды [49; 60; 88; 112], еще недостаточно изучены с точки зрения их способности к очищению воды от тяжелых металлов. Поэтому требуется проведение новых экспериментов с данными видами макрофитов с целью поиска путей их практического применения для очистки сточных вод от тяжелых металлов.

Другое современное направление в фиторемедиации - использование фито-массы водных макрофитов в качестве сорбентов для извлечения тяжелых металлов из воды. В настоящее время масштабы использования таких сорбентов еще незначительны, однако уже существуют компании-разработчики данных технологий и поставщики соответствующего оборудования. По оценке компании BV SORBEX (пионер в области разработки биосорбентов) только в Северной Америке оборот рынка по продаже биосорбентов может достигать сотни миллионов долларов [96]. Следовательно, данное направление является перспективным не только с научной точки зрения, но и с экономической.

Особый интерес данного направления представляет для развивающихся стран, в том числе и Вьетнама, из-за низких капиталовложений, обильного источника сырья и технологической простоты. Применение сорбентов в сочетании с очистными ветландами позволяет наладить непрерывный процесс очистки, исключая его зависимость от сезонов года. В настоящее время многие исследования направлены на поиск эффективных для очистки сточных вод сорбентов из макрофитов, на изучение ее биологической, химической и физической характеристик с целью разработки наиболее подходящих для промышленного применения сорбентов.

Задачи исследования:

1. Выявить реакцию Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea

3+ 2+ 2+ canadensis на воздействие ионов Cr ,Fe , Cu и Cd с концентрацией 0,1; 1,5; 2 и 0,5 мг/л, соответственно, при различных значениях рН воды.

2. Определить способность Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis,

1 л | 2~ь л

Elodea canadensis снижать концентрации ионов Cr ,Fe , Си и Cd .

3. Экспериментально определить продолжительность экспозиции Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis и значение pH воды, оптимальные для очистки воды от ионов Cr6+, Fe3+, Cu2+ и Cd2+.

4. Определить возможность и эффективность использования порошка из фитомассы Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis, Lemna minor, Salvinia natans в качестве сорбентов ионов Cr ,Fe , Си и Cd .

Научная новизна работы.

Экспериментально доказана возможность использования Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis, Lemna minor, Salvinia natans) в качестве активных агентов фиторемедиации

Определена продолжительность экспозиции Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis, при которой обеспечивается максимальная очистка воды от ионов Cr6+, Fe3+, Cu2+ и Cd2+.

Получены новые сведения об использовании в качестве сорбентов ионов Cr , FeJ\ CuZT и Cd порошка из фитомассы Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis, Lemna minor, Salvinia natans

Теоретическая и практическая значимость работы.

Построенные математические уравнения можно использовать для расчета остаточной концентрации ионов тяжелых металлов в растворах после очистки при заданных значении рН и количестве сорбента из растений.

Методология и методы исследования.

Методологической базой диссертации являются исследования таких ученых, как Н.В. Морозов (2001), А.Г. Дмитриева (2002), А.С. Гринин (2003), О.А. Розенцвет (2006), А.Ф. Титов (2007), Л.Г. Бондарева (2008), О.П. Калякина (2008), Т.А. Зотина (2009), С. А. Остроумов (2009), В. Voleksy (1990), I.A.H. Schneider (1995), Т.С. Wang (1996), M.N.V. Prasad (2004), R.H. Kadlec (2008), R.L. Knight (2008), J. Wang (2009) и др.

Концентрация ионов Cr6+, Fe3+, Си24 в растворах определялась на фотометре Эксперт-003 (Россия) по принятым стандартным методам: для Сг6+ по РД 52.24.446-2008; для Fe3+ - ПНД Ф 14.; 2.2-95 и для Си2+ - ПНД Ф 14.; 2.48-96. Концентрация ионов Cd измерялась лабораторным иономером И-160 МИ (Россия) (Мидгли, Торренс, 1980).

Положения, выносимые на защиту.

Максимальное снижение концентрации ионов

Cr6+, Fe3+, Cu2+ и Cd в воде в присутствии Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis достигалось в определенных продолжительности экспозиции и значении рН.

Интервал значения рН, оптимальный для очистки воды от ионов Cr , Fe , Си , Cd сорбентами из изучаемых макрофитов различный для каждого иона.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на следующих конференциях: International scientific conference on environment and biodiversity (Beograd, Serbia, 2010); Ежегодной Всероссийской научной конференции учащихся, студентов и молодых ученых «Научное творчество XXI века» (Красноярск, 2010); III-й Международной научно-практической конференции молодых ученых "Молодёжь и наука XXI века" (Ульяновск, 2010); Международной отраслевой научной конференции профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета, посвященная 80-летию основания Астраханского государственного технического университета (Астрахань, 2010); Международной научно-практической конференции "Фундаментальные и прикладные исследования университетов, интеграция в региональный инновационный комплекс" с участием в рамках программы "Участник молодёжного научно-инновационного конкурса", "У.М.Н.И.К." (Астрахань, 2010); Всероссийской научной конференции, посвященной 15-летию биологического факультета Сургутского государственного университета (Сургут, 2011); V-й Международной научной конференции молодых ученых и талантливых студентов

Москва, 2011); Международном молодежном научном форуме «ЛОМОНОСОВ-2012» (Москва, 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 4 в изданиях, рекомендуемых ВАК.

