[发明专利]基于响应曲面的绿萝修复铜污染水体的优化方法

说明书

本发明公开一种基于响应曲面的绿萝修复铜污染水体的优化方法，包括：单因素试验确定较佳的外源强化因子水杨酸、硝普纳和植物激素油菜素甾醇投加浓度的参数取值范围；选用响应曲面法中Box‑Behnken方法设计优化试验；进行响应曲面试验，获取建立模型所需响应值‑铜去除率；应用Design‑Expert软件对实验数据进行多元回归拟合，建立二次多元回归模型；对响应曲面二次模型进行方差分析和显著性分析；确定最优条件，并进行验证试验检验模型有效性和最优条件的实用性。本发明通过施加三种外源强化因子优化绿萝修复铜污染，不仅试验效率高、预测精度高和可操作性强，而且能够有效提高绿萝累积重金属铜的能力使水质得到改善。

技术领域

本发明涉及铜污染废水处理技术领域，具体涉及基于响应曲面的绿萝修复铜污染水体的优化方法。

背景技术

随着现代工业的迅速发展，导致工业废水的排放总量越来越大，致使许多污染物排放到水中，尤其突出的是水体重金属污染。重金属是环境中典型的蓄积性污染物，难以降解，一旦重金属进入水体仅靠水体自净能力很难使水体恢复到原有的状态。此外，水生环境中的重金属易于迁移，因此很容易通过水生动物直接或间接地影响人类的自身健康。铜离子进入水体后不能被生物降解，只能发生迁移和形态转化。在水体处于酸性条件下，铜离子易溶于水，容易发生迁移，但在碱性条件下，铜离子会以沉淀或悬浮颗粒形式存在，影响其在水体中的迁移。当铜离子在水体中积累到一定程度会对水生生态系统造成严重损害，并可能通过食物链进入人体，威胁人体健康。

在重金属污染水体的治理技术中，物理化学修复技术主要是以膜分离技术法、离子交换法、电化学法、化学还原法和化学沉淀法等为主。这些方法虽然实施快捷、灵活性强、修复效率高但其工作量大、容易造成二次污染、成本量较高，不易于大规模应用。生物修复法主要包括植物、动物和微生物修复。其中，利用水生植物进行水体修复具有治理成本低、绿色环保和效率高等优点。植物修复法作为生物法处理重金属污染水体之一，它主要通过水生植物根滤、挥发、吸收和富集等作用去除污染水体中的重金属离子，或降低污染水体中的重金属毒性，以达到降低污染程度、修复和治理水体的目的。通过培育水生植物，利用水生植物根系和茎叶对重金属的吸收、转化、富集等功能可以降低水体中重金属浓度，进一步，当水生植物生物量增长到一定程度，通过收获水生植物可以实现重金属从污染水体中去除的目的。植物修复技术因其经济、绿色环保和二次污染低等特点逐渐成为水体重金属污染的主要治理技术，受到许多研究者的关注。

绿萝(Epipremnum aureum)，属于天南星科大型常绿藤本植物，气根发达，土培和水培种植均可成活，具有繁殖快、种群密度大、生长速率快和耐荫力等优点。目前，采用绿萝作为植物修复材料可以克服由于植物生长受限，导致吸收重金属效果不佳的问题。由于水体中重金属的存在形态复杂，导致植物生长以及根系发育迟缓，进而使植物修复效率低下。水杨酸(SA)是植物体内普遍存在的内源信号分子，具有重要的生理功能，在植物的生理方面发挥着重要的作用。研究表明，水杨酸在植物的抗重金属、抗旱和抗盐等方面，以及对种子萌发、果实成熟和园艺产品保鲜等具有明显的作用。一氧化氮(NO)作为一种重要的信号分子，在调节植物重金属胁迫抗性方面起着非常重要的作用。研究表明外源NO能够增强植物对重金属胁迫的抗性，一方面是通过增强植物细胞的抗氧化系统或直接清除活性氧，另一方面是通过影响植物对重金属的吸收以及重金属在植物细胞中的分布。植物激素是一类植物体内产生的一些微量而能调节自身生理过程的有机化合物，其中2,4-EBL属于油菜素甾醇类植物激素并具有高生理活性。油菜素甾醇在植物的生长发育中有着重要作用，包括茎叶的生长、根的生长、维管组织的分化以及植物光形态建成等。

响应曲面法(Response Surface Methodology,RSM)是一种多元回归拟合建模方法，能够进行多因素影响分析并预测结果，是近年来国内外常用的实验设计和优化方法。Box-Behnken Design是RSM中常用的实验设计方法。该方法具有实验次数少，精密度高，预测性能好，避免极端实验情况等优点。Design-Expert是一款响应曲面法的设计与建模软件，使用该软件可以方便快捷地设计实验方案，根据实验数据建立模型，验证模型显著性以及计算不同条件最优参数，满足各种工艺要求。