基于响应曲面的绿萝修复铜污染水体的优化方法技术

本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
基于响应曲面的绿萝修复铜污染水体的优化方法


[0001]本专利技术涉及铜污染废水处理
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于响应曲面的绿萝修复铜污染水体的优化方法，进一步解决修复植株矮小、植物吸收重金属铜的效率低和水体修复效果不显著的问题，从而实现高效且较为安全的水体修复，并可以大规模应用于实际修复中。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下，基于响应曲面的绿萝修复铜污染水体的优化方法，包括如下步骤：
[0008]1)将盆栽绿萝从土培中取出，清洗进行水培后，加入铜污染水体，加入水杨酸溶液、硝普纳溶液，对铜污染水体进行修复；
[0009]2)选择水杨酸浓度、硝普纳浓度、2,4
‑
EBL浓度进行单因素实验；
[0010]3)在单因素试验的基础上，选取影响最大的三个因素，水杨酸添加浓度、硝普纳添加浓度、2,4
‑
EBL浓度为自变量以铜去除率为响应值，建立二次多元方程；
[0011]4)对多元二次方程进行响应面分析，取铜去除率为最大值，对绿萝修复铜污染水体方法进行优化，得到提取工艺参数。
[0012]上述的基于响应曲面的绿萝修复铜污染水体的优化方法，还包括以下步骤：将步骤4)中得到的工艺参数，进行确定和实验验证。
[0013]上述的基于响应曲面的绿萝修复铜污染水体的优化方法，步骤1)中，所述的水培是将根部洗净的绿萝放置于1/500改良霍格兰营养液内培养14天。
[0014]上述的基于响应曲面的绿萝修复铜污染水体的优化方法，水杨酸投加量为25、50、100、200μM/500mL，硝普纳投加量为25、50、100、200μM/500mL，2,4
‑
EBL投加量为0.25、0.5、1.0和2.0μM/500mL。
[0015]上述的基于响应曲面的绿萝修复铜污染水体的优化方法，步骤1)中，铜污染水体中，铜离子浓度为400mg/L。
[0016]上述的基于响应曲面的绿萝修复铜污染水体的优化方法，步骤3)中，二次多元方程为：
[0017][0018]式中：Y是去除率的预测响应值，β0为偏移项，β
i
、β
ii
分别为自变量X
i
的线性偏移和二阶偏移系数，β
ij
为自变量X
i
和X
j
交互效应系数，X
i
和X
j
代表各因素水平的编码值，ε为拟合模型的残差。
[0019]上述的基于响应曲面的绿萝修复铜污染水体的优化方法，对二次多元方程系数及二次多元方程进行F检验和P检验，得出ANOVA分析结果和显著性检验结果；分析回归模型的拟合系数和调整拟合系数；通过回归方程、绘制等高线和响应面图，对任意两种因素的交互
效应进行分析评价。
[0020]上述的基于响应曲面的绿萝修复铜污染水体的优化方法，模型的显著性检验的ANOVA分析要求为：R2为0.9739，CV＝2.88＜10％、信噪比为18.43＞4和Model(模型)—significant。
[0021]本专利技术采用水杨酸SA、气体分子NO和油菜素甾醇类植物激素2,4
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于响应曲面的绿萝修复铜污染水体的优化方法，其特征在于：包括如下步骤：1)将盆栽绿萝从土培中取出，清洗进行水培后，加入铜污染水体，加入水杨酸溶液、硝普纳溶液，对铜污染水体进行修复；2)选择水杨酸浓度、硝普纳浓度、2,4
‑
EBL浓度进行单因素实验；3)在单因素试验的基础上，选取影响最大的三个因素，水杨酸添加浓度、硝普纳添加浓度、2,4
‑
EBL浓度为自变量以铜去除率为响应值，建立二次多元方程；4)对多元二次方程进行响应面分析，取铜去除率为最大值，对绿萝修复铜污染水体方法进行优化，得到提取工艺参数。2.根据权利要求1所述的基于响应曲面的绿萝修复铜污染水体的优化方法，其特征在于：还包括以下步骤：将步骤4)中得到的工艺参数，进行确定和实验验证。3.根据权利要求2所述的基于响应曲面的绿萝修复铜污染水体的优化方法，其特征在于：步骤1)中，所述的水培是将根部洗净的绿萝放置于1/500改良霍格兰营养液内培养14天。4.根据权利要求3所述的基于响应曲面的绿萝修复铜污染水体的优化方法，其特征在于：水杨酸投加量为25、50、100、200μM/500mL，硝普纳投加量为25、50、100、200μM/500mL，2,4
‑
EBL投加量为0.25、0.5、1.0和2.0μM/500mL。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴洁婷，于畅，高添，吕偲迪，许琪，邵谱蓉，赵若帆，吕锦，姚儒艺，俞彦祎，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：