重金属污染现状与最新治理技术.docx

1、重金属污染现状与最新治理技术国际上 自上 世 纪 60年 代 开展 水 体 重 金 属 污 染 的研究，而我国对水体重金属污染 的研究始于 上 世 纪 8O年代 。环境 中常 见 的重 金 属 污染 物 质 有 ：汞、镉 、铅、铬 以及类金属 砷等毒性显著 的元 素 ，也包括锌 、铜、钴 、镍 、锡等毒性一般 的元素 ，以 及放射性重金属铀 、镭 、钍等。工 矿业废水 、生 活 污水等未经适 当处理 即向外排放 ，污染土壤和废 弃物堆置场受流水作用 ，以及富含重金属的大气 沉降物输入 ，都会使水体重金属含量急剧升高，导 致水体受到重金 属污染 ，进而严重威胁人类和水生生物的生存Ll 。据联合

2、国世界卫生组织统 计 ，由于 全球 工 业 污 染 ，世 界 上 约 8O 的人 口饮 用水无法达 到卫 生标准 。在 已知的人类疾病 中 7080与水污 染有 关3。 水体 重金 属污 染现 状及 危害 我国水体 重金属污染 问题 已十分 突出。江 河湖 库 底 质 污 染 严 重 ，重 金 属 污 染 率 高 达 81 4。根据对我 国七大水系 中水质最好 的长 江的调查 ，其近岸水域 已受到不 同程度的重金属 污 染 ，Zn、Pb、Cd、Cu、Cr等 元 素污染 严 重 ，而 亲 硫元素如 Cd、Pb、Hg、Cu的潜在活性大 ，易参与环 境 中各 类物 质 的反应 5。21个 沿江 主要

3、 城 市 中 ， 攀 枝花 、宜 昌、南 京 、武 汉 、上 海 、重 庆 6个 城 市 的 重金属累积污染率 已达到 65 _6。 国外水体重金属 污染现状也 不容乐 观。早 在 20世纪 5O年代 ，日本就曾出现 由于汞污染引 起 的“水俣 病 ”和镉 污 染 引起 的“骨痛 病 ”事 件 ；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_7。可见 ，水体重金属污染 已成 为全球 性 的环境 污染 问题 。 重 金属 污 染 物 进 入 水 生 生 态 系 统 后 对 水 生 植物和动物均产生影响 ，并通过食物链发生富集 ， 引起人体病变，危害人

4、类健康。 2 水体 重金 属污 染治 理修 复 方法 水体 重 金 属 污 染 的 日趋 严 重 已 引 起 全 社 会 的关注 ，除严格控制各种污水 的排放外 ，另一项重 要工作就是采取有效 措施 治理 、净 化被 污染 的水 体 ，并 实现 废水 的再 生 回用 。重金属污染的处理技术和进展根据不同的重金属的污染性质的不同, 大致可 将重金属污染处理技术分为三类: 化学法、物理化学 法和生物修复法。. 1 1沉淀法沉淀法就是通过化学反应使重金属离子变 成不溶性物质而沉淀分离出来。根据不同的重 金属离子特性，选择合适的沉淀剂实现重金属 离子从液体中的分离，比如氢氧化物沉淀法、硫 化物沉淀法等

5、。马彦峰等7分别采用氢氧化 钠和氢氧化钙为沉淀剂，对重金属离子废水进 行沉降研究，结果表明通过调节氢氧化钠、氢氧 化钙的加入量，可以实现废水中重金属离子的 沉降，在沉降体系中增加助凝剂还有利于废水 中重金属离子的沉降。对于两性的重金属离 子，由于氢氧化钠为强碱可以使沉淀再溶解，因 此氢氧化钠对两性重金属离子的沉降效果比氢 氧化钙差。虽然氢氧化物沉淀法可以实现重金 属离子从废水中的分离，但氢氧化物沉淀法存 在不少缺点8。氢氧化物对稀溶液中重金属 去除效果不好; 金属氢氧化物容易反溶; 配位和 整合作用使得沉淀不完全; 沉淀体积量大、含水 率高、过滤困难; 填埋处理重金属沉淀物成本 高，重金属在环

