我国水体重金属污染情况及治理方法

我国水体重金属污染情况及治理方法
摘要:随着工业的发展和人口的不断增加,重金属废水排放量增加。

有毒重
金属对环境的严重威胁正逐渐成为全球性问题,不仅对环境造成危害,还威胁着人类的健康。

对水体重金属的污染现状、危害、治理途径及可行性进行简要的概述, 并对水体重金属污染植物修复技术类型、原理、特点以及基因工程等现代生物技术的应用前景作进一步的展望, 为实现对重金属污染水体进行有效的生态整治与安全高效益利用提供新的技术途径。

关键词：重金属、水污染、危害、治理方法
国际上自上世纪60 年代开展水体重金属污染的研究,而我国对水体重金属污染的研究始于上世纪80 年代。

环境中常见的重金属污染物质有:汞、镉、铅、铬以及类金属砷等毒性显著的元素,也包括锌、铜、钴、镍、锡等毒性一般的元素,以及放射性重金属铀、镭、钍等。

工矿业废水、生活污水等未经适当处理即向外排放,污染土壤和废弃物堆置场受流水作用,以及富含重金属的大气沉降物输入,都会使水体重金属含量急剧升高,导致水体受到重金属污染,进而严重威胁人类和水生生物的生存。

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。

一、水体重金属污染现状及危害
随着城市化进程的加快和工农业的迅猛发展, 我国绝大多数城市都不同程度地存在着较突出的水质问题, 大量未经处理的城市垃圾、被污染的土壤、工业废水和生活污水以及大气沉降物不断排入水中, 使水体悬浮物和沉积物中的重金属含量急剧升高。

对我国各大湖泊的调查结果表明, 近年各种重金属污染呈上升趋势, 已经开始影响到水体的质量。

广东省浈水河水体由于铅锌矿区的矿尾砂和矿区废水的排放, 沉积物及悬浮物中Pb、Zn、Cd 含量较高, 导致下游地区的污染隐患。

湖南吉首市湖泊由于工业废水和生活污水的排放, 水体中的大肠菌群已严重超标, 重金属含量也超过国家标准。

对作为饮用水源的城市河流污染物监测结果表明, 城市河流有18.46%的河段面总Cd 含量超过Ⅲ类水体标准。

从我国七大水系的调研结果可以看出,1995 年长江水系Cd 污染仅次于Hg、COD、BOD 和挥发酚; 黄河水系有16.7%的断面总Cd 含量超标; 淮河干流总Cd 含量超标率为16.7%; 海滦河总Cd 含量平均超标率为16.7%～83.9%; 大辽河水系污染较轻, 在对所统计的26 个国控湖泊、水库的监测中发现了不同程度的Cd 污染问题, 污染程度仍次于Hg 污染。

1991～1995 年有关部门对国内城市河流、七大水系及湖泊水库的监测中发现Cr 和Pb 是比较普遍的重金属污染物。

水体中的重金属通过直接饮水、食用被污水灌溉过的蔬菜和粮食等途径进入人体, 威胁着人们的身体健康。

重金属在水体中积累到一定的限度就会对水体-水生植物-水生动物系统产生严重危害，并可能通过食物链直接或间接地影响到人类的自身健康，例如日本由于汞污染引发的“水俣病”和由镉污染造成的“骨痛病”就是典型例证。

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。

Jensen 等在报道环境污染对Kazakhstan 地区的儿童健康的影响中也提到重金属污染对儿童健康的危害。

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144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、致突变等危险因此可以说水体重金属污染已经成为当今世界上最严重的环境问题之一，而如何科学有效地解决重金属对水体的污染已经成为世界各国政府以及广大环保工作者研究的热点。

二、水体重金属污染治理修复方法
1、物理方法
1）蒸发法
蒸发法的原理是通过使水蒸发而浓缩电镀废水,工艺成熟简单,可实现水的回用和有用重金属的回收,但耗能大,杂质含量高,会严重干扰重金属资源回收。

2）换水法
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。

2、化学方法
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,通过过滤和分离使沉淀物从水溶液中去除,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、铁氧体共沉淀法等。

产生的沉淀物必须很好地处理与处置,否则会造成二次污染。

泸州市环境监测站对某厂中和沉淀法处理含铜、锌、镍废水监测结果见表:
中和沉淀法处理金属废水结果
项目名称Cu Zn Ni
处理前(mg/ L) 6. 87 2. 97 0. 76
处理后(mg/ L) 0. 36 0. 10 0. 005
处理效率( %) 94. 8 96. 6 99. 3
2)电解法
电解法是利用金属离子在电解时能够从相对高浓度的溶液中分离出来的性质,主要用于电镀废水的处理。

