镉污染处理和分析

镉污染处理和分析

随着现代工农业生产的发展，“三废”的排放、污水灌溉及农药、除草剂和化肥的使用越来越多，土壤-植物-环境系统中的Cd污染问题日趋严峻。镉类化合物具有较大的脂溶性、生物富集性和毒性，并能在动物、植物和水生生物体内蓄积。据报道，90％镉的应用于电镀、颜料、合金及电池行业。但是，由于行业设备和技术问题、法律制度的不完善、责任者意识欠缺，污染事故时有发生。例如震惊世界的二十世纪八大公害事件之一的日本富山县神通川流域“痛痛病事件”，和我国05年发生在北江的镉污染事件。

1960年以前骨痛病患者就开始出现，直到1961年才有人查明，日本神通川两岸骨痛病患者与三井金属矿业公司神冈炼锌厂的废水有关。该公司把炼锌过程中未经处理净化的含镉废水连年累月地排放到神通川中，两岸居民引水灌溉农田，使土地含镉量高达（7－8）ug/g，居民食用的稻米含铜量达（l－2）ug／g。饮用含镉的水，久而久之体内积累大量的镉毒而生骨痛病。进入体内的镉首先破坏了骨骼内的钙质，进而肾脏发病，内分泌失调，骨骼软化，身体萎缩，骨骼出项严重畸形，经过10多年后进入晚期而死亡。1963年至1979年3月共有患者130人，其中死亡81人。

日本痛痛病事件，给了全世界敲响了警钟。一些关于镉污染事件的处理方案也在这件事以后形成，并得到发展和完善。2005年我国北江镉污染事件采取了及时的应急预案，成功地将事故的危害降到最低程度。

2005年12月北江韶关河段河水镉含量超标，达到0.05 mg/L，即为标准限制的10倍。利用北江上游锦江、南水、孟洲坝、蒙里、白石窑、长湖、飞来峡等主要水库实施应急调度，调用清水6亿m3稀释污水，实现了飞来峡水库出库水质基本达标的总目标，成功地避免了事故的扩大影响。污染了一方水，需要用九方清水去稀释，代价是巨大的[1]。

北江镉污染事件的应急措施分为四个阶段。第一阶段利用北江上游水库截污调度阶段。采取这一措施的目的是拦截污染水团，在孟洲坝水库滞留较长时间，以减缓超标污水团到达英德城区河段的时间。第二阶段利用北江上游水库放水稀释污水阶段。利用孟洲坝、蒙里、白石窑等水库稀释第一阶段污水团，使得断面河水镉浓度明显下降，只超标 1～2 倍。第三阶段利用药物吸附沉积除镉阶段，从电站进水口投入除镉吸附药物氧化铁和氧化铝3000t，通过过机水流让药物与水体混合，加速镉的吸附沉积，预计可以减少河水镉浓度10 %～15 %。第四阶段进一步稀释，镉浓度低于0.005mg/L，达标[2]。

随着近年来水环境中镉污染事故的不断出现，人们对环境中镉污染的恐惧也在不断增加。因此，急需研究水环境中镉污染的处理技术。目前而言，总的来说可分为物理化学方法和后修修复技术。

1．物理化学方法

1.1 稀释污水以降低浓度

因为含镉废水的镉浓度严重超标，所以首先必须进行稀释降低浓度，便以下一步对其进行物理化学处理。一旦监测河段河水镉含量严重超标，第一步应先实施应急调度，利用受污染河段的上游水库截污调度，目的是延长污水团在该河段的滞留时间。第二步是充分调用上游的周边水库，以合理的下泄流量进入污水团，目的是稀释污水，大幅度降低镉浓度，便以物理化学处理。

在截污稀释阶段，须考虑周边的水库布局，调动近距离的大型的水库，及时提供水源，并保证居民的用水量。

1.2 物理化学处理

1.2．1 用壳聚糖絮凝剂处理含镉( Ⅱ)废水

壳聚糖(chitosan)是甲壳质脱乙酰基的产物。甲壳质(chitin)也称几丁质、甲壳素、壳多糖，是自然界中广泛存在的一种天然高分子有机物，其化学成分是 N-乙酰-O-葡萄糖氨基残基以β21 ，4 糖甙键连接而成的多糖，相对分子质量在 20000～50000之间。甲壳质脱去乙酰基可获得具有自由氨基的壳聚糖，具有絮凝作用，价格较低，是一种很有发展前途的天然高分子絮凝剂。它与电解质混用可除去工业废水中的镉、铜、汞等重金属离子壳聚糖交联成树脂，可用于吸附贵金属离子，除去溶液中的铀和重金属离子[3]。

张延安等人实验证明了溶液酸度、壳聚糖浓度、含镉率对除镉率的影响。

溶液酸度对除镉率的影响。壳聚糖除镉是通过分子中的氨基、羟基与镉离子形成稳定的

螯合物，以及壳聚糖与同时生成的 Cd(OH)2的絮凝作用。在上述溶液中，存在着壳聚糖分子胶粒，CH3COOH，SO42 - ，Cd2 +等多种成分，相互间存着离解平衡。pH 值影响着这种平衡，当pH 降低时，壳聚糖胶粒吸附H+带正电，与 Cd2 +斥力增大，使 Cd 2 +与氨基、羟基螯合能力降低，所以在酸性条件下去除镉的效果差;pH 值增大，减少高分子胶粒表面的正电荷，Cd2+较易扩散进入胶粒，与氨基、羟基螯合。同时氢氧根离子增多，生成Cd(OH )2凝聚到壳聚糖粒子的孔隙内。因此碱性条件下除镉效果好。考虑废水排放pH 的要求，选择pH=8～ 9 较为合适。

壳聚糖浓度对除镉率的影响。絮凝剂过量投加则会产生絮凝恶化现象。因此，考察壳聚糖浓度的影响十分必要。从表1可见，当壳聚糖质量浓度在 1.0 %～2.0 %时，除镉率在 99.96 %以上，残余镉含量小于0.02mg/L 远低于国家水质排放标准。实验观察到，当壳聚糖浓度增大时，沉积物体积庞大，吸附大量水分，经过滤分析，絮凝物含水量达 96 %以上同时水质也发生变化。故壳聚糖选1 %较为合适。

表1 壳聚糖浓度对除镉率的影响

Tabal 1 The effect of concentration of chitocan to the removal percentage of cadmium

含镉量对除镉率的影响。分别取含镉 Cd 质量浓度为 10 ，20 ，40 ，60 ，80 mg/L 水样，进行12h沉降实验，结果见表2。从表2 中可以看出，含镉量在10～20 mg/L 时，去除率含镉量在10 ～ 20 mg/L时，去除率100 %; 含镉量在20 ～40 mg/L ，去除率在99.98 %以上随着含镉量的增加，可适当增加壳聚糖，或通过二级絮凝处理。

表2 含镉量对除镉量的影响

Tabal 2 Effect of concentration of Cd(Ⅱ) to the removal rate of cadmium