浅析水中重金属污染的危害及治理方法研究进展

浅析水中重金属污染的危害及治理方法研究进展

摘要：近年江河湖泊重金属含量呈逐年上升趋势，同时累积于蔬菜、肉类、鱼类、海鲜中,富集于动植物体内，已严重威胁着人们的健康，而对于水体重金属污染的修复尚未引起人们的足够重视，本文介绍了水体受到重金属污染后的危害。重点介绍了现有的水体重金属污染治理修复技术及其优缺点, 并提出了水体重金属污染治理技术的发展方向。

关键词：重金属；水污染；危害；治理方法

1前言

水体是人类赖以生存的主要自然资源之一，又是人类生态环境的重要组成部分，也是物质生物地球化学循环的储库，对环境具有一定的敏感性。由于人类活动的影响，进入水体环境中的污染物质越来越多，这些污染物给环境和人体健康造成了许多问题。特别是随着采矿、冶炼、化工、电镀、电子、制革等行业的发展，以及民用固体废弃物不合理填埋和堆放，重金属污染物事故性排放以及大量化肥、农药的施用，使得各种重金属污染物进入水体。重金属具有高毒性、持久性、难降解性等特点，通过自然途径进入水体中的重金属一般不会对水体造成污染，但由于人类活动导致的大量含有重金属的污染物进入水环境中，不但造成重大的经济损失，而且对生态系统和人类健康产生重大影响。[1]

2水中重金属的来源

水体中的重金属污染主要来自两部分：自然来源和人为来源。

2.1、自然来源

在没有人为污染的情况下，水体中的重金属的含量取决于水与土壤、岩石的相互作用，其值一般很低，不会对人体健康造成危害[2,3]。但会导致水体受到重金属污染。

2.2、人为来源

工矿业废水、生活污水等未经适当处理即向外排放，污染了土壤，废弃物堆放场受流水作用以及富含重金属的大气沉降物输入，都使水体重金属含量急剧升高。

3、重金属污染的危害

3.1、对水生生物的危害[1,4]

重金属进入水生生态系统后，分布于水生生态系统的各个组分中，对生态系统各组分产生影响。当生物体内重金属积累到一定数量后，就会出现受害症状, 生理受阻、发育停滞，甚至死亡，并使整个水生生态系统结构和功能受损、崩溃。

3.2、对水生植物的危害[4,5]

藻类是水体的初级生产者，在水生生态系统的食物链中起着十分重要的作用。人们可以利用藻类及水生生物的敏感性来监控水体的重金属污染。研究发现重金属通过各种途径进入水体后，一旦被藻类吸收，将引起藻类生长代谢与生理功能紊乱，抑制光合作用，减少细胞色素，导致细胞畸变、组织坏死, 甚至使藻类中毒死亡，改变天然环境中藻类的种类组成。

3.3、对人体的危害[1,4,6]

重金属进入人体后，不易排泄，逐渐蓄积，对人体健康的危害是多方面、多层次的，其毒理作用主要表现在影响胎儿正常发育、造成生殖障碍、降低人体素质等。重金属( 例如Pb、Se、Mn 等)通过水体直接或间接进入食物链后，能严重地耗尽体内贮存的Fe、维生素C和其他必需的营养物质，导致免疫系统防御能力的下降，子宫内的胚胎生长停滞和其他一些残疾。重金属能抑制人体化学反应酶的活动，使细胞质中毒，从而伤害神经组织，还可导致直接的组织中毒，损害人体解毒功能的关键器官肝、肾等组织。例如：Hg、Pb、Cd 等重金属及Se已被列为剧毒物进行重点防治。目前的研究结果表明：Cr、Co、Ni、Cd、Se 等重金属元素均具有致癌、致畸、致突变等危险。

4、水体重金属污染治理修复技术

4.1、化学法

化学法主要包括化学沉淀法和氧化还原法。该法主要适用于处理重金属离子浓度较高的废水。

4.1.1、化学沉淀法

化学沉淀法的原理是通过化学反应使废水中呈溶解状态的重金属转变为不溶于水的重金属化合物，通过过滤和沉淀等方法使沉淀物从水溶液中去除。[7,8]