缺点是耗能大,废水处理量小,不适于处理较低浓度的含重金属离子的废水。

3、物理化学方法
1）吸附法
吸附法是一种常用来处理重金属废水的方法,一些天然物质或工农业废弃物具有吸附重金属的性能,可降低重金属废水的处理费用。

但由于存在后处理
问题,限制了它们的工业化应用。

2）离子还原法、离子交换法
离子还原法是利用化学还原剂将水体中的重金属还原,将其形成难以污染的化合物,从而降低重金属在水体中的迁移性和生物可利用性,减轻危害。

离子交换法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。

这类方法处理费用较低,操作人员不直接接触重金属污染物,但适用范围有限,容易造成二次污染。

此外,应用于重金属污染水体治理的物理化学方法还包括溶剂萃取法、膜分离技术法等。

4、集成技术
为实现废水回用和重金属回收,可采用集成技术处理重金属废水。

采用络合—超滤—电解集成技术处理重金属废水。

研究结果表明,在试验的最佳条件下,重金属可达到100 %的去除,超滤的浓缩液可通过电解回收重金属,从而实现废水回用和重金属回收的双重目的,为重金属废水的根治找到了新出路。

5、生物方法
物理和化学方法处理水体重金属虽然具有较高的处理效率, 但是存在处理费用高等缺点。

因而, 中外学者又研发出一种有效、低廉且简便易行的水质净化方法———生物处理法。

1）人工湿地法人工湿地处理系统
是在一定长宽比及一定坡度的洼地中填充一定规格的特殊填料, 并种植有经济和观赏价值的植物, 如水芹菜、凤眼莲等,这些植物能在水中长期吸收Pb、Cu 和Cd 等。

当含有重金属的污水流经填料表面, 可通过植物和填料的吸附、沉淀作用将污水中重金属污染物去除。

但是人工湿地生态结构比较复杂, 很难收获填料中的重金属, 而且植物对重金属的吸收达到一定的程度, 重金属就会对植物产生毒害, 不利于重金属的持续去除。

2）生物氧化塘法生物氧化塘
就是向受重金属污染的池塘内投加具有超富集作用的植物如凤眼莲、香蒲、芦苇、黑麦草、水芹菜等, 这些植物吸收积累水体中的重金属元素, 净化水质。

戴全裕等研究表明, 黑麦草对一些重金属具有很高的富集、净化作用, 特别对于含黄金的废水处理效果十分明显, 黑麦草根部( 干重) 的含金量最高可达到784 g/t, 具有很广阔的开发应用前景。

有研究表明, 1 hm2 的凤眼莲一昼夜就能从水中吸收Mn 4 kg、Pb104 g、Ni 297 g、Hg 89 g, 而且凤眼莲对含Cd 废水也有比较好的净化效果, 对含Cd量低于1 mg/L 的废水, Cd 去除率达97%。

另据报道广东韶关利用香蒲氧化塘系统净化铅锌矿区废水取得了比较明显的效果, 对废水中的Pb、Cd、Cu、Zn 的去除率分别达到94%、96.4%、96.9%、97%, 净化后的废水重金属含量达到国家排放水标准。

3）微生物及基因工程技术的应用
近年来, 微生物及基金工程技术也逐渐用于对水体重金属污染的处理。

吴涓等报道了重金属的生物吸附研究进展及进行处理的生物材料( 藻类, 发酵工业中的废弃菌丝体、细菌、放线菌、酵母菌和霉菌等) 。

另外, 史宇等报道了将细菌基因和merP 转化到芦苇、香蒲、大米草等水生目标物种, 可能会显著地促进植物对Hg 的吸收, 从而可以将转基因物种种植到被污染的水生生态系统或湿地中, 清除湿地中Hg 污染物。

总之, 在对水体中重金属进行治理时,
应因时、因地致宜, 并且根据不同的重金属种类, 选择处理费用低、效果好的一种或多种方法进行治理, 才能达到事半功倍的效果。

三、结语
近年来, 重金属在水生生态系统中的迁移规律研究取得了较大的成就, 特别是水环境植物中重金属的积累转化过程倍受国内外学者的重视, 重金属污染问题正越来越为人们所关注和了解。

然而, 重金属在水体中的迁移规律及其在生态系统中的迁移机理等方面还有待于深入研究。

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。

因此生物修复技术的可行性和有效性将逐渐加强，在治理和防治重金属污染方面将发挥更大作用,具有良好的应用前景。

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