Заключение Диссертация по теме "Экология (по отраслям)", Чан Куок Хоан

114 Выводы

1. Значение рН воды 12 приводит к повышению токсичных воздействий ио

3+ 24" 2+ нов Cr , FeJ\ Си и Cd на Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis, Elodea canadensis, из-за чего отмечены у них следующие морфологические изменения: обесцвечивание листьев и стеблей; полная потеря зеленой окраски листьев; потеря тургора у листьев и стеблей; отделение листьев от стеблей; распад листьев и стеблей растения. В слабокислой (рН 6) и кислой (3,6) средах, в основном, не наблюдалось отделения, распада листьев и стеблей.

2. Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis и Elodea canadensis в количестве 8 г/л воды способны максимально снижать концентрации ионов Cr6+, Fe3+, Си и Cd в воде при определенном значении рН:

6"Ь з+ 2+ 2"Ь

- Ceratophyllum demersum - по Cr в 4,0; по Fe в 14,6; по Си в 3,4 и по Cd в 2,2 раза при рН = 6;

6"Ь з+ 2+ 2*ь

- Najas guadalupensis - по Cr в 3,6; по Fe в 13,8; по Си B3,2nnoCd в 3,8 раза при рН = 6;

- Elodea canadensis - по Сг6+ в 5,3 раз при рН = 3,6; по Fe3+ в 7,9 раз при рН = 12; по Си2+ в 3,7 раз при рН = 6 и по Cd2+ в 5,0 раз при рН = 3,6.

3. Оптимальная продолжительность экспозиции для очистки воды макрофитами Ceratophyllum demersum, Najas guadalupensis и Elodea canadensis (в количе

34- 2+ 24стве 8 г/л воды) от ионов Cr , Fe , Си и Cd находится в интервале 4-9 суток при значении рН= 6.

4. С помощью построенных математических уравнений определена зависимость остаточных концентраций ионов Cr6+, Cu2+, Cd2+ в воде от значения рН и количества сорбента из растений (Ceratophyllum demersum, Elodea canadensis, Lemna minor, Najas guadalupensis, Salvinia natans), на основе чего установлены оптимальные интервалы значения рН и количества сорбента для очистки воды:

- для Сг6+: рН - 3,5-4,5; количество сорбента - 3-4 г/л;

2-ь

- для Си : рН - 5,5-7; количество сорбента - 4 г/л;

- для Cd : рН - 7,5-8,5; количество сорбента - 3-4 г/л.

5. Сорбент из биомассы Ceratophyllum demersum в количестве 4г/л воды обладает наивысшей эффективностью очистки воды от ионов Сг6+ (73%) при pH = 3,5 и Fe3+ (86,9%) при pH = 7; сорбент из Lemna minor в количестве 4г/л - от ионов Си2+ (91,1%) при pH = 5,5; а Najas guadalupensis в количестве Зг/л - от Cd2+ (59,4%) при pH = 4,5.

Практические рекомендации

1. При разработке и постройке очистных ветландов рекомендуется использовать:

- Ceratophyllum demersum для очистки воды от Сг6+ и Fe3+ при pH = 6;

- Najas guadalupensis для очистки воды от Fe и Cd при pH = 6;

- Elodea canadensis для очистки воды от Си при pH = 6

2. Для удаления ионов ТМ из воды в качестве сорбентов предлагается применять биомассу:

- Ceratophyllum demersum для удаления Сг6+ при pH = 3,5; Fe3+ при pH = 7;

- Najas guadalupensis для удаления Cd при pH = 4,5;

- Lemna minor при pH = 5,5; Salvinia natans при pH = 5,5 и Elodea canadensis при pH = 7 для удаления Си .

Список сокращений и условных обозначений

ГСО - Государственный стандартный образец

ИВВПТ - Искусственные ветланды с вертикальным подземным течением

ИВГПТ - Искусственные ветланды с горизонтальным подземным течением

ИВНТ - Искусственные ветланды с надпочвенным течением

КС - Количество сорбента

ПДК - Предельно допустимая концентрация

ПНЗ - Первоначальное значение

ТМ - Тяжелый металл

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Чан Куок Хоан, Астрахань

1. Али-Эльдин, Мохамед А. Эффективность биосорбции некоторых тяжелых металлов сальвинией плавающей (Salvinia natans) / Мохамед А. Али-Эльдин // Естественные науки, 2011, № 3 (36), с. 71-75.

2. Андреева, И. И. Ботаника. 2-е изд., перераб. и доп. / И. И. Андреева, JI. С. Родман. -М.: КолосС, 2002. - с. 289-290. - 488 с. - ISBN 5-9532-0015-3

3. Бараш, Ю.С. Силы Ван-дер-Ваальса / Ю.С. Бараш. М.: Наука, 1988.344 с.

4. Барсукова, B.C. Физиолого-генетические аспекты устойчивости растений к тяжелым металлам. Аналитический обзор / B.C. Барсукова. Новосибирск, 1997.-63 с.

5. Белавская, А.П. Основные проблемы изучения водной растительности СССР/А.П. Белавская//Бот. ж. 1982. Т. 67. №10. С. 1313-1320.

6. Белавская, А.П. Водные растения Россия и сопредельных государств / А.П. Белавская. Спб.: БИН. 1994. 64 с.

7. Вернадский, В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения /В.И. Вернадский. -М: Наука, 2001.-376 с.

8. Водно-болотные угодья России Электронный ресурс. / Информационно-справочная система "ООПТ России". Москва, 2012 г. Режим доступа: http://wetlands.oopt.info/

9. Галактионов, С.Г. Водоросли сигнализируют об опасности / С.Г. Галактионов, В.М. Юдин. Минск: Высшая школа, 1980. - 144с.

10. ГН 2.1.5.1315-03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Москва, 2007. 94 с.

11. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2004 году». М.: AHO «Центр международных проектов»,2005.-494 с.

12. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2005 году». М.: AHO «Центр международных проектов»,2006. 500 с.

13. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2006 году». М.: AHO «Центр международных проектов»,2007. 493 с.

14. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2007 году». М.: AHO «Центр международных проектов»,2008. 504 с.

15. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2008 году». М.: ООО «Р1ІІ1Р Рус. Консалтинг Групп»,2009.-488 с.

16. Государственный доклад "О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2009 году". М.: AHO «Центр международных проектов»,2010.-523 с.

17. Государственный доклад "О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2010 году". М.: AHO «Центр международных проектов», 2012.-571 с.

18. Государственный доклад о состоянии окружающей среды: Состояние окружающей среды промышленных районов Вьетнама. Ханой, 2010. - 114 с.

19. Грег, С. Адсорбция, удельная поверхность, пористость: Пер. с англ. 2-е изд. / С. Грег, К. Синг. М: Мир, 1984. - 306 е., ил.

20. Гринин, A.C. Математическое моделирование в экологии: Учеб. пособие для вузов / A.C. Гринин, H.A. Орехов, В.Н. Новиков. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003. - 269 с. - (Серия "Oikos").

21. Гутенев, В.В. Промышленная экология: Учебное пособие / В.В. Гутенев,

22. B.В. Денисов, И.А. Денисова и др.; под ред. В.В. Денисова. М.: ИКЦ «МарТ», 2007. - 720 с.

23. Демченко, Н.П. Влияние никеля на рост, пролиферацию и дифференциацию клеток корневой меристемы проростков Triticum aestivum / Н.П. Демченко, И.Б. Калимова, К.Н. Демченко // Физиология растений. 2005. - Т.52. - №2.1. C. 250-258.

24. Дмитриева, А.Г. Физиология растительных организмов и роль металлов / А.Г. Дмитриева, O.A. Кожанова, H.J1. Дронина. М.: Изд-во МГУ, 2002. - 160 с.

25. Другов, Ю.С. Экологическая аналитическая химия / Ю.С. Другов. М.: 2000.-432 с.

26. Жизнь растений. В 6-ти т. / Гл. ред. чл.-кор. АН СССР, проф. Ал. А. Фёдоров. Т. 4. Мхи. Плауны. Хвощи. Папоротники. Голосеменные растения. Под ред. И. В. Грушвицкого и С. Г. Жилина. М.: Просвещение, 1978. - 447 с.

27. Жизнь растений. В 6-ти т. / Гл. ред. Ал. А. Федоров. Т. 5. Ч. 1. Цветковые растения / Под ред. A. JI. Тахтаджяна. М.: Просвещение, 1980 г. - 430 с.

28. Жизнь растений. В 6-ти т. / Гл. ред. A. JI. Тахтаджяна. Т. 6. Цветковые растения / Под ред. A. JT. Тахтаджяна. М.: Просвещение, 1982 г. - 543 с.

29. Жмылев, П.Ю. Семейство Рясковые // Биологическая флора Московской области; Вып. 10 / П.Ю. Жмылев, И.С. Кривохарченко, A.B. Щербаков Под ред. В. Н. Павлова, В. Н. Тихомирова. - М.: Изд-во МГУ; изд-во «Аргус», 1995. - с. 2051.

30. Зотина, Т.А. Оценка токсичности тяжелых металлов для водного растения Elodea canadensis / Т.А. Зотина, H.A. Гаевский, Е.А. Радионова // Journal of Siberian Federal University. Biology 2 (2009 2) 226-236.

31. Кадукин, А.И. Аккумулияция Fe, Mn, Zn, Си и Cr у некоторых водных растений / А.И. Кадукин, В.В. Красинцева, Г.И. Романова // Гидробиоло. журн. -1982. Т.18. - №1. - С.79-82.

32. Каплан, И.Г. Межмолекулярные взаимодействия. Физическая интерпретация, компьютерные расчеты и модельные потенциал / И.Г. Каплан. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. - 400 с. ISBN: 978-5-94774-939-7.

33. Каплин, В.Г. Основы экотоксикологии / В.Г. Каплин. М.: КолосС, 2006. - 232 с.

34. Катанская, В.М. Высшая водная растительность континентальных водоемов СССР. / В.М. Катанская. Л.: Наука, 1981. - 187 с.

35. Кировская, И.А. Адсорбционные процессы / И.А. Кировская. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та 1995. - 304 с.

36. Кокин, К.А. Экология высших водных растений / К.А. Кокин. М.: Изд-во МГУ, 1982. - 160 с.

37. Колесников, В.А. Анализ, проектирование технологий и оборудования для очистки сточных вод / В.А. Колесников, Н.В. Меныдутина. М.: ДеЛи принт, 2005.-266 с.

38. Коузов, П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пы-лей и измельченных материалов. 3-е изд. перераб. / П.А. Коузов. - Л.: Химия, 1987. 264 с.

39. Крамаренко, В.Ф. Токсикологическая химия / В.Ф. Крамаренко. К.: Выс. шк. Головное изд-во, 1989. - 447 с.

40. Кривошеин, Д.А. Инженерная защита поверхностных вод от промышленных стоков: Учеб. пособие / Д.А. Кривошеин, П.П. Кукин, В.Л. Лапин и др. -М.: Высшая школа, 2003. 344 с.

41. Кроткевич, П.Г. Роль растений в охране водоемов / П.Г. Кроткевич. М.: Знание, 1982. - 64 с.