6、境中长期存在。氢氧化物目前 在重金属离子废水处理领域已很少被应用。雷 兆武等8 采用硫化钠为沉淀剂对含 Cu2 + 、 Pb2 + 、Zn2 + 等重金属离子的废水处理进行了研 究，结果表明由于不同重金属硫化物的溶度积 不同，因此在废水处理过程中可以通过控制硫 化钠的加入量来实现不同重金属离子的顺次分 离。 近十几年来，出现了铁氧体共沉淀处理重 金属离子污水的方法。该方法能够使废水中的 各种重金属离子形成铁氧体晶粒一起沉淀析 出，使废水得到净化，同时在形成沉淀后，可通 过磁力分离达到较好的分离效果。赵如金等9采用铁氧体法处理重金属废水，发现重金 属的半径接近铁离子，或 n( Fe2 + ) /

7、n( M2 + ) 的 值越大，磁性产物中重金属的回收率、磁性产物 的稳定性、饱和磁化率就越大，且处理后的废水 中各种金属离子的质量浓度均达到污水综合排 放指标。1.2. 化学浮选法 在处理重金属废液时, 先将重金属离子析出, 然 后加入表面活性剂, 使重金属析出物疏水化。疏水 的重金属随着气泡上浮之后, 利用自流或者刮板将 其除去。按粘附方式不同将化学浮选法分为离子气 浮法、泡沫气浮法、沉淀气浮法、吸附胶体气浮法等四 类。浮选法对处理稀的重金属废水有独特优势。重 金属残留少, 处理效率高, 处理量大, 生成的渣泥少, 运转费低, 但渣液和净化水处理问题须进一步解决。 1. 3 吸附法吸附法实

8、质上是利用多孔性固体吸附剂吸 附废水中的重金属离子。由于吸附剂具有很多 微孔和很大比表面积，因此其吸附能力很强，是 很好的去除废水中重金属离子的材料。 活性炭作为一种比表面积高、孔容大、孔径 分布可控、表面化学性质可调、高吸附容量、物 理化学性质稳定和高机械强度的吸附剂，可针 对重金属离子物理化学性质以及所处化学环境 的不同，对活性炭的物理结构和表面化学性质 进行有针对性的调控，以实现活性炭对废水中 重金属离子的快速、高效吸附。活性炭作为一 种优良的吸附剂，在处理重金属离子废水方面 表现出以下优点14: 无需添加任何氧化剂、絮 凝剂等化学试剂; 吸附容量大，处理效果好; 对 重金属离子的吸附稳

9、定性好，选择性高; 可与难 被自然界微生物降解的重金属离子一起填埋， 防止再次污染水体; 成本低，操作简便灵活; 活 性炭可经再生后循环使用，同时实现对重金属 离子的回收。近年来，在该领域对活性炭吸附 重金属离子的过程、机理研究不断被报道。公 绪金等15对活性炭吸附水中六价铬的机理及 影响因素进行了研究。研究结果表明，活性炭 吸附水中六价铬的首要吸附机理为 Cr( ) 在 活性炭表面的接触还原作用，并伴随着 Cr( ) 在活性炭表面的离子交换吸附; pH 矿物材料作为一种易得、高效、廉价的吸附 剂在重金属离子废水处理领域越来越受到关 注。近年来，发现矿物材料具有强大的吸附能 力，如膨润土、蒙脱

10、石、硅藻土等。施惠生等17 用膨润土吸附重金属离子 Pb2 + 、Zn2 + 、Cr6 + 、 Cd2 + 时，发现膨润土对 Pb2 + 、Zn2 + 、Cd2 + 的吸附 效果要好于 Cr6 + ，原因是 Cr6 + 的存在形式不同 于其他重金属离子。 吸附法在处理重金属离子中得到广泛的应 用，目前该方法的研究热点主要表现在吸附剂 的改性处理上。通过选取不同的手段和物质对 吸附剂进行无机、有机改性，可以有效提高吸附 剂在重金属离子废水处理过程中的选择性，从 而实现重金属离子废水中不同重金属离子的逐 一提取分离。2. 物理化学法 物理化学法包括三种处理技术: 吸附法、离子交 换技术、膜分离技术

11、。 2. 2. 1 吸附法 吸附法是利用吸附剂通过离子螯合、络合等作 用吸附重金属的一种方法。常用的无机吸附剂有活 性炭、膨润土、沸石和壳聚糖等 20。研究表明, 其中 经过氢氧化钠活化之后的沸石对废水中的重金属离 子 Pb2+ 、Cd2+ 、Cr2+ 的吸附率可达 97% 以上。因为 自然的吸附材料来源广、成本较低、制造容易, 目前 应用普遍, 但是重金属一旦吸附饱和之后很难回 收, 不能充分回收资源。 2.1离子交换技术 离子交换技术一般用来作为化学法的后续处理 过程。它的原理是利用重金属离子与离子交换树脂 发生离子交换, 使废水中重金属浓度降低, 从而使废 水得以净化 21。离子交换树脂

