重金屬污染水體問題及處理技術(shù)

　　一、水體重金屬污染現(xiàn)狀

　　銅、鉛、鋅、鎳、鋸、鎘、汞和非金屬碑等的相對密度大于4.5的金屬稱為重金屬，這些重金屬及其化合物在水中的濃度超過限度難以自凈，就會造成水體重金屬污染。據(jù)調(diào)查，我國七大水系(珠江水系、長江水系、太湖水系、黃河水系、松遼水系和海河水系)均受到了重金屬污染，河流流域、人口分布和季節(jié)的不同所呈現(xiàn)的污染狀況也不甚相同。

　　二、水體重金屬污染來源

　　水體中的重金屬來源主要有人為因素和自然因素，造成重金屬污染的原因絕大多數(shù)是人為因素。

　　2.1 工業(yè)生產(chǎn)

　　工業(yè)活動迅速發(fā)展的同時，隨之而來的環(huán)境污染也不可小覷。很多工業(yè)生產(chǎn)所排放的含有中間屬污染的廢水極大程度的污染了河流與地下水，導(dǎo)致水體重金屬含量超標(biāo)。例如制革、電鍍、造紙行業(yè)排放的含鋸廢水、鉛酸蓄電池產(chǎn)業(yè)所排放的含鉛廢水也超過了國家排放標(biāo)準(zhǔn)?還有有色金屬的開采與冶煉、電子產(chǎn)業(yè)等會排放出含鎘廢水頁。

　　2.2 污染物質(zhì)相互遷移

　　除了工業(yè)生產(chǎn)造成的污染外，被重金屬污染的大氣和土壤也會造成水體的重金屬污染。首先，大氣沉降可以造成水體重金屬污染。含輅廢氣排放到大氣中，形成了氣凝膠，通過大氣沉降進(jìn)入水體，造成了水體重金屬污染。戰(zhàn)雯靜詢對長江口青草沙水庫和長興島大氣中重金屬與水體中重金屬的含量進(jìn)行了監(jiān)測和對比，研究結(jié)果表明大氣沉降可能是長江口水中重金屬的重要來源之一。其次，土壤重金屬污染也會造成水體重金屬污染。工業(yè)活動產(chǎn)生的廢渣隨意、不規(guī)范的堆放在場地上，由于降雨和下滲作用污染了土壤。污染的土壤進(jìn)而污染地下水造成了水體重金屬污染。

　　水體、大氣、土壤這三者重金屬污染都會相互遷移和轉(zhuǎn)化，使污染情況趨于復(fù)雜。

　　三、水體重金屬危害

　　水體重金屬污染通常會對水中的動植物和人類有害。水中的重金屬通過生物富集積累在水生動植物體內(nèi)且通過食物鏈又富集在人體內(nèi)，對人體造成危害。

　　3.1 對水生植物的危害

　　目前，最能解釋重金屬對水生植物危害作用的是自由基傷害理論。通常情況下，許多酶促反應(yīng)和某些低分子化合物的自動氧化都會產(chǎn)生活性氧。水生植物在長期的進(jìn)化過程中，在體內(nèi)形成了SOD、CAT和POD酶組成的有效的清除活性氧的酶系統(tǒng)。它們在一定范圍內(nèi)及時清除機(jī)體內(nèi)過多的活性氧，以維持自由基代謝的動態(tài)平衡，能維持水生植物體內(nèi)活性氧自由基的較低水平，從而避免了活性氧對水生植物細(xì)胞的傷害。由于重金屬能導(dǎo)致水生植物體內(nèi)活性氧產(chǎn)生速率和膜脂過氧化產(chǎn)物明顯上升，使得水生植物體內(nèi)活性氧自由基的產(chǎn)生速度超出了水生植物清除活性氧的能力，因而引起細(xì)胞損傷。這是重金屬對水生植物產(chǎn)生毒害的一個重要機(jī)制?。重金屬對植物的毒性表現(xiàn)在抑制植物生長、降低呼吸和光合作用、降低植物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力、改變蛋白質(zhì)及酶的活性和改變細(xì)胞的膜透性。

　　3.2 對水生動物的危害

　　水生動物通常以水藻和浮游生物為食，重金屬對水生動物的危害主要表現(xiàn)通過食物鏈將環(huán)境中的重金屬富集在動物的體內(nèi)。王召根?研究了CU2+和Cd2+對泥酣的毒害作用，結(jié)果顯示CU2和Cd2+粒子濃度越高，泥酣存活率越低，毒性作用大小為Cu>Cd。李華研究了重金屬對淡水魚的毒害作用及重金屬在體內(nèi)的富集情況，結(jié)果顯示Cd在淡水魚體內(nèi)富集程度分別為：肌肉<腮絲<腎臟<肝臟<血液。此外水生動物還可能在呼吸時通過腮將重金屬富集在體內(nèi)，或是身體表面和水體接觸時發(fā)生的滲透交換作用。

　　3.3 對人體的傷害重

　　金屬可以通過呼吸作用、與皮膚接觸或者消化系統(tǒng)富集在人體內(nèi)。通常來說，Zn2+，Cu2+等是人體不可缺少的微量元素，微量存在于身體中有益人體健康，但過量就會危害人體健康。比如20世紀(jì)50年代發(fā)生在日本的“水誤病”，就是由于水體汞污染，汞通過食物鏈富集在了人體內(nèi)。汞會損傷人的神經(jīng)中樞系統(tǒng)。同一時間日本還發(fā)生了人由于人們長期飲用含鎘水和食用含鎘大米引發(fā)的“骨痛病”。鋸作為一種變價金屬，三價鋸毒性較低且是人體所需微量元素，但六價輅有劇毒，可通過以上3個途徑進(jìn)入人體，對人體皮膚和呼吸道都有毒害作用，嚴(yán)重時可以致癌。其余鉛、碑、銅等均對人體有毒害作用。