42. Кузнецов, В.В. Физиология растений / В.В. Кузнецов, Г.А. Дмитриева. -М.: Высшая школа, 2006. 810 с.

43. Лобачев, А.Л. Анализ неорганических загрязнителей питьевых и природных вод: учебное пособие / А.Л. Лобачев, Р.Ф. Степанова, И.В. Лобачева; Фе-дер. агентство по образованию. Самара: Изд-во «Самарский университет», 2006 -44 с.94. О А

44. Лобкова, Г.В. Экологическая оценка воздействия ацетатов Ni , Со , Си и РЬ на живые системы: автореф. дис. . канд. биол. наук: 03.02.08 / Лобкова Галина Викторовна. Ульяновск., 2012. 22 с.

45. Лукина, Л.Ф. Физиология высших водных растений / Л.Ф. Лукина, H.H. Смирнова. Отв. ред. H.H. Мусиенко. Киев: Наук, думка, 1988. - 188 с.

46. Лурье, Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод / Ю.Ю Лурье. М.: Химия, 1984 г. - 448 с.

47. Лурье, Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. Издание четвертое, переработанное и дополненное / Ю.Ю. Лурье. М.: Издательство "Химия", 1971 г. -456 с.

48. Малёва, М.Г. Реакция гидрофитов на загрязнение среды тяжелыми металлами / М.Г. Малёва, Г.Ф. Некрасова, B.C. Безель // Экология. 2004. - № 4. -С. 266-272.

49. Малёва, М.Г. Физиологические аспекты токсического действия Си , Cd2+, Ni2+, Zn2+на листья высших водных растений: Диссертация кандидата биологических наук (03.00.12) / Малёва Мария Георгиевна. Казань, 2006. - 144 с.

50. Малюга, Н.Г. Биоиндикация загрязнения воды тяжелыми металлами с помощью представителей семейства рясковых Lemnaceae / Н.Г. Малюга, JI.B. Цаценко, J1.X. Аветянц // Экологические проблемы Кубани. Краснодар. КГАУ. -1996. - С. 153-155.

51. Марченко, 3. Методы спектрофотометрии в УФ и видимой областях в не органическом анализе / 3. Марченко, М. Бальцежак; Пер. с польк. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. - 711 с.

52. Метод БЭТ Электронный ресурс. / Официальный сайт Компании «МЕТА»®. Новосибирск, Академгородок. 2012 г. Режим доступа: http://www.meta.su/items/296.

53. Методы определения вредных веществ в воде водоемов / Под. ред. А.П. Шицковой. -М.: Медицина, 1981. -376 с.

54. Мидгли, Д. Потенциометрический анализ воды. Пер. с англ. Б.Г. Кахана / Д. Мидгли, К. Торренс. под. редакцией д.х.н. С.Г. Майрановского. - М.: Издательство «Мир». 1980 г. - 519 с.

55. Морозов, Н.В. Экологическая биотехнология: очистка природных и сточных вод макрофитами / Н.В. Морозов Казань: Изд-во Казанского гос. пед. ун-та, 2001.-394 с.

56. Нерестов, В.И. Влияние ионов металлов

57. Cu2+, Zn2+, Pb2+) на физиолого-биохимическое состояние высших водных растений: Диссертация кандидата биологических наук (03.00.16) / Нерестов Виктор Николаевич. Тольятти, 2008. - 165 с.

58. Никифорова, JI. О. Влияние тяжелых металлов на процессы биохимического окисления органических веществ : теория и практика / JI. О. Никифорова, JT. М. Белопольский. М.: БИНОМ., 2007. - 78 с.

59. Остроумов, С. А. Снижение измеряемых концентраций Си, Zn, Cd, Pb в воде экспериментальных систем с Ceratophyllum demersum: потенциал фитореме-диации / С. А. Остроумов, Т. В. Шестакова // Доклады Академии наук, 2009, том 428, № 2, с. 282-285

60. Петин, А.Н. Анализ и оценка качества поверхностных вод: учеб. пособие / А.Н. Петин, М.Г. Лебедева, О.В. Крымская. Белгород: Изд-во БелГУ, 2006. -252 с.

61. ПНД Ф 14.; 2.2-95 Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации общего железа в природных и сточных водах.

62. ПНД Ф 14.; 2.48-96 Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации ионов меди в природных и сточных водах.

63. РД 52.24.446-2008 Массовая концентрация хрома (VI) в водах. Методика выполнения измерений фотометрическим методом с дифенилкарбазидом.

64. Розенцвет, О.А. Изучение особенностей аккумуляции ионов тяжелых металлов водными растениями и роли липидов в адаптации к тяжелыми металлам / О.А. Розенцвет // Изв. Самар. НЦ РАН. 2006. - Т.8. - № 3. - С. 78-85.

65. Ряковые биоиндикаторы экосистемы Электронный ресурс. / Официальный сайт д.б.н., проф. Цаценко Л.В. - Зав. каф. Цитологии имолекулярной биологии, Кубанский государственный аграрный университет. 2005. Режим доступа: http://duckweed.kubagro.ru/.

66. Садчиков, А.П. Гидроботаника: Прибрежно-водная растительность: Учеб. пособие для студ. высш. учеб, заведений / А.П. Садчиков, М.А. Кудряшов. -М.: Издательский центр «Академия», 2005. 240 с.

67. Серегин, И.В. Фитохелатины и их роль в детоксикации кадмия у высших растений / И.В. Серегин // Успехи биологической химии. 2001. Т. 41. - С. 283300.

68. Серегин, И.В. Физиологическая роль никеля и его токсическое действие на высшие растения / И.В. Серегин, А.Д. Кожевникова // Физиология растения.2006. Т. 53. № 2. - С.285-308.