12、是一种在交联聚合 物结构中含有离子交换基团的功能高分子材料。根 据不同的交换树脂对一定的重金属离子的亲和力不 同, 可以达到选择性分离。这种技术可以回收重金 属资源, 金属回收率可达近 100%, 交换材料也可以 循环利用, 处理较为彻底。离子交换法离子交换法是处理重金属离子废水的常用方法之一。在该方法中，离子交换发生在固体 与液相之间，不溶性的物质( 树脂) 从重金属离 子废水中除去离子，同时以相同价态释放出离 子而树脂的结构并无变化。离子交换法处理重 金属离子废水，近年来在其研究领域备受关注。 离子交换树脂是一种含有活性基团的合成功能 高分子材料，它是由交联的高分子共聚物引入 不同性质的离

13、子交换基团而成。离子交换树脂 具有交换、选择、吸附和催化等功能。近年来， 随着离子交换技术的不断发展，在树脂合成方 面，除凝胶型树脂性能有很大改进外，还合成了 交换速度快、机械强度大、抗污染能力强和化学 稳定性好的大孔离子树脂，使离子交换树脂在 废水处理领域的应用不断扩大，越来越显示出 其优越性。 计建洪23以 Cu2 + 为例，分别采用大孔型 强酸性阳离子树脂和强酸性凝胶型阳离子树脂 处理重金属离子废水，主要考查了流速、溶液的 起始 pH 值、温度等因素对离子交换树脂去除 Cu2 + 效果的影响。实验表明，凝胶型离子交换 树脂和大孔型离子交换树脂相比，因为孔径相 差十分悬殊，所以大孔型树脂的

14、孔道扩散速率 要比凝胶型树脂快得多。在较高的温度下有利 于离子交换反应的进行，废水初始 pH 值为 5. 0 6. 0 进行处理，效果最好。徐婷婷等24 综述了离子交换技术在电解锰工业废水中的应 用，对离子交换树脂的选型、pH 值、原始浓度、 树脂用量、接触时间、运行条件等各因素进行了 分析和比较，为离子交换法处理电解锰工业废 水提供了技术资料。 离子交换法在处理重金属离子废水领域表 现出不可替代的优点，在处理过程中没有因化 学沉淀而产生废浆处理问题，大大降低了处理 过程中的操作费用，有利于废水处理工业化。 但是由于离子交换树脂具有选择性，因此该方 法具有一定的针对性，并不能对所有离子交换 有

15、效，因此在实际应用中受到一定程度的限制。 2. 2. 膜分离技术膜分离技术是利用一种特殊的半透膜, 在外界 压力的作用下, 在不改变溶液中物化性质的前提下, 通过反渗透作用将溶剂和溶质进行分离或浓缩的方 法。在实际应用中主要有微滤膜、纳滤膜、超滤膜、 电生物膜等 22。这种技术分离率高, 选择性强; 在 常温下操作无相态变化; 能耗低、无污染; 作为重金 属废水终端处理, 可使废液中的重金属离子彻底分 离, 分离效率可达 95% 以上, 处理后的水可循环再 利用。但是由于其程序复杂, 对生产技术要求较高, 所以其在推广应用中受到了限制。 2.3絮凝法絮凝法是重金属离子废水处理的方法之 一，主要

16、是通过添加试剂使得废水中的胶体粒 子稳定性变差，从而聚沉沉淀下来。为增加粒 子的尺寸，絮凝过程用于将不稳定的粒子变为 固相絮凝物。这一过程包括调节体系的 pH 值 以及加入含铁或铝盐的絮凝剂，以克服离子间 排斥导致的稳定作用。 絮凝法处理重金属离子废水的研究过程 中，絮凝剂主要分为高分子絮凝剂和微生物絮 凝剂两类。高分子絮凝剂是目前重金属离子废 水处理过程中应用得较传统的絮凝剂，而通常 微生物絮凝剂主要分为 3 大类: 胞外代谢产物 絮凝剂、胞内提取物絮凝剂和菌体絮凝剂。 段丽丽等18研究了高分子重金属絮凝剂 交联淀粉接枝丙烯酰胺共聚黄原酸钠 ( CSAX) 的除铜、除浊性能及其影响因素，并与

