重金属污染物的危害、来源及处理方法研究
[摘要]随着工业排污量急剧增加，大量重金属污染排向了物环境中。在一定条件下，某些重金属(例如汞)还能在某些微生物的作用下转化为毒性更大的有机物质。另外，有毒重金属可以长期停留与积累在环境中，通过食物链逐级富集，最终进入人体，甚至通过遗传或母乳使婴儿受害，主要表现为富集在人体某些器官内形成慢性中毒。因此，重金属污染物的处理技术成为一个研究的热点，其成果有着重大的现实意义。
[关键词] 重金属工业污染离子交换电解吸附
一、引言
随着社会的不断发展，人们比以往任何时候都更加崇尚工业与自然环境的和谐发展，这种理念已不断渗透到各学科之中，在治理污染技术的开发上也应该寻求这种绿色产业。充分发挥自然界的天然自净化功能，是在污染治理与环境修复领域开发绿色环保技术的体现，更是完整地利用天然自净化功能的反应。本文阐述了重金属的危害、来源及其存在形式，并重点论述了处理重金属污染物的方法。
二、废水中重金属污染物的来源
1.铅的来源。铅常被用作原料应用于蓄电池、电镀、颜料、橡胶、农药、燃料等制造业。铅板制作工艺中排放的酸性废水(pH3=铅浓度最高，电镀废液产生的废水铅浓度也很高。
2.镉的来源。镉是一种灰白色的金属，自然界中主要以二价形式存在。镉电镀可以为钢、铁等提供一种抗腐蚀性的保护层，具有吸附性好且镀层均匀光洁等特点，因此工业上90%的福用于电镀、颜料、塑料稳定剂、合金及电池等行业，含镉废水的来源还包括金属矿山的采选、冶炼、电解、农药、医药、电镀、纺织印染等行业的生产过程中。
3.镍的来源。废水中镍的来源废水中的镍主要以二价离子存在，比如硫酸镍、硝酸镍以及与许多无机和有机络合物生成的镍盐。含镍废水的工业来源很多，其中主要是电镀业，此外，采矿、冶金、石油化工、纺织等工业，以及钢铁厂、印刷等行业排放的废水中也含有镍。
4.银的来源。常见银盐中唯一可溶的是硝酸银，也是废水中含银的主要成分。硝酸银广泛应用于无线电、化工、机器制造、陶瓷、照相、电镀以及油墨制造等行业，含银废水的主要来源是电镀业和照相业。
三、重金属污染物在环境中的存在形式
重金属污染物在大气、水、沉积物、土壤、植物等体系中均有分布，在不同体系中的存在形式不同。重金属在土壤中的存在形式、土壤重金属污染主要是由于使用污泥和污水灌溉造成的，污水中工业废水占60%～80%，且成分复杂，都不同程度含有生物难以降解的重金属。
1.重金属在水中的存在形式。近年来，中科院等对长江水环境中重金属的背景值进行了较深入的考察，结果表明河水中大部分元素主要以悬浮颗粒态存在，而溶解部分的重金属浓度较低，并且总量越是偏高的元素，以悬浮颗粒态存在的比例也越高。这一特征与区域条件有密切联系，当地理风化强烈时，悬浮质含量直接影响水环境中元素浓度分布。同时，化学风化微弱使元素难以释放，河水碱性偏低更使溶解态重金属浓度偏低。
2.重金属在沉积物中的存在形式。通过各种途径进入水环境的重金属，绝大部分随物理、化学、生物及物理化学作用的进行，迅速转移到沉积物中或通过悬浮物转移到沉积物中。沉积物中重金属赋存状态及特征为：Pb主要趋向于同Fe/Mn水合氧化物、碳酸盐相结合，C u主要形成残渣相和有机质相，而Zn易同Fe/Mn水合氧化物、碳酸盐相结合；Pb、Zn以非残渣相为主要成分，Cu以残渣相为主要成分。
四、常用的重金属废水处理方法
重金属废水处理的方法有很多，可分为两大类：一类是使溶解性的重金属转变为不溶或者难溶的金属化合物，从而将其从水中除去。另一类是在不改变重金属化学形态的情况下进行浓缩分离，例如反渗透法、电渗析法、离子交换法、蒸发浓缩法等。
1.氢氧化物沉淀法。该方法是通过向重金属废水投加碱性沉淀剂(如石灰乳、碳酸钠液碱等)，使金属离子与轻基反应，生成难溶的金属氢氧化物沉淀，从而予以分离的方法。
2.硫化物沉淀法。该方法是通过向废水中投加硫化剂，使金属离子与硫化物反应，生成难溶的金属硫化物沉淀从而得以分离的方法。硫化剂可采用硫化钠、硫化氢或硫化亚铁等。此法的优点是生成的金属硫化物的溶解度比金属氢氧化物的溶解度小，处理效果比氢氧化物沉淀更好，而且残渣量少，含水率低，便于回收有用金属。缺点是硫化物价格高。
3.还原法。该方法是通过向废水中投加还原剂，使金属离子还原为金属或低价金属离子，再投加石灰使其成为金属氢氧化物沉淀从而得以分离的方法。还原法可用于铜、汞等金属离子的回收，常用于含铅废水的处理。
4.离子交换法。离子交换法是利用离于交换剂的交换基团，与废水中的金属离子进行交换反应，将金属离子置换到交换剂上予以除去的方法。用离子交换法处理重金属废水，如Cu2+、Zn2+、Cd2+等，可以采用阳离子交换树脂；而以阴离子形式存在的金属离子络合物或酸根(HgCl2-、Cr2O72等)，则需用阴离子交换树脂予以除去。
5.铁氧体法。铁氧体是由铁离子、氧离子以及其它金属离子所组成的氧化物，是一种具有铁磁性的半导体。采用铁氧体法处理重金属废水是根据铁氧体的制造原理，利用铁氧体反应，把废水中的二价或三价金属离子，充填到铁氧体尖晶石的晶格中去，从而得到沉淀分离的方法。
6.电解法。电解法是利用电极与重金属离子发生电化学作用而消除其毒性的方法。按照阳极类型不同，将电解法分为电解沉淀法和回收重金属电解法两类。电解法设备简单、占地小、操作管理方便、而且可以回收有价金属。但电耗大、出水水质差、废水处理量小。
7.膜分离方法。该方法是利用一种特殊的半透膜，在外界压力的作用下，在不改变溶液中化学形态的基础上，将溶剂和溶质进行分离或浓缩的方法。膜分离法包括反渗透法、电渗析法、扩散渗折法、液膜法和超滤法等。
8.吸附法。该方法是利用吸附剂将废水中的重金属离子除去的方法。吸附法由于占地面积小、工艺简单、操作方便、无二次污染，特别适用于处理含低浓度金属离子的废水。
五、结语
重金属的污染问题已成为今世界各国共同关注的问题，国内外对重金属的处理方面的研究正在全面进行中。我国也在这方面取得了瞩目的成绩。
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重金属污染的特点是因其某些化合物的生产与应用的广泛，在局部地区可能出现高浓度污染。另外，重金属污染物一般具有潜在危害性。它们与有机污染物不同，水中的微生物难于使之分解消除(可称为降解作用)，经过“虾吃浮游生物，小鱼吃虾，大鱼吃小鱼”的水中食物链被富集，浓度逐级加大。而人正处于食物链的终端，通过食物或饮水，将有毒物摄入人体。若这些有毒物不易排泄，将会在人体内积蓄，引起慢性中毒。在生物体内的某些重金属又可被微生物转化为毒性更大的有机化合物(如无机汞可转化为有机汞)。例如众所周知的水侯病就是由所食鱼中含有氯化甲基汞引起的，“痛痛病”则由镉(Cd)污染引起的。这些震惊世界的公害事件都是工厂排放的污水中含有这些重金属所致。重金属污染物的毒害不仅与其摄入机体内的数量有关，而且与其存在形态有密切关系，不同形态的同种重金属化合物其毒性可以有很大差异。如烷基汞的毒性明显大于二价汞离子的无机盐；砷的化合物中三氧化二砷(As2O3，砒霜)毒性最大；钡盐中的硫酸钡(BaSO4)因其溶解度小而无毒性；BaCO3虽难溶于水，但能溶于胃酸，所以和氯化钡(BaCl2)一样有毒。重金属对人体的危害和大，积累多了肿瘤几多了，还会影响我们的新陈代谢，如铅会和我们人体的有机物和无机物化合成致癌物。
