水体重金属污染现状及处理方法研究进展
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水体重金属污染现状及处理方法研究进展
摘要：由于现代工业的发展，煤、矿物油的燃烧以及固体废弃物的堆置等导致大量重金属进入河流，使水体重金属污染成为世界范围内的环境问题。
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。
本文介绍现常用的各种重金属废水的处理技术研究现状，及生物淋滤技术和湿地系统修复重金属污染河流底泥研究进展。
关键词：重金属污染，吸附法，生物淋滤法，湿地系统
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[1],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[2],不但污染水环境,也严重威胁人类和水生生物的生存。
目前,人们对水体重金属污染问题已有相对深入的研究,同时采取了多种方法对重金属废水和污染的水体进行处理和修复。
本文主要对水体重金属污染现状及治理方法研究进展进行介绍。
1水体重金属污染现状
由于现代工业的发展，煤、矿物油的燃烧以及固体废弃物的堆置等导致大量重金属进入河流，其中99%的重金属沉积进入水体底泥，使水体底泥重金属污染成为世界范围内的环境问题［3-5］。
2003年黄河、淮河、松花江、辽河等十大流域的流域片重金属超标断面的污染程度均为超Ⅴ类[6]。
2004年太湖底泥中总铜、总铅、总镉含量均处于轻度污染水平[7]。
黄浦江干流表层沉积物中Cd超背景值2倍、Pb超1倍、Hg含量明显增加;苏州河中Pb全部超标、Cd为75%超标、Hg为62.5%超标[8]。
城市河流有35.11%的河段出现总汞超过地表水Ⅲ类水体标准,18.46%的河段面总镉超过Ⅲ类水体标准,25%的河段有总铅的超标样本出现[9]。
葫芦岛市乌金塘水库钼污染问题严重,钼浓度最高超标准值13.7倍。
由长江、珠江、黄河等河流携带入海的重金属污染物总量约为3.4万t,对海洋水体的污染危害巨大。
全国近岸海域海水采样品中铅的超标率达62.9%,最大值超一类
海水标准49.0倍;铜的超标率为25.9%,汞和镉的含量也有超标现象[10]。
大连湾60%测站沉积物的镉含量超标,锦州湾部分测站排污口邻近海域沉积物锌、镉、铅的含量超过第三类海洋沉积物质量标准[11]。
波兰由采矿和冶炼废物导致约50%的地表水达不到水质三级标准[12]。
重金属污染危害儿童和成人的身体健康乃至生命[13]。
如人体若摄取了过多的钼元素会导致痛风样综合症、关节痛及畸形、肾脏受损,并有生长发育迟缓、动脉硬化、
结蒂组织变性等病症[14]。
当前,儿童铅中毒、重金属致胎儿畸形、砷中毒等事件也屡有发生,使重金属污染成为关系到人类健康和生命的重大环境问题。
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2水体重金属污染的治理方法
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。
3重金属废水的处理
3.1沉淀和絮凝
沉淀作用通过提高水体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,也有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。
絮凝作用也应用于常规的污水处理中,普遍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。
木质素磺酸盐也是一类性能优良的绿色絮凝剂,引入羧酸基、磺酸基等基团后,其絮凝沉降效果更佳[15]。
3.2吸附法
根据吸附机理进行分类，主要有物理吸附和化学吸附。
3.2.1物理吸附研究进展
物理吸附是吸附剂通过分子间作用力吸附重金属，对溶液的pH值依赖性普遍较大。
常用的活性炭、分子筛、沸石等廉价易得的吸附剂，具有较高的比表面积或表面具有大量微孔、空腔、通道等高度发达的空隙结构，同时也有高效的吸附效果，可循环利用。
肖乐勤等[16]采用HNO3和H2O2对活性炭纤维（ACF）进行氧化改性，并用静态吸附法考察了不同条件下ACF对水体中Pb2+的吸附。
结果表明：改性前后样品对Pb2+的吸附速率均较高，吸附平衡时间为5min；饱和吸附容量由改性前的32.5mg/g增加到改性后的75mg/g；ACF对水体中Pb2+的吸附具有较强的pH值依赖性，当pH值达到5.5时，吸附容量达到最大值。
3.2.1化学吸附研究进展
化学吸附是通过电子转移或电子对共用形成化学键或生成表面配位化合物等方式产生的吸附。
产生化学吸附的吸附剂分子通常含有羟基、氨基、羧基等具有优良的吸附、螯合、交联作用的基团，能够与废水中的重金属离子进行螯合，形成具有网状笼形结构的化合物，有效地吸附重金属离子，或是与重金属离子形成离子键、共价键以达到吸附重金属离子的目的。
刘立华等[17]以丙烯酰胺、CS2和NaOH为原料合成了一种高分子重金属螯合絮凝剂-聚丙烯酰胺黄原酸（PAMX），研究了投加量、废水的pH值和特性黏数对含Cu2+、Ni2+的模拟废水的去除效果，结果表明：PAMX处理Cu2+、Ni2+含量分别为25mg/L、50mg/L的模拟废水，残余重金属离子浓度均能达到国家污水综合排放一级标准，有较宽的pH值适用范围，特性黏数为1.63dL/g时处理效果最佳。
Chen等[18]将一锌铝系变色酸插入到水滑石中，并用其对水溶液中Cr(Ⅵ)和Cu2+的吸附性能进行了试验研究，结果表明：它对水溶液中的Cr(Ⅵ)和Cu2+的吸附具有高度选择性，当Cr(Ⅵ)或Cu2+的浓度从200mg/kg增加到10000mg/kg时，它对Cr(Ⅵ)、Cu2+的最大吸附容量分别为782mg/g、450mg/g，且它的吸附动力学曲线符合准二级动力学模型。
