Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Capacity of 34 Wetland Plant Species to Remove Heavy Metals from Water
Stockholm University, Faculty of Science, Department of Ecology, Environment and Plant Sciences.ORCID iD: 0000-0001-5477-1562
Stockholm University, Faculty of Science, Department of Ecology, Environment and Plant Sciences.
(English)In: Environmental science and pollution research international, ISSN 0944-1344, E-ISSN 1614-7499Article in journal (Refereed) Submitted
Abstract [en]

Polluted stormwater, a major source of heavy metal load to the sea, is often left untreated or treated in stormwater ponds that do not remove dissolved heavy metals. Floating treatment wetlands (FTWs) may reduce heavy metal levels in stormwater, but the choice of plant species for efficient metal removal has received little attention. We investigated the capacity of 34 wetland plant species to remove metals dissolved in water and the possible underlying traits of plants with the best removal capacity. The plants were grown hydroponically for 5 days in a solution containing 1.2 µg Cd L–1, 68.5 µg Cu L–1 ¸ 78.4 µg Pb L–1, and 559 µg Zn L–1. Results indicate that plants could remove up to 61, 86, 94, and 52% of Cd, Cu, Pb and Zn, respectively, after 0.5 h of exposure, and up to 100% of Cd, Pb, and Zn, respectively, and 98% of Cu after 5 days of exposure. There were large differences in metal removal between the investigated species. Plant size contributed more to high removal capacity than did net metal uptake per unit of fine roots. Carex pseudocyperus and C. riparia were the most efficient and versatile species because they could remove all studied metals after short exposure. In conclusion, it is possible to increase metal removal in FTW applications by selecting high-performing plant species.

Keywords [en]
Heavy metal removal, Hydroponic, Floating treatment wetlands, Phytoremediation, Stormwater, Wetland plants
National Category
Botany
Research subject
Plant Physiology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:su:diva-171833OAI: oai:DiVA.org:su-171833DiVA, id: diva2:1344119
Funder
Svenska Byggbranschens Utvecklingsfond (SBUF), 13167Svensk Vatten Utveckling (SVU), 15-123Available from: 2019-08-20 Created: 2019-08-20 Last updated: 2019-08-29Bibliographically approved
In thesis
1. Heavy metal removal by floating treatment wetlands: Plant selection
Open this publication in new window or tab >>Heavy metal removal by floating treatment wetlands: Plant selection
2019 (English)Licentiate thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Elevated levels of heavy metals and chloride are commonly found in stormwater, as a consequence of pollution from traffic, building material and industries, and the use of salt for deicing in wintertime. Floating treatment wetlands (FTWs), consisting of vegetated rafts that can be placed in stormwater ponds, may be able to reduce heavy metal and chloride concentrations, but until this date have mainly been used for nutrient removal in warm climates. Plants are essential in FTWs as pollutants are taken up into plant tissues, adsorbed to exposed plant surfaces, precipitated due to chemical interactions with root exudates or bound to plant litter.

The aim of the study was to examine: A) which plant species that should be used on FTWs in a cool climate for efficient heavy metal and chloride removal, and B) to identify plant traits that are connected to high pollutant removal capacity as a help for identification of additional suitable species.

Thirty-four wetland plant species, all growing in wild in Sweden, were used in the study. These were all grown hydroponically for 5 days in a solution containing 1.2 µg Cd L–1, 68.5 µg Cu L–1 ¸ 78.4 µg Pb L–1, 559 µg Zn L–1 and 55.4 mg Cl L-1. Carex pseudocyperus and Carex riparia were found to quickly reduce the concentration of all added heavy metals, and keep the concentration low for the remainder of the exposure period. In addition, nine species were able to remove all metals except cadmium quickly. High removal capacity of metals was found to be connected to biomass traits, mainly large fine root and leaf biomass, and to transpiration, which is correlated with to leaf biomass. Twenty-three of the tested species have also been evaluated for their chloride uptake, and Phalaris arundinacea and Glyceria maxima were identified as the species with highest chloride removal capacity. Preliminary analysis show that the correlation between biomass and chloride removal capacity is weaker than for heavy metals.