17、 不溶性淀粉丙烯酰胺接枝共聚物( ISA) 、不溶 性淀粉黄原酸钠( ISX) 两种絮凝剂进行了比 较。结果表明，CSAX 兼具 ISA 和 ISX 的优点， 具有很好的除铜、除浊性能，该絮凝剂对铜的去 除具有一定的化学计量关系; pH 值对 Cu2 + 的 去除有一定影响，在 pH =2. 0 5. 0 时，在相同 投药量下，pH 值越高，Cu2 + 的去除率越高。 微生物分泌到胞外的主要成分为多糖和少量的肽、蛋白质、脂类及其复合物等，高聚物分 子通过吸附、络合和氧化还原等方式固定金属 离子，高聚物分子间所形成的网状结构有助于 对重金属离子的絮凝过程，这些物质称之为胞 外代谢产物絮凝剂19。

18、苏春彦等20用从天然 水中获得的优势菌生物膜的胞外聚合物絮凝 剂，对胞外聚合物及其分离得到的胞外多糖和 胞外蛋白质对铅的絮凝特性及吸附机理进行了 探讨。胞外聚合物及其中的胞外多糖和蛋白质 在 20，pH =6. 0 0. 1，吸附平衡时间为6 h， 对铅的最大吸附量分别为 23. 64、15. 8 和 3. 48 mg/g。通过红外光谱分析得出，胞外蛋白 质的氨基、酰胺基，胞外多糖的羟基、酰胺基等 是胞外聚合物吸附铅离子过程中起关键作用的 化学基团。 胞内物质泛指细胞壁、细胞膜、细胞质和核 物质。目前研究的主要趋势是从细胞壁内提取 已经成熟应用的高分子物质为絮凝剂，其典型 代表是甲壳素和壳聚糖

19、。研究表明21，壳聚糖 对 Cu2 + 、Cd2 + 、Zn2 + 、Mg2 + 等金属离子的吸附 率在 94%以上，对 Pb2 + 、 Ni2 + 、Hg2 + 的吸附率也 在 75%以上。嵇胜全等22制备了 N 羧乙基 壳聚糖，并研究了其对重金属汞离子的吸附效 果以及吸附机理。研究结果表明， N 羧乙基 壳聚糖是一种两性的壳聚糖衍生物，具有生物 相容性、生物降解性、无毒性等特点，对 Hg2 + 表 现出了良好的吸附性能。 菌体絮凝剂对重金属离子的絮凝主要是通 过生物吸附的方式实现的。菌体对重金属的吸 附主要取决于两个方面，一是菌体吸附剂本身 的特性，二是金属离子对菌体的亲和性。大量 研究表

20、明，细菌、真菌和藻类等微生物对重金属 离子有较强的吸附能力。 微生物絮凝剂在处理重金属离子废水方面 较传统高分子絮凝剂具有高效、无毒、易于生物 降解、絮凝对象广泛、使用后无二次污染等独特 的优点，可部分或全部取代现有的高分子絮凝 剂，市场前景广泛，势必成为今后絮凝法处理重 金属离子废水的主要方法之一。3.生物方法近十年来，用生物( 如细菌、真菌、藻类、酵 母等) 经处理加工成生物吸附剂，用于处理含 重金属废水已成为环境工程领域的一个研究热 点。生物吸附法是利用生物体的化学结构及成 分特性来吸附溶于水的重金属离子。与其他方 法相比，生物法具有以下优点: 生物吸附剂可以 降解，不会发生二次污染;

21、生物吸附剂来源广 泛，容易获取，且价格便宜; 生物吸附剂易解吸， 能够有效回收重金属离子。刘桂萍11等从农 药厂土壤中分离得到对 Pb2 + 吸附能力较强的 一株霉菌 HM6，对水体中 Pb2 + 进行去除试验。 结果表明，该霉菌培养72 h后，当 Pb2 + 的初始 质量浓度为 100 mg/L，在最佳吸附条件下，吸 附力和去除率分别可达到 40 mg/L 和 80% 以 上。张慧等12从电镀废水中分离出具有还原 作用的菌株，并研究了对 Cr6 + 的吸附特性，结 果表明在 pH = 2 时，对于 Cr6 + 的起始浓度为 20 mg/L时，其吸附率高达 97. 9%; 同时当菌株 采用稀盐