69. Симчера, В.М. Методы многомерного анализа статистических данных: учеб. пособие / В.М. Симчера. М.: Финансы и статистика, 2008. - 400 с.

70. Соломонова, Е.А. Выявление допустимых нагрузок загрязняющих веществ на биосистему с высшими водными растениями: автореф. дис. . канд. биол. наук: 03.00.23 / Соломонова Елена Анатольевна. М., 2009. - 26 с.

71. Справочник биохимика: Пер. с англ. / Р. Досон, Д. Эллиот, У. Эллиот, К. Джонс. М.: Мир, 1991. - 544 с.

72. Степановских, A.C. Прикладная экология: охрана окружающей среды: Учебник для вузов / A.C. Степановских. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2005. - 751 с.

73. Титов, А.Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам отв. ред. H.H. Немова.; Институт биологии КарНЦ РАН. / А.Ф. Титов, В.В. Таланова, Н.М. Каз-нина, Г.Ф. Лайдинен. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН., 2007. -172 с.

74. Торосян, В.Ф. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Практическое руководство: учебно-методическое пособие / В.Ф. Торосян. -Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010.- 195 с.

75. Уфимцева, М.Д. Фитоиндикация экологического состояния урбогеоси-стем Санкт-Петербурга / М.Д. Уфимцева, Н.В. Терехина. СПб: Наука, 2005. -339 с.

76. Чан Куок Хоан. Динамика концентраций меди (Си2+) и хрома (Сг6+) в воде в присутствии макрофитов / Чан Куок Хоан, И.В. Мельник, М.Ю. Карапун // Вестник АГТУ. Серия: Рыбное хозяйство. Астрахань, 2011. -№ 2. с. 63-68.

77. Чан Куок Хоан. Накопление ионов хрома (Сг6+) водными макрофитами при различных значениях водородного показателя / Чан Куок Хоан, М.Ю. Карапун // Журнал «Естественные науки». Астрахань, 2011 г. - №4. - с. 47 - 53.

78. Шумяцкий, Ю.И. Адсорбция: процесс с неограниченными возможностями / Ю.И. Шумяцкий, Ю.М. Афанасьев. М.: Высш. шк., 1998. - 78 е., ил. ISBN 5-06-003470-4.

79. Эйнор, JI.O. Макрофиты в экологии водоема / JI.O. Эйнор. М.: Изд-во Ин-та водных проблем РАН., 1992. - 256 с.

80. Элодея канадская или "водяная чума" или "водяная зараза" (Elodea canadensis) Электронный ресурс. / Домашний аквариум. Москва, 2010 г. Режим доступа: http://www.aquariumhome.ru/plant66.htm.

81. Arnold G. van der Valk (ed.) The Biology of Freshwater Wetlands: Biology of Habitats / G. van der Valk Arnold. Oxford University Express. 2006. ISBN 0-19852539-7. 186 p.

82. Arunachalam, A. Effect of zinc and cadmium on primary productivity of Hydrilla verticillata (L.fill.) Royle / A. Arunachalam, K. Maithani, S. Pandiaraj // Indian J. Plant Physiol. 1996. - V. 1. - № 1. - P. 49-51.

83. Aziz, H.A. Removal of Ni, Cd, Pb, Zn and colour from queous solution using potential low cost adsorbent / H.A. Aziz, M.N. Adlan, C.S. Hui et al. // Indian Journal of Engineering & Material Sciences. 2005. - V. 12. - P. 248-258.

84. Best, P.H. Elly. Respiration in relation to reserve substances in the submerged macrophyte Ceratophyllum demersum L. / P.H. Elly Best, A.K. Van Der Werf // Aquatic Botany. 1986. - V. 26. - P. 235-246.

85. Best, P.H. Elly. Seasonal changes in mineral and organic components of Ceratophyllum demersum and Elodea canadensis / P.H. Elly Best // Aquatic Botany. -1977. V.3. - P. 337-348.

86. Bhupinder, Dhir. Physiological and antioxidant response of Salvinia natans exposed to chromium-rich wastewater / Dhir Bhupinder, P. Sharmila, Saradhi P. Pardha, Abdul Nasim Sekh // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2009. V. 72. -P. 1790-1797.

87. Biosorbent materials for metal removal/recovery: markets for ion exchange resins and biosorbents Электронный ресурс. // Official website of BV Sorbex, Inc. 2012. Access: http://www.bvsorbex.net/.

88. Bounheng, Southichak. Phragmites australis: A novel biosorbent for the removal of heavy metals from aqueous solution / Southichak Bounheng, Nakano Ka-zunori, Nomura Munehiro, Chiba Nobuo, Nishimura Osamu // Water research. 2006. -V. 40.-P. 2295-2302.

89. Brix, H. Do macrophytes play a role in constructed treatment wetlands? / H. Brix // Water Sci. Technol. 1997. - V. 35. - P. 11-17.

90. Cooper, P.F. A review of the design and performance of vertical flow and hybrid reed bed treatment systems / P.F. Cooper // Water Science and Technology. 1999. -V. 40(3)-P. 1-10.

91. Coutris, C. Can we predict community-wide effects of herbicides from toxicity tests on macrophyte species? / C. Coutrisa, G. Merlina, J. Silvestre, E. Pinellia, A. Elger // Aquatic Toxicology. 2011. - V. 101. - P. 49-56.