In conclusion, the removal capacity of heavy metals and chloride differs between plant species, which can be explained by differences in the traits of the plants. The findings indicate that removal of both heavy metals and chloride can be achieved by FTWs in cold climates using a combination of native plants.

Abstract [sv]

Förhöjda halter av tungmetaller och klorid är vanligt förekommande i dagvatten. Detta är orsakat av föroreningar från trafik, byggnadsmaterial och industriell verksamhet samt från användandet av vägsalt under vintrar. Flytande våtmarker som består av bevuxna flottar som kan placeras i dagvattendammar skulle potentiellt kunna minska koncentrationen av tungmetaller och klorid. Hittills har dock denna typ av våtmarker mestadels använts för att minska halterna av kväve och fosfor i vatten i länder med varmt klimat.

Växterna i den flytande våtmarken är nödvändiga för att reningen ska bli effektiv. De tar upp en del av föroreningarna genom rötterna och ackumulerar i växten. Föroreningarna fäster också på ytan på rötter och döda växtdelar samt fäller ut och sedimenterar genom kemiska förändringar i vattnet runt rötterna. Växternas rötter som hänger ned i vattnet minskar vattenhastigheten, vilket ger ökad sedimentation av föroreningar som är bundna till partiklar. Därefter kan växtdelarna och sedimentet transporteras från platsen och tas om hand på ett säkert sätt.

Syftet med denna studie var att: A) Undersöka vilka växtarter som kan användas i flytande våtmarker i kallt klimat för effektiv rening av tungmetaller och vatten, samt B) identifiera vilka egenskaper hos växterna som är kopplade till hög reningsförmåga hos växterna, för att på så sätt lättare kunna identifiera fler lämpliga arter.

Studien baseras på 34 arter av svenska våtmarksväxter. De odlades hydroponiskt, och exponerades i fem dagar för en lösning innehållande 1,2 µg Cd L–1, 68,5 µg Cu L–1 ¸ 78,4 µg Pb L–1, 559 µg Zn L–1 och 55,4 mg Cl L-1, en föroreningsmängd baserat på halterna i dagvatten från högtrafikerad väg.

Slokstarr (Carex pseudocyperus) och jättestarr (Carex riparia) visade sig snabbast minska koncentrationen av samtliga tungmetaller i lösningen. Ytterligare nio arter minskade snabbt koncentrationen av koppar, bly och zink, men inte kadmium. Växternas reningsförmåga visade sig korrelerat med mängden biomassa, framförallt mängden blad och tunna rötter, samt med växtens transpiration som i sin tur beror på mängden blad. Förmågan att rena klorid har analyserats hos 23 av arterna och rörflen (Phalaris arundinacea) och jättegröe (Glyceria maxima) visade sig vara de mest effektiva arterna. Preliminära analyser visar att korrelationen mellan saltupptag och biomassa är svagare än för tungmetaller.

Slutsatsen av denna studie är att växters förmåga att rena vatten från tungmetaller och klorid uppvisar stora skillnader, som kan förklaras genom skillnader i växternas egenskaper. Detta indikerar att rening av dagvatten från både tungmetaller och klorid i kallt klimat kan uppnås med flytande vårmarker med inhemska växter.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: Stockholm University, 2019
Keywords
Phytoremediation, Rhizofiltration, Heavy metal, Chloride, Floating treatment wetland, Wetland plants, Stormwater
National Category
Botany
Research subject
Plant Physiology
Identifiers
urn:nbn:se:su:diva-172139 (URN)
Presentation
P216, Svante Arrhenius väg 20A, Stockholm (English)
Opponent
Supervisors
Funder
Svensk Vatten Utveckling (SVU), 15-123Svenska Byggbranschens Utvecklingsfond (SBUF), 13167
Available from: 2019-08-29 Created: 2019-08-29 Last updated: 2019-08-29Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

Search in DiVA

By author/editor
Schück, MariaGreger, Maria
By organisation
Department of Ecology, Environment and Plant Sciences
In the same journal
Environmental science and pollution research international
Botany

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 18 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf