化学水污染——重金属污染及
污水处理方法
徐茜n121303220 指导老师：牛雁宁
摘要：社会的发展离不开化学，化学科学的快速发展，加快了社会发展的速度。然而，
在促进社会发展的同时，由于化学药品的被滥用、处置不当，或局限于科学认知的水平，给人类赖以生存的环境带来了极大的压力。环境问题成为当今社会发展的一个重大的巫待解决的问题，绿色化学的兴起对化学污染环境的治理带来了新理念新思路新方法。环境污染与环境保护都与化学科学紧密相关。通过介绍水环境化学分析了环境问题的成因及对人类的危害，简要介绍解决环境问题的化学方法，以及日常生产、生活中保护环境的措施。
前言：一切的生命活动都离不开水。水的循环是在太阳能和重力的驱动下，水的固、液、
气三态的转化，并在气流和海流的推动下在生物圈的循环。现在由于人类的社会经济活动造成的对自然环境的破坏，人类利用环境不当和人类社会发展中与环境不相协调导致中国近年出现了“十大水污染事件”，比如江苏太湖水污染事件，2007年江苏沫阳水污染事件和2008年广州钟楼落潭水污染事件。
正文：地球表面70.8％为海洋覆盖，海洋水占地球总水量的97.3％，淡水仅占
总水量的2.7％，且这些淡水资源的大部分被封闭在冰冠和冰川之中，或在大气或土壤中，或深藏于地下，可供人类直接使用的淡水资源约为850万立方干米，仅占地球总水量的0. 64·中国水资源约27210亿立方米，居世界第六位，而人均水量却仅为世界人均水量的1/4。
首先，水和水体是两个不同的概念。自然界中的水称为天然水，它从来就是溶液，而且是成分极其复杂的广义的溶液。环境化学中研究的水也即是水的溶液。水体是指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川、海洋等储水体的总称。它包括水中的溶解物、悬浮物、底泥和水生生物，是指地表被水覆盖的自然综合体系，是一个完整的生态系统。在环境科学研究中，区分“水”和“水体”的概念十分重要。例如，重金属污染物易于从水中转移到底泥中，水中重金属的含量一般都不高，若仅从水的含量分析，水似乎未受到污染，但事实上，该水体则已受到较严重的污染。
一、水中的污染物
水体中的无毒污染物包括酸、碱、盐等无机物及蛋白质、油类、脂肪等有机物。它们一般虽无生物毒性，但含量过高会对人类或生态系统产全不良影响。例如，酸、碱物质使水体不能维持正常的pH值范围（6.5——8.5）。含氮、磷的化合物，如合成洗涤剂及化肥等营养物质，若过量会引起藻类疯长而使水体缺氧。其他有机物也会因化学和微生物分解过程而消耗水体中的氧气，致使水体中溶解
氧耗尽，引起水质恶化。
(1)无机污染物
汞、福、铅、铬等重金属，砷、硒、硼、氟等非金属，铀-238,钾-40等放射性物质等都属于有毒的无机污染物。根据污染物的性质、存在形态和毒性，有毒的无机污染物可分为:重金属污染物、无机阴离子、放射性物质。它们对人类及生态系统可以产生直接的损害或长期累积性损害。
(2)有机污染物
有毒的有机物主要包括酸类化合物、有机农药、多氯联苯、多环芳烃等类有机物。有毒有机污染物的共同特点是，其大多数为难降解有机物，或称持久性有机物。它们在水中的含量虽不高，但因在水体中残留时间长，有蓄积性，可导致慢性中毒、致癌、致畸、致突变等生理毒害。有机农药目前已有近千种，我国较多生产和使用的近200种。
二、重金属污染
重金属污染是危害最大的水污染问题之一。重金属通过矿山开采、金属冶炼、金属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，以及地质侵蚀、风化等天然源形式进入水体，加之重金属具有毒性大、在环境中不易被代谢、易被生物富集并有生物放大效应等特点，不但污染水环境，也严重威胁人类和水生生物的生存。
（1）分布广泛，应用普遍
地壳中重金属含量虽低于0.1％，但它们广泛存于各种延时和矿物中，经过五指的迁移循环，重金属遍布于大气、土壤、水和生物体中。同时，重金属在人类生产和生活方面应用普遍，由于人为活动使环境中某些金属积累，使它们在环境中的含量过高，造成环境污染。
（2）生物富集，潜在危险
某些重金属污染物会通过饮食、呼吸、皮肤接触等途径进人人体，在人体的一定部位积聚，造成急性或慢性中毒，危及生命，难以根治。重金属之所以会通过饮食进人人体，是由于其不仅很难被微生物分解，反而会被微生物吸收，并通过食物链在生物体内富集。
(3)存在多种价态，转化过程复杂
重金属大多为周期表中的过渡元素，在不同的被污染物中存在的价态多样，而且其迁移转化十分复杂。不同价态的重金属，其活性和毒理性不同。
(4)在水环境中易形成难溶物
水环境中的重金属通过一系列化学反应生成氢氧化物、硫化物、碳酸盐等难溶性的沉淀，暂时限制了其扩散范围，可当沉淀大量存在时，会和天然水体中的OH-、Cl- 、SO42-、有机酸、腐殖质等形成各种配合物和鳌合物，增大重金属在水中的溶解度，形成二次污染。