22、酸浸泡后，可明显提高菌体的吸附率。 陈勇生等13报道盐泽螺旋藻和啤酒酵母菌对 Cd2 + 有很强的吸附能力，对 Cu2 + 和 Ni2 + 两种金 属离子也有较明显的吸附作用。 生物法在处理重金属离子废水过程中对某 些特定的重金属离子具有选择性，但采用的菌种繁殖速度慢，一段时间后废水中的浮游生物 增加，且生物吸附剂的机械强度弱、化学稳定性 差，因此该方法未能被广泛的应用于工业重金 属离子废水的处理中。生物吸附剂实现规模化 应用还需要进一步的研究。生物技术 生物技术是目前重金属污染处理领域的热门研 究课题。它包括植物修复技术和微生物吸附技术。 3. 1 植物修复技术 重金属污染水体的植物修复是指

23、通过植物系统 及其根系移去、挥发或稳定水体环境中的重金属污 染物, 或降低污染物中的重金属毒性, 以达到清除污 染、修复或治理水体为目的的一种技术 23。目前发 现的对重金属具有超积累能力的植物有 45科约 400多种, 其中 73%为 N i的超积累植物。植物修复 法相比较于其他方法,更具有可操作性、成本低、无二 次污染的优点。缺点是处理效率较低, 处理重金属污 染种类单一, 难以全面清除污染土壤内的重金属。 3. 2 生物吸附技术 生物吸附是一种新兴的重金属污染处理技术。 这种技术的原理是生物吸附剂通过络合、螯合、离子 交换、吸附、絮凝等生化作用将重金属离子吸附于生 物细胞之中, 以达到消

24、除重金属污染的目的。如海 藻对废液中重金属离子的去除率可高达 90% , FT 菌对铅的去除率可达 99% , 红杆菌对 Cu2+ 、N i2+ 、 Cr 6+ 离子的去除率分别可达 98. 9%、90% 、84%。 生物吸附的优点在于成本低、选择性强、处理效率 高, 因此在重金属污染处理方面有着广泛研究和应 用前景 24。 3 展 望 微 生物 在 环 境 保 护 和环 境 治 理 中起 着 举 足 轻 重 的作用 。微生 物具 有容 易发 生变 异 的特 点 ， (下转 第 81页) 2010年第 3期 刘 京晶 张玉春 当代 大学生职业价值观探析 81 用人单位 ，拓宽就业渠道 。同时

25、，建立毕业生跟踪 调查制度 ，加强社会专业人才需求情况调研工作。 通过建立毕业生跟踪调查机制 ，了解就业市场的 基本行情，并将其所反馈的信息 ，作为学校专业设 置 、专业结构调整和人才培养模式 、教育教学改革 的重要依据 ，使人才培养与社会需求 、人才质量和 社会 需要 有机 的结 合起 来 。 34 加强职业生涯规划 ，提高大学生 自身素质 通过分析 自己的个性、价值观 以及整个社会 的就业趋势 、就业环境等 ，可以更好地对 自我进行 定 位 ，增 强职 业针 对性 和 目的性 ，因此 ，帮助 大 学 生 进行 职业 生涯 规划对 其 今后 职业 生涯 的发 展 有 着十分重要的意义 。在树

26、立正确的职业理想 ，确 立 明确 的职业 目标 的基 础 上 ，对 自己 的职业兴 趣 、 气质 、性格 、能力等进行全面认识 ，进行正确 的 自 我分析和职业分析 ，通过构建合理的知识结构 ，参 加有益 的职业 训练 ，培养 职业需要 的实践 能力。 例如 ，参加暑期“三下乡”活动 、大学生“青年志愿 者”活动 、大 学生 毕 业 实 习 工 作 、大 学 生 校 园创 业 活动等多种职业训练 ，将合理 的知识结构和适应 社会需要的各种能力统一起来 ，从而提 高对社会 的认识能力 、辨别能力和适应能力 ，以更早更多地 了解职业 ，掌握职业技能，提高职业素质。3 结论与展望重金属污染来源广泛、毒性大, 进入环境之后对 动植物和人类都有巨大的危害, 因此在未来的环境 污染治理和研究领域, 重金属污染仍然是我们面临 的重要问题。重金属污染的治理方法也在向着环境 友好型方向发展。在传统的处理技术的基础上, 多 种工艺组合来解决重金属污染问题将是未来研究的 一个方向。由于新兴的生物技术尚未成熟, 暂时未得 到广泛的应用。近年来, 随着高新技术的发展, 纳米技术、光催化技术、新型介控材料技术、基因工程技术 等被不断地应用到重金属污染治理中, 这无疑为推动 重金属治理技术的完善与进展提供了良好的契机。