92. Encyclopedia of Life Электронный ресурс. / Smithsonian Institution, National Museum of Natural History, Washington, DC. 2011. Режим доступа: http://eol.org/pages/1088951/entries/34653446/overview

93. Fair, P. Seasonal variations in the pattern of photosynthesis and possible adaptive response to varying light flux regimes in Ceratophyllum demersum L. / P. Fair, L. Meeke // Aquatic Botany. 1983. - V. 15, №1. - P. 81-90.

94. Furini, A. (ed.) Plants and Heavy Metals / A. Furini. SpringerBriefs in Biometals, 2012. - DOI: 10.1007/978-94-007-4441-7 2. 86 p.

95. Green, B. Immobilize algae for metal recovery / B. Green, G.W. Bedell. In: Akatsuka I. (ed.) Introduction to Applied Phycology, Academic Publishing, The Hague, Netherlands, 1990.-P. 109-136.

96. Guilizzoni, P. The role of heavy metal and toxic material in the physiological ecology of submersed macrophytes / P. Guilizzoni // Aquatic Botany. 1991. - V. 41.-P. 87-109.

97. Gunneberg, F. Changes in algae-fluorescence indicating toxic pollution. St Theman. Cont. Remote Sens. Mar and Coastal Environ: Needs and Solut. Pollut. Monit. Confr. and Abatement / F. Gunneberg // New Orleans. 1992. - P. 167-170.

98. Hasan, S.H. Water hyacinth biomass for the biosorption of hexavalent chromium: Optimization of process parameters / S.H. Hasan, D. Ranjan, M. Talat // Biol. Res. 2010. - V. 5, №2. - P. 563-575.

99. Horwith, G. Formation of the photosynthetic apparatus during greening of cadmium-poisoned barley leaves / G. Horwith, M. Droppa, A. Oravecz, V.I. Raskin, J.B. Marder // Planta. -1996. V.199. -p.238-243.

100. Ibrahim, M. Molecular Spectroscopic study of water hyacinth dry matter / M. Ibrahim, O. Kühn, T. Scheytt // Open Chem. Phys. J. 2009. - V. 2. - P. 1-6.

101. Jorgensen, S.E. Fundamentals of ecological modelling, third edition / S.E. Jorgensen, G. Bendoricchio. Elsevier, 2001. - 543 p.

102. Kadlec, R.H. (ed.) Treatment wetlands / Robert H. Kadlec, Scott Wallace. Second Edition. 2008. CRC Press: Boca Raton, Florida, USA. 1016 p.

103. Keskinkan, O. Heavy metal adsorption properties of a submerged aquatic plant (Ceratophyllum demersum) / O. Keskinkan, M.Z.L. Goksu, M. Basibuyuk, C.F. Forster // Bioresource Technology. 2004. - V. 92. - P. 197-200

104. Kiran, B. Biosorption of Cr (VI) by native isolate of Lyngbya putalis (HH-15) in the presence of salt / B. Kiran, C.P. Kaushik // J. Hazard. Mater. 2007 Mar 22; 141(3):662-7.

105. Kleinman, R.L.P. Biological Treatment of Mine Water: An Update / R.L.P. Kleinman, R. Hedin. In: Tailings and Effluent Management: Proceedings of the International Symposium on Tailings and Effluent Management. - 1989. - P. 20-24.

106. Knight, R.L. Constructed wetlands for livestock wastewater management / R.L. Knight, V.W.E. Payne, R.E. Borer, R.A. Clarke, J.H. Pries // Ecological Engineering. 2000. - 15(1-2).-P. 41-55.

107. Kuyack, N. Biosorbents for removal and recovery of metals from industrial solutions / N. Kuyack, B. Volesky Biotech Lett. - 1988. - V. 10: P. 137-142.

108. Kuyack, N. Biosorption of algal biomass. In: Volesky B. (ed.), Biosorption of heavy metals / N. Kuyack, B. Volesky. CRC Press, Boca Raton. - 1990. - P. 174198.

109. Les, D. H. Ceratophyllaceae / D. H. Les // Flora of North America. 1993.15 p.

110. Lowden, Richard M. Studies on the submerged genus Ceratophyllum L. in the neotropics / Richard M. Lowden // Aquatic Botany. 1978. - V. 4. - P. 127-142.

111. Lowden, Richard M. Taxonomy of the genus Najas L. (Najadaceae) in the neotropics / Richard M. Lowden // Aquatic Botany. 1986. V. 24.1. 2. - P. 147-184.

112. Maeda, S. Accumulation and detoxification of toxic metal elements by alga / S. Maeda, T. Sakaguchi. In: Akatsuka I. (ed.) Introduction to applied phycology, Academic Publishing, The Hague, Netherlands. - 1990. - P. 109-136.

113. Mal, Tarun K. Effect of copper on growth of an aquatic macrophyte / Tarun K. Mai, P. Adorjan, A. Corbett // Environ. Pollut. 2002. - V. 120. - № 2. - P. 307311.

114. Matthias, Thommes. Physical adsorption characterization of nanoporous materials / Thommes Matthias // Chemie Ingenieur Technik. 2010. - V. 82. - P. 10561073.

115. Mehta, S.K. Influence of pH, culture age and cations on adsorption and uptake of Ni by Chlorella vulgaris / S.K. Mehta, B.N. Tripathi, J.P. Gaur // Eur. J. Protistol. 2000. - V. 36. - P. 443-450.

116. Mohapatra, P. K. Growth pattern changes of Chlorella vulgaris and Anabae-na doloilum due to toxicity of dimethoate and endosulfan/ P. K. Mohapatra, R. C. Mohanty // Bull. Environ. Contam. Toxicol. 1992. - V.49. - P. 576-581.

