水体重金属污染

水体重金属污染---汞

环科1201 赵剑

201205030127

摘要：

重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。对水质产生污染的重金属主要有汞、镉、铬、铅、钒和钴等。其中以汞的毒性最大，镉次之。汞是一种人体非必需的有毒重金属元素.近年来,随着全球环境的不断恶化以及人们对汞的毒性的深入认识，水体中的汞污染越来越引人关注。

关键字：水体污染重金属汞

前言：

水体中汞污染主要是汞及其化合物造成的环境污染。主要来源于含汞矿物的开采、冶炼、各种汞化合物的生产和应用领域。在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中富集，如果超过人体所能耐受的限度，会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等，对人体会造成很大的危害，例如，日本发生的水俣病。

正文

汞及其化合物的基本性质

汞的元素丰度在地壳中占第63位（80μg/kg），在海洋中居第40位（0.15μg/L），所以汞在各圈层中的储量及在各圈层间迁移通量都较小。

汞在周期表中与锌、镉两元素同处ⅡB族。汞的化学性质、地球化学性质与镉比较相近，但与锌比却有较大差异。

在与同族元素比较中，汞的特异性表现在：

①氧化还原电位较高，易呈金属状态；

②汞及其化合物具有较大挥发性。汞蒸气压随温度变化的数据如表5-7所示；各种无机汞化合物挥发性强弱次序为：Hg＞Hg2Cl2＞HgCl2＞HgS＞HgO；烷基汞化合物的饱和蒸气浓度为：CH3HgCl（94mg/m3）、CH3HgBr（94mg/m3）、CH3HgI （90mg/m3）、CH3HgOH（10mg/m3）、C2H5HgCl（8mg/m3）、C2H5HgI（9mg/m3）。

③单质汞是金属元素中唯一在常温下呈液态的金属（mp=-38.9℃），具有很大流动性和溶解多种金属而形成汞齐的能力（如钠、钾、金、银、锌、镉、锡、铅等都易与汞生成汞齐）；

④能以Hg2Cl2一价形态存在；

⑤与相应的锌化物相比，汞化合物具有较强共价性，且由于上述较强挥发性和流动性等因素，使它们在自然环境或生物体间有较大的迁移和分配能力。

水体中汞污染物的来源及形态

水中汞污染的来源可追溯到含汞矿物的开采，冶炼，各种汞化物的生产和应用领域，因此在冶金、化工、化学制药、仪表制造、电气、木材加工、造纸、油漆

颜料、纺织、鞣革、炸药等工业的含汞生产废水都可能是环境水体中汞的污染源。值得注意的是氯碱工业中由水银电极电解工段中排出的水中含有较高浓度的汞。不论是淡水或是海水，一旦含汞污染物排入水体，汞就与水中大量存在的悬浮颗粒物牢固地结合，结合程度由pH、盐度、氧化还原电位及颗粒物上有机配位体性质和数量等因素确定。汞与悬浮颗粒物间的相互作用力的大小介于弱的范德华引力和强共价键力之间。二者结合后，生成比重更大的颗粒物而下沉。在湖泊、水库以及海湾系统中,水体汞源主要来自河流输入或大气汞沉降。但在一些沉积物遭受严重污染的水体中,沉积物的重新悬浮和释放却成为水体汞重要的输入源。水体汞最主要的汇是颗粒态汞的沉降,绝大部分的汞都滞留在沉积物中

汞在天然水生生态系统中以多种形态存在,如Hg0、Hg2+、Hg(OH)n 、HgCln、HgO、HgS、CH3Hg+、CH3Hg(OH)、CH3HgCl、CH3Hg(SR)及(CH3Hg)2S等。

汞及其化合物的危害

汞(Hg)是环境中毒性最强的重金属元素之一。20世纪50年代日本发生的水俣病事件,使人们充分认识到汞,尤其是甲基汞(MeHg)对人体和动物的毒害。20世纪60—80年代,各国学者对人为污染的水生生态系统汞的循环演化规律进行了深入研究,并对MeHg对人体毒害的机理进行了深入探讨,获得了MeHg可以通过水生食物链富集放大,在高营养级生物中高度富集和MeHg能通过人体血障和脑障对人的中枢神经系统产生危害的认识。

微量的汞在人体内不致引起危害，可经尿、粪和汗液等途径排出体外，如数量过多，即可损害人体健康。汞和汞盐都是危险的有毒物质，严重的汞盐中毒可以破坏人体内脏的机能，常常表现为呕吐现象，牙床肿胀，发生齿龈炎症，心脏机能衰退（脉搏减弱，体温降低，昏晕），HgCL2的致死剂量为0.3g。

