水环境中镉污染处理的研究进展

文章编号：1673-887X(2023)02-0083-03
水环境中镉污染处理的研究进展
吴泉，罗词安
（上饶幼儿师范高等专科学校，江西上饶334000）
摘要镉存在于自然界中的硫镉矿中，属于一种有毒的金属元素，具有降解难、毒性低、稳定性高、可蓄积的特征，水、土壤、动植物中都分布着一些镉，该重金属会对人的健康造成很大的危害。

当镉进入到人体后，往往需要较长的时间才能排出体外，通常人肾皮质的镉生物学半衰期为10~30年。

近年来我国各地时常发生镉污染事故，给当地居民的正常生产生活造成了极为严重的影响，我国政府和社会各界也非常关注镉的生产安全及其对环境影响。

文章主要阐述水环境中镉污染处理技术。

关键词镉污染；水环境；研究进展
中图分类号X523文献标志码A doi:10.3969/j.issn.1673-887X.2023.02.025
Progress in the Treatment of Cadmium Pollution in Water Environment
Wu Quan,Luo Ci'an
(Shangrao Preschool Teachers College,Shangrao334000,Jiangxi,China)
Abstract：Cadmium,which exists in cadmium sulfide ore in nature,is a toxic metal element,which has the characteristics of diffi‐cult degradation,low toxicity,high stability and accumulation,and some cadmium is distributed in water,soil,animals and plants, this heavy metal will cause great harm to human health.When cadmium enters the human body,it often takes a long time to be ex‐creted from the ually,the biological half-life of cadmium in human renal cortex is10~30years.In recent years,cadmium pollution accidents often occur in various parts of China,which have a very serious impact on the normal production and life of local residents.The government and all sectors of society are also very concerned about the production safety of cadmium and its impact on the environment.This paper mainly described the treatment technology of cadmium pollution in water environment.
Key words：admium pollution,water environment,research progress
1镉污染的概述
如今，美国毒物和疾病登记署（ATSDR）将镉列入第6位危害人类健康的有毒物质，且在全球性危险化学物质中，联合国环境规划署也将镉列为首位的有毒重金属；镉也是国际职业卫生重金属委员会和世界卫生组织中重点研究的环境、食品污染物。

可见，控制环境中特别是水体中的镉含量极为关键。

镉是一种淡蓝色、有着银白色光泽的重金属，密度为9.64g/cm3，熔点和沸点分别为320.9℃、765℃，物质具有良好的延展性与韧性，且质软耐磨。

镉一直稳定的存在于自然界的岩石之中，但随着工业的发展，镉被人类发掘出来，用于生产油漆、电视映像管、充电电池、塑料稳定剂胶、杀虫剂、（黄色）颜料等工业生产领域，其中将镉作为合金组土，可以研发出很多的合金，如：镉镍合金，该产品主要用作飞机发动机的轴承材料；硬铜合金，其具备很高的耐磨性与抗拉强度，含镉量约为0.5%~1.0%；伍德易熔合金，含镉量约为12.5%。

镉具备很大的热中子俘获截面，所以含银铟镉的合金，能够用于原子反应堆的控制棒。

在强氧化条件下，岩石中的CdS发生氧化反应，成为溶解度很大的CdSO
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，然后以镉离子形式进入到地下水中，并会在水中进行迁移。

然而，镉并非人类生命活动必不可少的微量元素，其对人体非常有害，摄入过量镉污染的水和食物，将容易引发肾脏、肺部疾病。

相关研究显示，地下水中所含有的镉比较低时，并不会对人体健康造成危害，还具有一定的抗癌效果。

近年来，全球科学技术和工业的不断进步，推动着金属矿山采选、冶炼、无机颜料制造、电镀等领域迅速发展，产生大量的工业废水，有些企业为了获得更大的利益，选择非法超标排放废水，造成社会上镉污染地下饮用水源事故的频繁发生，这些事故都严重影响到人们饮用地下水的安全性，并对人类的身心健康造成了严重威胁。

国际癌症研究机构明确提出：镉属于第一类致癌物质，当工业废水中的镉离子及其化合物进入到自然界中，导致环境和水体中的镉含量超标，将会对动植物的正常生长发育带来较大的影响，还会导致鱼类和一些水生生物体内富集大量的镉离子，在食物链和饮用水的生物放大、积累、浓缩等作用，严重危害人类健康和周围生态环境。

有关实验研究证明：镉存在致畸、致癌作用，会对人体的骨骼、肺部、肾脏、心
收稿日期2022-12-20
基金项目江西省教育厅科学技术研究项目阶段性研究成果“信江上饶段水体中镉对水生物毒性及安全浓度研究”（GJJJ71240）。

作者简介吴泉（1969-），男，江西人，讲师，研究方向：环境工程。

调查研究
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血管等造成较大的损害，还会造成生殖系统功能障碍、乳腺
癌等。

另外，镉镉类化合物有着较大的毒性，当镉和其他元素相结合时，能够使之具有更大的毒性，一旦被人体吸收，将会在体内产生金属雌激素作用，在很大程度上刺激呼吸道，长时间暴露，很可能引发牙龈黄斑与嗅觉丧失症等，并在肝或肾脏累积，严重损害人体器官，还会造成骨质疏松与软化。

现如今，世界各国都非常重视镉对自然环境、人类身体健康的危害，所以水环境中镉污染的科学有效处理势在必行。

2镉的检测
对于水环境中镉元素的检测，以原子吸收法、原子荧光
法最为常用，且效果最好，这2种检测方式既灵敏又准确。

同时，双硫踪分光光度法的检测效果也比较好，虽然相较于前2种检测方式，其结果准确性不足，但误差也在合理范围之内，只是这一检测方式对操作人员的专业能力有着较高的要求，既要密切关注各种干扰影响，还要确保数据的客观正确。

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水环境中镉污染处理的方式
3.1
植物修复技术
植物修复技术就是借助植物所具有的吸附净化作用，来
降低或是除去水环境中的镉，该法投入资金少，潜在经济效益高，操作简便，无二次污染，符合绿色环保的要求。

相较于植物修复土壤中的金属技术，水域的植物修复技术尚处于发展阶段，技术不够成熟。

如今应用在水环境中镉污染处理的植物，多为水面漂浮植物，其具备良好的吸附效果和很高的使用价值，投入低。

由于不同植物的特性存在差异，所需修复水环境的污染程度也各不相同，要想获得理想的处理效果，就需要选择合适的植物。

相关试验研究结果显示：土壤含有的镉浓度是2μg/g，则检测发现印地安芥（芥菜）的根部生物吸附对重金属的吸附系数为52；水体含有的镉浓度是2μg/g，这一吸附系数达到134，由此可知，相较于土壤，植物对水体中重金属镉的吸附能力明显更强。

我国有关学者通过研究验证：剑兰、台湾水韭及尖叶皇冠这些水生植物能够很好地吸附水体中的镉元素；而重金属含量相同的水中，相较于湾水韭和尖叶皇冠，剑兰能够更加有效的吸附水体中的镉元素，可加以大力推广和应用。

3.2
生物去除技术
自20世纪80年代起，生物去除技术开始在实际生产生活中得到应用，但由于发展时间比较短，该技术的应用并不成熟，所以应用范围也较小。

生物去除技术主要是选择对高浓度重金属离子有耐受性的微生物，特别是藻类、真菌及细菌，这些微生物能够将水环境中的重金属离子吸附到表面，然后摄入到自身细胞内，再借助自身成分特性与化学结构来去除这些重金属离子。

该处理技术的优势在于：处理效果显著，投入资金少，较强的吸附性，可回收贵重金属，无二次污染，操作简便，pH 与温度范围相对较广。

不足之处在于：发展时间较短，工艺不够完善。

现阶段，国外工业生产中已开始运用生物去除技术，如：真菌、沙门氏菌、单胞杆菌属、酵母
菌、霉菌这些菌类与海藻、淡水藻等藻类物质，还有稻草、啤酒酵母菌株、马尾藻类海藻等[2]。

3.3物理化学处理技术3.3.1
物理处理技术
一是膜分离法。

膜分离技术主要是利用直流电场的作用，将电位差作为推动力，发挥离子交换膜的选择性，将电解质从水体中分离处理，以此来达到水体的纯化、淡化、精制等目的。

采用膜分离法对镀福漂洗水进行处理后，浓缩液能够再次回到电镀槽，脱盐水能够用作漂洗水，从而实现对镉盐的回收，还能够在很大程度上降低废水的排放量[1]。

该技术对水环境中镉污染物的去除效果很好，可以回收废水中的镉盐，操作简便，然而膜在处理水体中的镉元素时的选择性很高，不同的水体需要采用相应的膜，且成本较高，膜孔易堵塞，无法实现大规模应用。