117. Molas, J. Changes in morphological and anatomical structure of cabbage outer leaves and in ultrastructure of their chloroplasts caused by an in vitro excess of nickel / J. Molas // Photosynthetica. 1997. - V. 34. - № 4. - p. 513-522.

118. Molle, P. Apatite as an interesting seed to remove phosphorus from wastewater in constructed wetlands / P. Molle, A. Liénard, A. Grasmick, A. Iwema, A. Kabbabi // Water Science and Technology. 2005b. 51(9): 193-203.

119. Mulamoottil, G. Constructed Wetlands for the Treatment of Landfill Leacha-tes / G. Mulamoottil, E. McBean, F.A. Rovers. Lewis Publishers: Boca Raton, Florida. - 1998.-304 p.

120. Muramoto, S. Removal of some heavy metals from polluted water by water hyacinth / S. Muramoto, Y. Ohi // Bulletin Environ. Contam. Toxicol. 1983. - V. 30. -P. 170-177.

121. Nelson, E.A. Metal removal from water discharges by a constructed treatment wetland / E.A. Nelson, W.L. Specht, A.S. Knox // Eng. Life Sci. 2006. - V. 6(1). -P. 26-30.

122. Page, A. A. Cadmium absorption and growth of various plant species as influenced by solution Cadmium concentration / A.A. Page, F.T. Bingham, and C. Nelson // J. Environmental Qual. 1972. - 1:288-291.

123. Prasad, M.N.V. (ed.) Heavy metal stress in plants: from biomolecules to ecosystems. 2nd Ed. / M.N.V. Prasad. Springer-Verlag Heidelberg. - 2004. -462p+xiv.

124. Rai, U.N. Wastewater treatability potential of some aquatic macrophytes: Removal of heavy metals / U.N. Rai, S. Sinha, R.D. Tripathi, P. Chandra // Ecological Engineering. 1995. - V. 5. - P. 5-12.

125. Rai, U.N. Cadmium regulated nitrate reductase activity in Hydrilla verticillata (L.fill.) Royle / U.N. Rai, M. Gupta, R.D. Tripathi, P. Chandra // Water, air and soil pollution. 1998. - V. 106. - P. 171-177.

126. Reed, B.E. Removal of lead and cadmium from aqueous waste stream using granular activated carbon (GAC) columns / B.E. Reed, S. Arunachalam, Bob Thomas // Environmental Progress. 1994. - V. 13. - P. 60-64.

127. Schneider, I.A.H. Eichhornia crassipes as biosorbent for heavy metal ions / I.A.H. Schneider, J. Rubio, M. Misra, R.W. Smith // Min. Eng. 1995. - V. 8. - P. 979988.

128. Schneider, I.A.H. Sorption of heavy metal ions by the nonliving biomass of freshwater macrophytes / I.A.H. Schneider, J. Rubio // Environ. Sci. Technol. 1999. -V. 33.-P. 2213-2217.

129. Senthilkumaar, S. Biosorption of toxic heavy metals from aqueous solutions / S. Senthilkumaar, S. Bharathi, D. Nithyanandhi, V. Subburam // Bioresour. Technol. -2000. V75.-P. 163-165

130. Shah, K. Metal hyperaccumulation and bioremediation / K. Shah, J.M. Nongkynrih // Biologia plantarum. 2007. - 51 (4): p. 618-634.

131. Shaikh, Parveen R. Bioaccumulation of chromium by aquatic macrophytes Hydrilla sp. & Chara sp. / Parveen R. Shaikh, Arjun B. Bhosle // Advances in Applied Science Research.-2011. 2 (1): 214-220.

132. Shoaib, A. Removal of Pb(II), Cu(II) and Cd(II) from aqueous solution by some fungi and natural adsorbents in single and multiple metal systems / A. Shoaib, T. Badar, N. Aslam // Рак. J. Bot. 2011. - V. 43, №6. - P. 2997-3000.

133. Simpson, Michael G. Plant Systematics (Second Edition) / Michael G. Simpson. Academic Press. - 2010. - 752 p.

134. Stahl, B. Ceratophyllaceae / B. Stahl // Fl. Ecuador. 2003. - 70: 27-29.

135. Suthersan, Suthan S. Natural and enhanced remediation systems / Suthan S. Suthersan. Arcadis Geraghty & Miller science and engineering. Boca Raton: CRC Press LLC.-2001.-442 c.

136. Taha, A.W. Assessment Removal of Heavy Metals Ions from Wastewater by Cement Kiln Dust (CKD) / A.W. Taha, A. M. Dakroury, G. O. El-Sayed, S. A. El-Salam // Journal of American Science. 2010. - V. 6(12). - P. 910-917.

137. Tariq, M. Javed. Cadmium triggers Elodea canadensis to change the surrounding water pH and thereby Cd uptake / M. Javed Tariq, Greger Maria // International journal of phytoremediation. 2010. - 13:1, 95-106.

138. The plants database: Plants profile Электронный ресурс. // United States Department of Agriculture, Natural Resources Conservation Service. National 132. Plant Data Team, Greensboro, North Carolina, 2012. Режим доступа: http://plants.usda.gov.

139. Toppi, L.S. Response to cadmium in higher plants / L.S. Toppi, R. Gabbrielli // Env. and Experimental Botany. 1999. - V. 41. - P. 105-130.

140. Taggart, M.A. Arsenic rich iron plaque on macrophyte roots an ecotoxicologi-cal risk? / M.A. Taggart, R. Mateo, J.M. Charnock, F. Bahrami, A.J. Green, A.A. Meharg // Environmental Pollution. - 2009. - V. 157. - P. 946-954.