该法包括中和沉淀法、中和凝聚沉淀法、硫化物沉淀法、钡盐沉淀法、铁氧体共沉淀法。

4.1.2、氧化还原法

氧化还原法一般作为重金属废水的预处理方法使用。氧化还原法根据重金属离子的性质，分两个方向。一是利用重金属的多种价态，在废水中加入氧化剂或还原剂，通过氧化还原反应使重金属离子向更易生成沉淀或毒性较小的价态转换然后再沉淀去除。[7,9]常用的还原剂有铁屑、铜屑、硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、硼氢化钠等，常用的氧化剂有液氯、空气、臭氧等。二是利用金属的电化学性质，在阴极得电子被还原，使金属离子从相对高浓度的溶液中分离出来。该方法有利于重金属回收，但能耗高。

4.2、物理化学法

物理化学法主要包括离子还原交换法、吸附法和膜分离技术。主要适用于处理重金属离子浓度含量较低的废水。

4.2.1、离子交换还原法

离子还原法是利用一些容易得到的还原剂将水体中的重金属还原，形成无污染或污染程度较轻的化合物，从而降低重金属在水体中的迁移性和生物可利用性，以减轻重金属对水体的污染。[7.10,11]离子交换法是利用重金属离子交换剂与污染水体中的重金属物质发生交换作用，从水体中把重金属交换出来，达到治理目的。经离子交换处理后，废水中的重金属离子转移到离子交换树脂上，经再生后又从离子交换树脂上转移到再生废液中。这类方法费用较低，操作人员不直接接触重金属污染物，但适用范围有限，并且容易造成二次污染。[12]

4.2.2、吸附法

吸附法是应用多孔吸附材料通过离子鳌合、络合等作用吸附废水中重金属的方法。[11]活性炭是传统常用的吸附剂，对重金属的吸附能力强，去除率高，但价格贵，应用受到限制。近年来，人们找了许多天然吸附剂如膨润土、矿物材料、果胶等并研制了很多新型吸附剂。吸附法不但对重金属的吸附效果好，而且操作简单，吸附剂可循环利用。

4.2.3、膜分离法[11,14]

膜分离法包括扩散渗析、电渗析、反渗透和超滤法等方法, 这些方法能有效

地从重金属废水中回收金属，或使生产废液再生回用。具有节能、无相变、设备简单、操作方便等优点，在重金属废水处理中起到了越来越重要的作用。

4.3、生物法

目前重金属废水处理中应用较为广泛的生物治理方法主要有微生物絮凝法和生物吸附法。

4.3.1、微生物絮凝法

微生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的代谢物，进行絮凝沉淀的一种除污方法。[15]微生物絮凝剂是由微生物自身构成的具有高效絮凝作用的天然高分子物。目前发现的对重金属有絮凝作用的微生物有12种。近年来多菌株共同培养的生物絮凝剂，因其可促进微生物絮凝剂的产生且絮凝效果好，成为研究热点。用微生物絮凝法处理废水安全、方便、无毒, 不产生二次污染，絮凝效果好，絮凝物易于分离，且微生物生长快，易于实现工业化。[11,14,15]

4.3.2、生物吸附法

生物吸附法是经过一系列生物化学作用使重金属离子被微生物细胞吸附的过程，这些作用包括络合、鳌合、离子交换、吸附等。[12~16]生物吸附剂是利用一些微生物对重金属的吸附作用，并以这些微生物为主要原料，通过明胶、纤维素、金属氢氧化物沉淀等材料固定化颗粒制得。用固定化细胞作为生物吸附剂与直接用游离微生物相比，可以提高生物量的浓度，提高废水处理的深度和效果，大大减少吸附一解析循环过程中的损耗，固液相分离容易，吸附剂机械强度和化学稳定性增强，使用周期明显延长，降低成本。若将多种对不同金属具有不同亲缘性的微生物固定化后，分别填装组成复合式的生物反应器，则可用于处理含多种污染成分的废水。生物吸附法应用于重金属废水的净化，具有吸附性能强、PH 适应范围广和运行费用低等优势。[15]

5结语

重金属多为非降解型有毒物质，不具备自然净化能力，一旦进入环境就很难从环境中去除。目前重金属污染的治理方法以物理化学方法为主，生物修复技术作为经济、高效、环保的治理技术也受到广泛关注。利用超富集植物从水体中将重金属提取到植物上部，人工收获转移，焚烧后用于提取重金属，使其变废为宝。