二是吸附法。

这一物理处理技术主要是利用多孔或是大孔的固体物质，将被镉污染的水环境中的重金属离子吸附到表面，从而实现对污染物的去除。

针对水体中镉，活性炭、膨润土、海泡石、活性炭纤维、矿渣、淀粉、茶叶等均具有良好的吸附效果。

但不同固体物质的吸附机理存在很大的差异，所以应用场合也不同，如：水体中的含镉浓度、吸附剂的粒度与添加量等，均在极大程度上影响到最终的处理效果。

吸附法的主要优势在于：适用范围较广，环保安全，但吸附剂对镉离子的吸附选择性比较低。

3.3.2
铁氧化沉淀法
铁氧化沉淀法是当前新兴的水处理技术，其以湿法炼铁的原理为基础，处理水体中的Cd 2+等多种重金属离子使之转变成铁氧体晶粒，再沉淀析出，让水体得到净化。

铁氧化沉淀法可以一次去除水体中的多种金属离子，转变为大颗粒沉淀，无法再次溶解，又容易分离，无二次污染，还可实现回收再利用。

但操作难度较大，要投入大量的人力和物力，需高温加热，反应需要大量的空气氧化等。

3.3.3
离子交换法
离子交换法主要是利用树脂中的离子，使之与水体中的镉离子发生交换反应，实现镉污染的处理。

该处理技术处理量大，操作简便，出水水质好，无二次污染，可回收再利用被去除的镉。

但投入资金较高，因为树脂的自身特性，极可能出现氧化失效情况，且再生频繁[3]。

3.3.4
化学沉淀法
化学沉淀法就是利用合适的化学反应，对水体中呈溶解状态的镉离子进行处理，使之成为难溶于水或是无法溶于水的化学沉淀物，再对水体进行过滤，除去这些化学沉淀物。

该处理技术主要包括以下3种类型：一是难溶盐沉淀法。

通过在水体中放入合适的沉淀剂，让其中的镉离子能够转变成难易溶于水的沉淀化合物，这就实现了镉污染的处理。

通常涉及到磷酸盐、硫化物及碳酸盐等沉淀工艺，其中以硫化物沉淀法应用较为广泛。

在实际沉淀过程中，沉淀剂的用量、沉淀方式及沉淀剂的类型均会直接关系到难溶盐沉淀法的
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处理效果，建议沉淀剂选择NaHS、Na
2S、H
2
S等，这些沉淀剂
对镉离子的去除效果较佳。

同时，操作人员需要对硫化物用
量进行严格控制，不可过大也不可过小，不然会造成沉淀不完全或是药剂浪费，还会让水体中产生更多的S
2
-、HS-[4]。

但部分硫化物沉淀颗粒很小，难以沉淀，所以需要使用一定量的絮凝剂来实现沉降。

该处理技术的缺点是：当遇到酸时，
往往会产生H
2
S气体，引发二次污染。

二是氢氧化物沉淀法。

也就是中和沉淀法，通过将碱放入到被镉污染的水环境中，促使镉离子转化成氢氧化物，最后被沉淀析出。

在具体沉淀过程中，沉淀方式、沉淀剂类型、pH等均会在很大程度上影响到镉离子的去除效果，所以操作人员需要对pH进行严格控制，不可太低或是太高，不然无法充分沉淀镉离子，或是出
现沉淀物反溶问题。

