水體重金屬污染現(xiàn)狀及其治理技術(shù)
1國內(nèi)水環(huán)境污染現(xiàn)狀及危害
我國水體重金屬污染問題十分突出，江河湖庫底質(zhì)的污染率高達80.1 %[1]。太湖底泥中TCu、TPb、TCd含量均處于輕度污染水平[2]；黃浦江干流表層沉積物中，Cd超背景值2倍、Pb超1倍；蘇州河中，Pb全部超標、Cd為75%超標、Hg為62.5%超標[3]。此外，由于礦山開采、金屬冶煉廢水排放、污水灌溉等人為因素的影響，導(dǎo)致重金屬污染物在土壤中累積，使農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量下降。從第二次污水灌區(qū)環(huán)境質(zhì)量狀況調(diào)查及往年有關(guān)調(diào)查結(jié)果看，廣西某些農(nóng)產(chǎn)品已受到一定程度的重金屬污染，其中以稻谷受污染最為嚴重。根據(jù)作者對桂北某電鍍廠附近水體、土壤和植物的調(diào)查結(jié)果表明，水體中Cu、Ni超標分別達到9.6倍、531.5倍，受納水體底泥中重金屬含量超過農(nóng)用污泥標準(GB4284-84)允許限值，由于附近農(nóng)田采用受污染的河水灌溉，農(nóng)田土壤中重金屬含量逐年上升，污灌區(qū)水稻重金屬含量超標，其中鉻超標達45.1倍，對人體健康造成嚴重威脅[4]。
重金屬在水體中積累到一定的限度就會對水體-水生植物-水生動物系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重危害，并可能通過食物鏈直接或間接地影響到人類的自身健康，例如日本由于汞污染引發(fā)的“水俁病”和由鎘污染造成的“骨痛病”就是典型例證。因此可以說水體重金屬污染已經(jīng)成為當今世界上最嚴重的環(huán)境問題之一，而如何科學(xué)有效地解決重金屬對水體的污染已經(jīng)成為世界各國政府以及廣大環(huán)保工作者研究的熱點。
2水體重金屬污染的治理方法
總的來說，水體重金屬污染修復(fù)治理采用以下兩條基本途徑，一是降低重金屬在水體中的遷移能力和生物可利用性；二是將重金屬從被污染水體中徹底清除。
2.1物理化學(xué)方法
2.1.1稀釋法
稀釋法就是把被重金屬污染的水混入未污染的水體中，從而降低重金屬污染物濃度，減輕重金屬污染的程度。此法適于受重金屬污染程度較輕的水體的治理，這種方法不能減少排入環(huán)境中的重金屬污染物的總量，又因為重金屬有累積作用，當重金屬污染物在這些水體中的濃度達到一定程度時，生活在其中的生物就會受到重金屬的影響，發(fā)生病變和死亡等現(xiàn)象，所以這種處理方法目前漸漸被否定。
2.1.2混凝沉淀法
許多重金屬在水體溶液中主要以陽離子存在，加入堿性物質(zhì)，使水體pH值升高，能使大多數(shù)重金屬生成氫氧化物沉淀。另外，其它眾多的陰離子也可以使相應(yīng)的重金屬離子形成沉淀。所以，向重金屬污染的水體施加石灰、NaOH、Na2S等物質(zhì)，能使很多重金屬形成沉淀去除，降低重金屬對水體的危害程度。這是目前國內(nèi)處理重金屬污染普遍采用的方法。例如黃明等[5]，采用化學(xué)分類法對含鉻、銅、鎳的電鍍廢水,廢水進行處理，取得良好效果。
2.1.3離子還原法和交換法
離子還原法是利用一些容易得到的還原劑將水體中的重金屬還原，形成無污染或污染程度較輕的化合物，從而降低重金屬在水體中的遷移性和生物可利用性，以減輕重金屬對水體的污染。例如，電鍍污水中常含有六價鉻離子（Cr6+），它以鉻酸離子（Cr2O72-）的形式存在，在堿性條件下不易沉淀且毒性很高，而三價鉻毒性遠低于六價鉻，但六價鉻在酸性條件下易被還原為三價鉻。因此，常采用硫酸亞鐵及三氧化硫?qū)⒘鶅r鉻還原為三價鉻。
