水体重金属污染及处理技术

水体重金属污染研究现状及治理技术

摘要：随着人口的日益增长和工业的迅猛发展，大量污染物被排放到水体中，造成了严重的环境污染和生态破坏，特别是水体重金属污染是危害最严重的的水污染问题之一。本文介绍了水体重金属污染现状及危害，论述了水体重金属污染的研究进展，并着重介绍了水体重金属污染处理方法和修复技术。

关键字：水体污染；重金属；治理方法；修复技术

引言

水环境是一个开放和动态的体系，其中生物与非生物环境是相互关联和相互作用的[1]。未经达标处理的废水排入自然水体中，可导致污染物（如重金属）浓度超过其环境容量，进而破坏水体生态功能，造成水环境污染[2]。水体中的重金属污染主要来自两部分：自然源和人为源[3]。自然源主要是岩石风化的碎屑产物，通过自然途径进入水体中的重金属。人为污染源主要包括矿山开采、金属冶炼加工及化工生产废水、化石燃料的燃烧、施用农药化肥和生活垃圾等人为污染源。其中人为污染源使得重金属污染物事故性的排放，对水体的危害最为严重[4]。水体中的重金属具有稳定性、难降解性、亲脂性、持久性和高度危害性等特点[5-8]，并且随着人类的活动造成水体污染的重金属的数量和种类急剧增多，引起了严重的生态系统问题[9]。因此针对水体重金属污染问题，各国政府都已经采取相应的手段进行处理和修复。但是，目前如何正确的、有效的处理水体重金属的污染仍是科研工作者和各广大环保工作者研究的热点之一。本文主要对水体重金属污染现状及危害，研究进展及治理方法和处理修复技术进行综述。

1 水体重金属污染现状及危害

大量重金属的存在给水体生态系统造成了严重的危害，使得环境重金属污染日趋严重，水体重金属污染已经成为国内外亟需解决的环境问题[10,11]。中国首次严重的水体重金属污染出现在1983年的京杭运河的杭州段[12]，根据不同文献的报道和研究[13-15]显示中国七大水系：珠江水系、长江水系、太湖水系、淮河水系、黄河水系、海河水系、松辽水系都不同程度的受到重金属的污染。综合来看，中国的水体重金属污染情况已经非常严重。国外水体重金属污染现状也不容乐观，早在20世纪50年代，日本就曾出现由于汞污染引起的“水俣病”和镉污染引起

的“骨痛病”事件，波兰由于采矿和冶炼废物导致约50%的地表水达不到水质三级标准[16]。可见，水体重金属污染已成为全球性的环境污染问题。

同时水体中的重金属污染物危害性也不容小觑。重金属污染物一旦进入水生生态系统后将对水生植物和动物等产生影响，并通过食物链发生富集，引起人体机能的病变，危害人类健康[17]。其中重金属对植物产生恶劣影响主要表现为：抑制水生植物的光合作用、呼吸作用，同时也会抑制酶的活性，这就造成核酸组成发生变化，导致水生植物细胞的体积缩小，生长受到抑制等[18]。而且有的重金属污染物还具有三致（致癌、致畸、致突变）效应并可能通过食物链直接或间接地影响到人类的自身健康[19]。据联合国世界卫生组织统计，由于全球工业污染，世界上约80%的人口饮用水无法达到卫生标准，在已知的人类疾病中70%～80%与水污染有关[20]。

2 水体重金属的研究进展

Islam和Tanaka[21]综述了重金属进入水体的各种来源以及对生态系统和水生生物的危害，引起众多学者对水体重金属污染的重视。我国首个“十二五”规划中就提出水体重金属污染防治的问题，凸显了当前我国水体重金属污染问题的严重性及治理的紧迫性。

2.1 重金属在水中的迁移转化研究

重金属污染物进入水体中后，主要通过沉淀溶解、氧化还原、配合络合、胶体形成、吸附解析等一系列化学作用迁移转化，参与和干扰各种环境化学过程和物质循环，最终以一种或多种形态长期存留在环境中，造成永久性的潜在危害[22]。其中吸附解析是重金属在水体中迁移转化的十分重要过程。

2.2 重金属在水中的化学形态研究

目前，重金属形态的研究与分析方法还没有统一的划分标准和分析程序，常根据研究的具体要求和实验条件而定。根据不同形态重金属的粒径大小，以能否通过0.45μm孔径滤膜为标准将天然水中重金属的形态分为溶解态和颗粒态[23]。不同形态其生物毒性和环境的行为不同，主要受水环境的pH值、络合剂含量、氧化还原等条件控制[24]。

2.3 水体重金属污染生物学效应和生态效应

生物学效应研究很早就已经广泛展开，Kaplan等[25]研究表明水体中重金属

污染物Cr6+对水生动植物的毒性要远远大于Cr3+的毒性。Wageman和Barica[26]在研究Cu对藻类的毒性时发现：Cu的毒性主要由Cu2+、CuOH+和Cu(OH)2引起。另外人们已经研究发现有机汞（如甲基汞）等物质有非常大的危害性，例如1953~1961年期间影响日本南部水俣湾周围渔民的神经性疾病—水俣病就是由水体中的甲基汞引发的[25,27]。重金属在水中积累到一定程度就会对水体—植物—动物系统产生危害，并通过食物链的放大作用影响人类健康。当生物体内重金属积累到一定程度后就会出现受害症状，生理受阻，发育停滞，甚至死亡，整个生态系统的结构、功能崩溃[28]，这就是水体重金属污染的生态效应。

2.4 重金属的指示指标

该方面的研究包括两个基本内容，一是水体受到重金属污染指示研究，二是重金属造成水体污染程度大小的指示研究。人们习惯以重金属污染物在水体中的绝对含量多少表示水体受重金属污染的程度，目前越来越多的人建议使用一些植物和水体微生物数量及活性变化特征作为重金属对水体造成污染大小的指示[29,30]。

3 水体重金属污染的处理方法

总的来说，水体重金属污染修复治理采用以下两条基本途径，一是降低重金属在水体中的迁移能力和生物可利用性；二是将重金属从被污染水体中彻底清除[19]。目前常用的废水净化处理技术主要有三类，即物理化学处理法、化学处理法和生物处理法。

3.1 物理化学方法

3.1.1 传统物理方法

蒸发法的原理是通过使水蒸发而浓缩废水，工艺成熟简单，但耗能大，杂质含量高，会严重干扰重金属资源回收。换水法是将被重金属污染的水体移去，换上新鲜水，水量一般要求较小，应用局限性明显。稀释法就是把被重金属污染的水混入未污染的水体中，从而降低重金属污染物浓度。此法适于轻度污染水体的治理。这三种物理处理方法有各自的局限性，对于处理如今重金属污染的情况来说已渐渐地被否定。

3.1.2 离子交换法和吸附法

离子交换法和吸附法是目前物理化学方法中的新方法。离子交换法[31]是利