汞及汞的化合物可通过人的呼吸道、消化道和皮肤而被吸收，工矿中引起的职业中毒，主要是经过呼吸道吸入汞蒸气或汞化合物的气溶胶所治。金属汞不易被消化道吸收，汞的无机化合物在消化道的吸收率取决于它的溶解度，一般较低。有机汞摄入体内后98%被吸收，不易排出，可随血液分布到各组织器官而逐渐累积（主要是脑组织和肝脏）。尤其是甲基汞对肌体产生慢性严重的中枢神经系统损害，称为“水俣病”，烷基汞能通过血脑屏障和胎盘，使人类甚至胎儿期即可出现中枢神经系统的损害（如先天性水俣病）Hg(CH3)2中毒者并有染色体断裂的现象。此外，甲基汞还能通过母体影响婴儿的神经系统，使生出的婴儿有智能发育障碍。

含汞废水的处理方法

沉淀法

加人硫化钠处理，由于Hg2+与S2-有强烈的亲合力，能生成溶度极小的硫化汞而从溶液中除去，所以硫化物沉淀法是报道中最多的一种沉淀处理法。硫化物沉淀法反应式如下:

Hg22+ + S2-=Hg2S↓ Hg2+ + S2- = HgS↓

吸附法

生产中最为成熟的是活性炭吸附法。该法能有效地吸附废水中的汞，在发达国家和地区应用较多，在我国也有用此方法处理含汞废水，但该法价格昂贵，而且只适用于处理低浓度的含汞废水。废水含汞浓度高时，可先进行一级处理，降低废水汞浓度后再用活性炭吸附。

沸石分于筛吸附法

江伟武等报道了用沸石分子筛处理含汞废水的试验研究。结果表明:（1)沸石分子筛对二价汞有较强的去除作用，并有较大的吸附容量，按汞与分子筛质量比为32 mg·g-1进行处理，汞的去除率达99%以上；(2)在废水中汞质量浓度为10 —300 mg·L-1,pH=3-6,温度15—4000C.接触时间10-30 min范围内，对汞的去除率无大的影响，故可在较宽的范围使用;(3)分子筛可再生，吸附量下降较平缓，故可重复使用;(4)废水中汞的浓度最高可富集10—100倍，洗脱液浓度较高，有利于回收利用同时.可防止二次污染。

硼酸钠还原法

在含汞废水中加入浓度为12%的非金属还原剂硼酸钠,再投入碱混合,控制pH 9~11,生成直径约10μm的汞粒,用水力旋流器分离回收。残留在溢流中的汞,经水气分离后用孔径5μm的滤器截留。排气中的汞蒸气用稀硝酸洗涤,返回原废水池再次回收处理。此法在美国已用于工业生产,其排放废水中残汞量低于0.01mg/L

生物吸附法

国内外关于用生物吸附技术处理含汞废水的研究很多，主要集中在纯菌种的分离提取、基因工程菌的构造、混合菌的培养等方法。

单一菌种

从污染物中分离到一株细菌KH4,经鉴定为假单胞菌(Pseudomonas sp.〕。该菌可在HgCL2质量浓度为40 mg·L-1的溶液中生长。经实验证明，该菌株的汞去除量与菌体生长同步，当Hg-C12质量浓度为30 mg·L-1 ,温度300C , pH 为7,培养24 h后，该菌达到最大生长量，去汞率为91.7%。对Phanerochaete chrysosporium干细胞在汞质量浓度为5—500 mg/L范围内的溶液中吸附无机汞、烷基汞进行了研究[12].在pH 7.0 ,温度25℃时，其吸附能力达到最大值，该菌体对不同形态的汞吸附能力也不相同，次序为:CH3HgC1>C2H5HgC1>HgC12，吸附量分别为79mg·g-1, 67mg·g-1 ,61mg·g-1。耐汞能力是制约纯菌种处理含汞废水的瓶颈所在。纯菌种的耐受汞的能力一般是相当低的，通常在mg·L-1数量级以下。虽然干细胞能处理高达500 mg·L-1的含汞废水，受含汞浓度、pH值的影响很小，但是干细胞没有生物活性，不能扩大培养。

基因工程菌

美国Cornell大学的Wilson实验室应用分子生物学技术构建了一种能从很低浓度废水中富集汞离子的基因工程菌，这又比一般的生物吸附法前进了一大步。周祯林等人采用pBR322为载体将假单胞菌B一33抗汞质粒pBH33的抗汞基因，克隆至大肠杆菌C600汞挥发实验证明，抗汞基因克隆株C600 (pBH337)的去汞率是C600的3.2倍，具有较强的去汞能力。当前，国内外在抗汞基因的研究上加大了投入力度。提取抗汞质粒(Plasmid)或转座子(Transposon)或提取有机汞裂解酶和汞还原酶，用来构造基因工程菌。虽然在降解汞方面取得了良好的效果，但是其繁琐的技术要求，大量资金的投入限制了其工业化。

混合菌

在填充了易渗透物质的生物反应器中，将六种汞还原菌混合培养或单个培养，处理效果前者要优于同等条件下的单种菌。单一菌种随着汞浓度急剧升高吸附汞的效率显著提高最终导致菌体内汞浓度的剧增，从而加速死亡;而混合菌不受汞浓度连续或者急剧升高的影响，始终保持着较高的汞降解率。