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重金属污染水体问题及处理技术

发布时间:2021-1-15 11:49:26  中国污水处理工程网

  一、水体重金属污染现状

  铜、铅、锌、镍、锯、镉、汞和非金属碑等的相对密度大于4.5的金属称为重金属,这些重金属及其化合物在水中的浓度超过限度难以自净,就会造成水体重金属污染。据调查,我国七大水系(珠江水系、长江水系、太湖水系、黄河水系、松辽水系和海河水系)均受到了重金属污染,河流流域、人口分布和季节的不同所呈现的污染状况也不甚相同。

  二、水体重金属污染来源

  水体中的重金属来源主要有人为因素和自然因素,造成重金属污染的原因绝大多数是人为因素。

  2.1 工业生产

  工业活动迅速发展的同时,随之而来的环境污染也不可小觑。很多工业生产所排放的含有中间属污染的废水极大程度的污染了河流与地下水,导致水体重金属含量超标。例如制革、电镀、造纸行业排放的含锯废水、铅酸蓄电池产业所排放的含铅废水也超过了国家排放标准図还有有色金属的开采与冶炼、电子产业等会排放出含镉废水页。

  2.2 污染物质相互迁移

  除了工业生产造成的污染外,被重金属污染的大气和土壤也会造成水体的重金属污染。首先,大气沉降可以造成水体重金属污染。含辂废气排放到大气中,形成了气凝胶,通过大气沉降进入水体,造成了水体重金属污染。战雯静询对长江口青草沙水库和长兴岛大气中重金属与水体中重金属的含量进行了监测和对比,研究结果表明大气沉降可能是长江口水中重金属的重要来源之一。其次,土壤重金属污染也会造成水体重金属污染。工业活动产生的废渣随意、不规范的堆放在场地上,由于降雨和下渗作用污染了土壤。污染的土壤进而污染地下水造成了水体重金属污染。

  水体、大气、土壤这三者重金属污染都会相互迁移和转化,使污染情况趋于复杂。

  三、水体重金属危害

  水体重金属污染通常会对水中的动植物和人类有害。水中的重金属通过生物富集积累在水生动植物体内且通过食物链又富集在人体内,对人体造成危害。

  3.1 对水生植物的危害

  目前,最能解释重金属对水生植物危害作用的是自由基伤害理论。通常情况下,许多酶促反应和某些低分子化合物的自动氧化都会产生活性氧。水生植物在长期的进化过程中,在体内形成了SOD、CAT和POD酶组成的有效的清除活性氧的酶系统。它们在一定范围内及时清除机体内过多的活性氧,以维持自由基代谢的动态平衡,能维持水生植物体内活性氧自由基的较低水平,从而避免了活性氧对水生植物细胞的伤害。由于重金属能导致水生植物体内活性氧产生速率和膜脂过氧化产物明显上升,使得水生植物体内活性氧自由基的产生速度超出了水生植物清除活性氧的能力,因而引起细胞损伤。这是重金属对水生植物产生毒害的一个重要机制畑。重金属对植物的毒性表现在抑制植物生长、降低呼吸和光合作用、降低植物对营养物质的吸收能力、改变蛋白质及酶的活性和改变细胞的膜透性。

  3.2 对水生动物的危害

  水生动物通常以水藻和浮游生物为食,重金属对水生动物的危害主要表现通过食物链将环境中的重金属富集在动物的体内。王召根旳研究了CU2+和Cd2+对泥酣的毒害作用,结果显示CU2和Cd2+粒子浓度越高,泥酣存活率越低,毒性作用大小为Cu>Cd。李华研究了重金属对淡水鱼的毒害作用及重金属在体内的富集情况,结果显示Cd在淡水鱼体内富集程度分别为:肌肉<腮丝<肾脏<肝脏<血液。此外水生动物还可能在呼吸时通过腮将重金属富集在体内,或是身体表面和水体接触时发生的渗透交换作用。

  3.3 对人体的伤害重

  金属可以通过呼吸作用、与皮肤接触或者消化系统富集在人体内。通常来说,Zn2+,Cu2+等是人体不可缺少的微量元素,微量存在于身体中有益人体健康,但过量就会危害人体健康。比如20世纪50年代发生在日本的“水误病”,就是由于水体汞污染,汞通过食物链富集在了人体内。汞会损伤人的神经中枢系统。同一时间日本还发生了人由于人们长期饮用含镉水和食用含镉大米引发的“骨痛病”。锯作为一种变价金属,三价锯毒性较低且是人体所需微量元素,但六价辂有剧毒,可通过以上3个途径进入人体,对人体皮肤和呼吸道都有毒害作用,严重时可以致癌。其余铅、碑、铜等均对人体有毒害作用。

  四、水体重金属污染处理技术

  由于重金属多数价态较多,且赋存形态有时会随着pH值等外界因素而改变,故处理工艺复杂多变,下面为介绍几种常见的处理方法。

  4.1 吸附法

  吸附法是目前比较常用的处理方法,原理是利用多孔吸附材料通过静电吸附、范德华引力等吸附水中的重金属离子。传统的吸附材料有活性炭、生物炭、沸石、膨润土和活性污泥等。目前人们研究的重点多集中于这些材料的改性和升级,并且开发出越来越多廉价新型的吸附材料。黄熙贤以核桃生物炭为原材料,用环糊精和壳聚糖对原材料进行改性合成的新型材料对水中的锯离子不仅有良好的吸附作用还具有还原作用。张国威研究了活性污泥对水中Pb(n)的吸附机理。结果表明,Langmuir和Freundlich等温吸附线都可以解释其吸附情况,而且活性污泥对铅的吸附机理包含静电吸附、离子交换、微絮凝沉淀、表面络合等。

  4.2 化学沉淀法

  化学沉淀法一般通过向水中添加石灰、硫化物、氢氧化物、铁盐或铝盐等使原本溶解在水中的重金属离子变成不溶性的沉淀。例如向六价锯污染水体中投加®I盐,使水中原本的HCrO4变为BaCrO4沉淀,具体反应式为:

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  巢猛研究了水中镍的去除条件,结果表明:调节原水pH值至9.0,投加1.8mg/L聚合氯化铝,可以将浓度为0.04mg/L的废水处理到出水在0.02mg/L以下,符合国家排放标准。马越研究了不同pH值下三氯化铁、聚合氯化铝对重金属钳的去除效果。结果表明:聚合氯化铝对水中钳去除效果优于三氯化铁,且出水中铁未超标。

  4.3 生物法

  正如之前所说,重金属会富集在动植物体内。根据这一特性,人们不断发现富集能力强的动植物取富集水中的重金属,达到污染物转移的目的。此外,人们还培养岀微生物,利用胞外聚合物(EPS)取吸附重金属离子。

  例如谭彩云研究了凤眼莲对水中铅、锌、铅离子的短期去除能力及影响因素,结果表明凤眼莲对水中重金属离子去除效果较好,可达90%,对三者的去除能力为:Pb(Ⅱ)>cr(Ⅲ)>zn(Ⅱ)。胞外聚合物(eps)是微生物在一定环境条件下,在其代谢过程中分泌在细胞壁外,用于自我保护和相互黏附,由具有相似或相同结构的化合物通过聚合物而成的有机高分子物质,相对分子量通常在几千到几百万范围内,并在饥饿环境下为微生物本身提供碳源和能量的一类有机高分子多聚化合物,它是微生物聚集体(活性污泥、生物膜及颗粒污泥)的主要成分,影响着微生物聚集体的特性并保护微生物免受外界恶劣环境的破坏。EPS普遍存在于生物污泥絮体内部及表面,细胞借助EPS进行物质和能量的传递,它的含量及组成对污泥的理化性能以及生物处理系统内部电子流的分配转移起着重要的作用。EPS都是由一些大分子物质组成的,表面积很大,再加上EPS表面有各种非极性和极性基团,故EPS具有一定的吸附能力。研究发现EPS对不同的重金属的吸附机理也不同,表现为不同官能团对不同重金属的吸附能力有大有小。而且,pH值、EPS投加量以及吸附时间均是影响其吸附性能的主要因素皿。

  但生物修复法造价昂贵、目前不能大规模使用,而且重金属富集在生物体内以后造成的二次污染仍需要处理,所以生物修复方法使用较少。

  五、结语

  水体重金属污染危害大、范围广,还容易造成土壤和大气的循环污染,故对水体重金属污染的治理不能松懈,但仅仅靠污染后采取相关措施处理还是远远不够的,更需要有关执法部门从污染源头抓起。事前对污染企业普及排污知识及相关法律规定,避免发生乱排现象,污染发生时要及时报告有关部门,积极采取相应措施,避免污染范围扩大,事后要总结经验教训并追究相关责任。如此一来,水中重金属污染的治理才会更上一层楼。(来源:(甘肃新天亿环保工程有限公司)

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