　　四、水體重金屬污染處理技術(shù)

　　由于重金屬多數(shù)價態(tài)較多，且賦存形態(tài)有時會隨著pH值等外界因素而改變，故處理工藝復(fù)雜多變，下面為介紹幾種常見的處理方法。

　　4.1 吸附法

　　吸附法是目前比較常用的處理方法，原理是利用多孔吸附材料通過靜電吸附、范德華引力等吸附水中的重金屬離子。傳統(tǒng)的吸附材料有活性炭、生物炭、沸石、膨潤土和活性污泥等。目前人們研究的重點多集中于這些材料的改性和升級，并且開發(fā)出越來越多廉價新型的吸附材料。黃熙賢以核桃生物炭為原材料，用環(huán)糊精和殼聚糖對原材料進(jìn)行改性合成的新型材料對水中的鋸離子不僅有良好的吸附作用還具有還原作用。張國威研究了活性污泥對水中Pb(n)的吸附機(jī)理。結(jié)果表明，Langmuir和Freundlich等溫吸附線都可以解釋其吸附情況，而且活性污泥對鉛的吸附機(jī)理包含靜電吸附、離子交換、微絮凝沉淀、表面絡(luò)合等。

　　4.2 化學(xué)沉淀法

　　化學(xué)沉淀法一般通過向水中添加石灰、硫化物、氫氧化物、鐵鹽或鋁鹽等使原本溶解在水中的重金屬離子變成不溶性的沉淀。例如向六價鋸污染水體中投加?I鹽，使水中原本的HCrO4變?yōu)锽aCrO4沉淀，具體反應(yīng)式為：

　　巢猛研究了水中鎳的去除條件，結(jié)果表明：調(diào)節(jié)原水pH值至9.0，投加1.8mg/L聚合氯化鋁，可以將濃度為0.04mg/L的廢水處理到出水在0.02mg/L以下，符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。馬越研究了不同pH值下三氯化鐵、聚合氯化鋁對重金屬鉗的去除效果。結(jié)果表明：聚合氯化鋁對水中鉗去除效果優(yōu)于三氯化鐵，且出水中鐵未超標(biāo)。

　　4.3 生物法

　　正如之前所說，重金屬會富集在動植物體內(nèi)。根據(jù)這一特性，人們不斷發(fā)現(xiàn)富集能力強(qiáng)的動植物取富集水中的重金屬，達(dá)到污染物轉(zhuǎn)移的目的。此外，人們還培養(yǎng)?微生物，利用胞外聚合物(EPS)取吸附重金屬離子。

　　例如譚彩云研究了鳳眼蓮對水中鉛、鋅、鉛離子的短期去除能力及影響因素，結(jié)果表明鳳眼蓮對水中重金屬離子去除效果較好，可達(dá)90%，對三者的去除能力為：Pb(Ⅱ)>cr(Ⅲ)>zn(Ⅱ)。胞外聚合物(eps)是微生物在一定環(huán)境條件下，在其代謝過程中分泌在細(xì)胞壁外，用于自我保護(hù)和相互黏附，由具有相似或相同結(jié)構(gòu)的化合物通過聚合物而成的有機(jī)高分子物質(zhì)，相對分子量通常在幾千到幾百萬范圍內(nèi)，并在饑餓環(huán)境下為微生物本身提供碳源和能量的一類有機(jī)高分子多聚化合物，它是微生物聚集體(活性污泥、生物膜及顆粒污泥)的主要成分，影響著微生物聚集體的特性并保護(hù)微生物免受外界惡劣環(huán)境的破壞。EPS普遍存在于生物污泥絮體內(nèi)部及表面，細(xì)胞借助EPS進(jìn)行物質(zhì)和能量的傳遞，它的含量及組成對污泥的理化性能以及生物處理系統(tǒng)內(nèi)部電子流的分配轉(zhuǎn)移起著重要的作用。EPS都是由一些大分子物質(zhì)組成的，表面積很大，再加上EPS表面有各種非極性和極性基團(tuán)，故EPS具有一定的吸附能力。研究發(fā)現(xiàn)EPS對不同的重金屬的吸附機(jī)理也不同，表現(xiàn)為不同官能團(tuán)對不同重金屬的吸附能力有大有小。而且，pH值、EPS投加量以及吸附時間均是影響其吸附性能的主要因素皿。

　　但生物修復(fù)法造價昂貴、目前不能大規(guī)模使用，而且重金屬富集在生物體內(nèi)以后造成的二次污染仍需要處理，所以生物修復(fù)方法使用較少。

　　五、結(jié)語

　　水體重金屬污染危害大、范圍廣，還容易造成土壤和大氣的循環(huán)污染，故對水體重金屬污染的治理不能松懈，但僅僅靠污染后采取相關(guān)措施處理還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，更需要有關(guān)執(zhí)法部門從污染源頭抓起。事前對污染企業(yè)普及排污知識及相關(guān)法律規(guī)定，避免發(fā)生亂排現(xiàn)象，污染發(fā)生時要及時報告有關(guān)部門，積極采取相應(yīng)措施，避免污染范圍擴(kuò)大，事后要總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)并追究相關(guān)責(zé)任。如此一來，水中重金屬污染的治理才會更上一層樓。(來源：(甘肅新天億環(huán)保工程有限公司)