(5)共存的污染物相互影响
某些污染物共存时，其总效用有四种情况:小于各污染物单独作用时的效应;相当于各种污染物单独作用时的效应;相当于各污染物单独作用时的总和;大于各污染物单独作用时的总和。
三、重金属污染治理方法
水体重金属污染治理包括外源控制和内源控制两方面。外源控制主要是对采矿、电镀、金属熔炼、化工生产等排放的含重金属的废水、废渣进行处理，并限制其排放量;内源控制则是对受到污染的水体进行修复。
(1)沉淀和絮凝
沉淀作用指加入碱性物质以提高水体pH值，使重金属以氢氧化物或碳酸盐的形式从水中分离出来，或加入硫化物沉淀剂使重金属离子生成硫化物沉淀而被除去。絮凝作用一般采用铁盐和铝盐作絮凝剂，通过与具有净化功能的天然矿物联合，改性后可形成性能更优的絮凝材料。
(2)吸附法
吸附法是利用多孔性固态物质吸附水中污染物来处理废水的一种常用方法。活性炭吸附是一种较早地被应用于生产的净水技术。矿物吸附剂表面研究已深入到分子水平，对具有一定吸附、过滤盒离子交换功能的天然矿物进行合理改性是提高环境矿物材料性能的新途径。壳聚糖、木质素等天然吸附剂也有广泛应用。
(3)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，经离子交换处理后，废水中的金属离子转移到离子交换树脂上，经再生后转移到再生废液中。此法优点是费用较低，缺点是其适用范围有限，容易造成二次污染。
(4)生物方法
生物方法是20世纪80年代随着生物技术的发展而产生的一种重金属废水处理技术。
微生物吸附利用细菌、真菌、藻类等的生命活动过程，通过将废水中的重金属沉淀、吸附作用，降低其毒性，从而达到治理的目的。微生物吸附法是利用具有吸附重金属特性的微生物材料来吸附水溶液中的重金属;微生物通过还原反应使金属离子转变成不易溶解的沉淀状态或降低其毒性的方法称为微生物沉淀法。
植物修复植物修复是通过特定植物对重金属元素或有机质的特殊富集和降解来转移、容纳或转化污染物，使其对环境无害，主要通过植物吸收、植物挥发、植物吸附和根际过滤等方式来积聚或清除水体中的重金属。目前发现的重金属超积累植物有700多种，凤眼莲、水芹菜、香蒲、芦苇、香根草等都对重金属具有良好的吸收积累效应。利用水生植物净化重金属污水，目前应用较多的是人工湿地技术和生物塘工程。
动物净化利用一些鱼类及其它水生动物在水体中吸收、富集重金属，然后把它们从水体中驱出。如三角帆蚌、河蚌等都对重金属具有明显自然净化能力。但此法处理周期长，费用高，因此目前水生动物主要用作环境重金属污染的指标生物，用于污染治理的不多。
四、水处理技术
水处理的问题主要包含“用水处理”和“污水处理”两方面，即包括从天然水体中获得生活用水、工业用水时进行的水处理，以及为防止生活污水、工业污水等引起水体污染进行的水处理。由于多数天然水体兼作为用水水资源和污水
的收纳对象，所以很多基本水处理技术在用水处理和污水处理中是相同的。污水处理的目的主要有去除悬浮物、去除溶解性无机物、去除溶解性有机物、消毒杀菌等。为了达到这个目的，可将水处理技术分为物理法、化学法和物理法、生物法。下面简要介绍几种比较常用的水处理技术。
重力沉降法在重力作用下，使悬浮液中密度大于水的悬浮固体静置、下沉，从而达到与水分离的目的。
过滤法以砂、无烟煤、石英砂、塑料之类粒状物组成填充物，使水流通过，过滤除去悬浮杂质。
反渗透法利用半透膜的选择透过性，制成反渗透装置，施以一定的外加压力，使废水中的水分子透过半透膜，而将污物截留在容器内，达到分离污物的目的。
生物过滤法利用碎石或塑料之类作滤料，使其表面形成一层微生物膜，以发挥其净化污水的作用。
气提法让污水与水蒸气直接接触，使污水中的挥发性有毒物质按一定比例扩散出去，达到分离污染物的目的。
中和法以碱性药剂处理酸性污水，或以酸性药剂处理碱性污水。
氧化还原反应法借助化学药剂，通过氧化还原反应使污染物转化成固态或气态从水中分离，或使污染物价态发生改变，转化成无害或低害的化学形态。
加氯消毒法借助氯气或次氯酸盐，杀灭水中有害细菌、病毒、藻类等微生物。
吸附法使用活性炭或其它无毒且吸附性好的五指，吸附污水中有机物或重金属。
水是重要的自然资源，人类的生活离不开水，而且世界饮用水资源不足的问题日益显现，因此，我们要保护水资源，控制水体污染，研制污水处理的方法。
参考文献：
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2、沈同，王镜岩主编《生物化学》上、下册.第二版.北京：高等教育出版社，1990
3、杨维荣等编《环境化学》北京：高等教育出版社，1991
4、赵雷洪等.《生活中的化学》中国出版集团，2010