沉淀剂可选择CaO、CaCO
3
、NaOH等。

氢氧化物沉淀法的缺点为：颗粒微细很难沉淀，需要使用絮凝剂。

三是铁氧体法。

通过将铁盐放入到被镉污染的水环境中，使镉离子转化成铁氧体晶粒，最后被沉淀析出。

在具体沉淀过程中，反应温度、沉淀剂用量、pH等均会在很大程度上影响到镉离子的去除效果，所以操作人员需要对pH进行严格控制，从而确保沉淀可以完全析出[5]。

由于铁氧化的
形成必须具有足够的Fe
2+和Fe
3
+，但被镉污染的水环境并不
能满足这一要求，就需要增加使用FeCl
2或是FeSO
4。

同时升
温虽然能够促使铁氧体尽快生成，然后会产生较大的能源消耗，还会污染环境。

为此，在处理水环境中的镉污染时，需要对上述影响因素进行充分考虑，不断优化和改进处理工艺。

4结语
综上所述，当前我国工业的蓬勃发展，产生了大量的重金属镉，由于一些企业缺乏环境保护意识，且将大量被重金属镉污染的废水排入大自然中，这就对土壤、水等造成严重污染，影响到人类的生命健康。

近年来，我国各地出现了多起地下水污染事件，引起了政府和大众的广泛关注，相关文件中明确规定了饮用水中镉浓度不可超过0.005mg·L-1。

为达到这一目的，工业领域必须加大对更加高效、经济的水体中镉污染处理工艺和技术的研究力度，以此来确保自身的经济效益，并不断提高生态效益，实现对生态环境的有效保护。

参考文献
[1]曹秀,刘丰,柴莲莲.污泥与污泥生物炭对比修复铜、镉污染土壤
[J].应用化工,2022(3):8.
[2]黄卫,庄荣浩.农田土壤镉污染现状与治理方法研究进展[J].湖
南师范大学自然科学学报,2022(1):49-56.
[3]赵哲豪,李大鹏.摄入负载镉生物炭对斑马鱼的异常行为分析
[J].环境科学学报,2021,41(12):5221-5228.
[4]徐韶足,张美丽.镉抗性细菌的筛选及其生物矿化硫化镉去除
溶液中的镉离子[J].农业环境科学学报,2021,40(6):1289.
[5]柴冠群,杨娇娇.高镉地质背景区设施菜地土壤镉生物有效性
主控因子分析[J].生态与农村环境学报,2021,37(7):918.
碱地资源类型，将甜高粱播种在该土地中，前期需要经过材料的诱变，在播种和重复筛选的过程中得到具有稳定遗传性的抗旱耐盐碱甜高粱植株，在多次的突变选择后，获取具有稳定的耐盐碱优质甜高粱品系。

至此基于EMS诱变技术优化诱变体系创建甜高粱突变体库，通过突变体的筛选和鉴定实现耐盐碱甜高粱培育方法设计。

4结语
化学诱变作为一种较为经典的育种技术，在作物和植物培育中具有重要的研究地位，在近年来的植物种质资源研究中发挥了重要作用。

主要是化学诱变技术能够快速筛选植株，在设定好的操作程序内对植物或者作物进行多轮筛选。

而在盐碱地种植甜高粱具有其他作物无法比拟的优势。

本文总结了EMS化学诱变技术在耐盐碱甜高粱中的培育方法，可以为新疆盐碱地的开发和利用提供技术支持。

参考文献
[1]蒋榕,赵亿嘉,袁林,等.不同化学诱变剂对苎麻种子萌发的影响
[J].中国麻业科学,2022,44(5):278-284.
[2]刘正杰,张全,林春,等.藜麦EMS诱导条件优化及穗突变体的筛
选[J].种子,2022,41(4):6-12.
[3]刘欢,张玉霞,孙明雪,等.混合盐碱胁迫对饲用高粱幼苗生理特
性的影响[J].内蒙古民族大学学报(自然科学版),2022,37(2): 143-148.
[4]张庆昕,张玉霞,陈卫东,等.饲用高粱品种种子萌发期耐盐碱指
标筛选及耐盐碱性综合评价[J].安徽农业科学,2022,50(1):40-42+62.
[5]黄禹翕,赵雨潼,高佳昕,等.盐碱胁迫下甜高粱生理生化指标及
综合评价方法的研究进展[J].新农业,2021(18):45-47.
[6]李娟宁,吕英,赵桂琴,等.化学诱变剂EMS和MNU对燕麦种子
萌发和幼苗生长的影响[J].草原与草坪,2021,41(3):108-118. [7]吕亮杰,陈希勇,张文英,等.EMS诱变抗旱小麦冀麦418的突变
体筛选与鉴定[J].华北农学报,2020,35(S1):47-55.
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调查研究农业技术与装备
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