141. Tsezos, M. Biosorption of uranium and thorium / M. Tsezos, B. Volesky // Biotechnol. Bioeng. 1981.-23: 583-604.

142. Tsezos, M. The mechanism of thorium biosorption by Rhizopus arrhizus / M. Tsezos, B. Volesky // Biotechnol. Bioeng. 1982. - 24: 955-969.

143. Tsezos, M. The mechanism of uranium biosorption by Rhizopus arrhizus / M. Tsezos, B. Volesky // Biotechnol. Bioeng. 1982. - 24: 385-401.

144. Tsezos, M. The role of chitin in uranium adsorption by R. arrhizus / M. Tsezos // Biotechnol. Bioeng. 1983.-25: 2025-2040.

145. Vassilev, A. Cadmium-induced changes in chloroplast lipids and photosystem activities in barley plants / A. Vassilev, F. Lidon, P. Scotty, Graca M. Da, I. Iordanov // Biol. Plant. 2004 - V. 48. № 1. - p. 153-156.

146. Vimala, R. Mechanism of Cd (II) adsorption by macroTungus Pleurotus platypus. / R. Vimala, Das Nilanjana // Journal of Environmental Sciences. 2011. -23(2)288-293.

147. Volesky, B. Biosorbent Materials / B. Volesky // Biotechnol. Bioeng. Symp. 1986. - 16: 121-126.

148. Vymazal, J. Horizontal sub-surface flow and hybrid constructed wetlands systems for wastewater treatment / J. Vymazal // Ecological Engineering. 2005. - V. 25.-P. 478-490.

149. Wang J. Biosorbents for heavy metals removal and their future / J. Wang, C. Chen // Biotechnology Advances. 2009. - №27. - P. 195-226.

150. Wang, T.C. Parameters for removal of toxic heavy metal by water milfoil (Myriophyllum spicatum) / T.C. Wang, J.C. Weissman, G. Ramesh et al. // Bull. Environ. Contam. Toxicol. 1996. - V. 57. - P. 779-786.

151. Wase, John D.A. Biosorbents for Metal Ions / John D.A. Wase, Christopher Forster. Taylor & Francis Ltd. - 2003. - ISBN 0-203-79128-2. 249 p.

152. Wieder, R.K. A survey of constructed wetlands for acid coal mine drainage treatment in the eastern United States / R.K. Wieder. Wetlands. - 1989. - 9: 299-315.

153. Wilde, E.W. Bioremoval of heavy metals by the use of microalgae / E.W. Wilde, J.R. Benemann / Biotech Adv. 1993. - 11:781-812.

154. Wilmot-Dear, C. M. Ceratophyllaceae / C. M. Wilmot-Dear // Fl. Zambesiaca. 1991. - 9(6): 124-128.

155. Wolverton, B. C. Bioaccumulation and Betection of trace levels of cadmium in aquatic systems by Eichhornia crassipes /B.C. Wolverton, Rebecca C. McDonald / Environmental Health Perspectives. 1978. - Vol. 27, pp. 161-164.

156. Wolverton, B.C. NASA Technical Memorandum / B.C. Wolverton, R.C. Mcdonald. TMXX - 72723 (1975b). - 10 p

157. Younger, P.L. Mine Water: Hydrology, Pollution, Remediation / P.L. Younger, S.A. Banwart, R. Hedin // Kluwer Academic Publishers: London, United Kingdom. 2002. - 464 p.

158. Younger, P.L. The adoption and adaptation of passive treatment technologies for mine waters in the United Kingdom / P.L. Younger // Mine Water and the Environment. 2000. - 19: 84-97.

159. Показатели Единица измерения Значение измерения пдк1 рН 6,8 ± 0,4 в пределах 6-9

160. Сг6+ мг/л 0,015 ±0,004 0,05

161. Бе3* мг/л 0,244 ±0,019 0,34 Си2+ мг/л 0,039 ± 0,007 15 Сй2+ мг/л <0,001 0,0013 2 1О

162. Морфологическая ответная реакция СегШоркуНит с1етегвит на действие ТМ при различных ПНЗ рНпо продолжительности экспозиции (сутки)1. Сг ПНЗ рН = 3,6

163. О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 151. ЕЗДаг евБ1. Сс1 ПНЗ рН = 3,63 2пя р* Г5

164. О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 151. ЗД5 4 з 2 1 01. Си-ПНЗ рН= 12

165. О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15езд ЭГВ1. Б В Аса-пнз рн = 122 1 Ога га га га

166. О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 151. ЕЭДаг авБ4 л 3 2 Н 1 О1. Cr ПНЗ pH = 6

167. I—I—1—I—I—I—I—I—1—I—I—I—I—I—I

168. О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 151. ЕЭДГ1. Сё ПНЗ рН = 3,64 3 2 1 О

169. О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15ад

Информация о работе

Чан Куок Хоан
кандидата биологических наук
Астрахань, 2012
ВАК 03.02.08

Диссертация

Использование водных макрофитов в очищении воды от тяжелых металлов - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему Использование водных макрофитов в очищении воды от тяжелых металлов ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Использование водных макрофитов в очищении воды от тяжелых металлов"

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Чан Куок Хоан

Введение Диссертация по биологии, на тему "Использование водных макрофитов в очищении воды от тяжелых металлов"

Заключение Диссертация по теме "Экология (по отраслям)", Чан Куок Хоан

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Чан Куок Хоан, Астрахань

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Использование водных макрофитов в очищении воды от тяжелых металлов
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)