離子交換法是利用重金屬離子交換劑與污染水體中的重金屬物質(zhì)發(fā)生交換作用，從水體中把重金屬交換出來，達到治理目的。經(jīng)離子交換處理后，廢水中的重金屬離子轉(zhuǎn)移到離子交換樹脂上，經(jīng)再生后又從離子交換樹脂上轉(zhuǎn)移到再生廢液中。這類方法費用較低，操作人員不直接接觸重金屬污染物，但適用范圍有限，并且容易造成二次污染。
2.1.4電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)
電修復(fù)法是20世紀90年代后期發(fā)展起來的水體重金屬污染修復(fù)技術(shù)，其基本原理是給受重金屬污染的水體兩端加上直流電場，利用電場遷移力將重金屬遷移出水體。Ridha等[6]提出，在一個碳的氈狀電極上，用電沉積法從工業(yè)廢水中除去銅、鉻和鎳的技術(shù)。另外，可以用電浮選法凈化含有銅、鎳、鉻和鋅等重金屬的工業(yè)污水。此外，近年來還有人把電滲析薄膜分離技術(shù)應(yīng)用到污水重金屬處理實踐當中[7]。
2.2生物修復(fù)法
目前國內(nèi)外利用生物修復(fù)水體重金屬污染的研究很多，根據(jù)所用的生物對象不同，可分為以下三種。
2.2.1植物修復(fù)法
植物修復(fù)(Phytoremediation)是指利用特定植物實施污染環(huán)境治理的技術(shù)統(tǒng)稱，通過植物對重金屬元素或有機物質(zhì)的特殊富集和降解能力來去除環(huán)境中的污染物，或消除污染物的毒性，達到污染治理與生態(tài)修復(fù)的目的。
自從美國科學(xué)家Chaney[8]在1983年首先提出利用植物來清除重金屬污染的設(shè)想以來，很多國家開展了植物修復(fù)技術(shù)的研究和應(yīng)用工作，并取得了長足進展。制約植物修復(fù)技術(shù)發(fā)展的一個關(guān)鍵問題，是要篩選出既能耐受重金屬污染又能大量富集重金屬的植物種類。迄今為止，國內(nèi)外已有較多學(xué)者開展了利用植物修復(fù)重金屬污染水體的研究, 并得到了諸多有價值的成果，所采用的比較常見的植物有向日葵、燕麥、大麥、豌豆、煙草、印度芥菜、萵苣等。Salt等[9]研究指出，印度葵能從污水中積累不同的重金屬。陳俊等[10]研究指出，李氏禾適宜于濕生環(huán)境中生長，且能對多種重金屬產(chǎn)生較強的富集作用，在Cr、Cu、Ni 等重金屬污染水體的修復(fù)中表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。鳳眼蓮、水芹能很好地除掉污水中的Cd、Cr和Cu等重金屬[11]。
2.2.2動物修復(fù)法
應(yīng)用一些優(yōu)選的魚類以及其它水生動物品種在水體中吸收、富集重金屬，然后把它們從水體中驅(qū)出，以達到水體重金屬污染修復(fù)的目的。水體底棲動物中的貝類、甲殼類、環(huán)節(jié)動物等也對重金屬具有一定富集作用。如三角帆蚌、河蚌對重金屬(Pb2+、Cu2+、Cr2+等)具有明顯自然凈化能力。但此法處理周期長，費用高，因此目前水生動物主要用作環(huán)境重金屬污染的指示生物，用于污染治理的不多。牛明芬[12]發(fā)現(xiàn)蚯蚓對河流底泥中的Cd有明顯富集現(xiàn)象。蚯蚓還能影響土壤微生物存在的種類、數(shù)量和活性[13]，而微生物與重金屬之間也存在著復(fù)雜的相互作用關(guān)系，影響著重金屬存在的種類和有效性，因此可以改變植物對重金屬的吸收和轉(zhuǎn)移。Lasat認為研究土壤動物、微生物和植物之間的交互作用，對植物修復(fù)技術(shù)的進一步發(fā)展有重大意義[14]。
2.2.3微生物修復(fù)法
重金屬污染水體的生物修復(fù)機理主要包括微生物對重金屬的固定和形態(tài)的轉(zhuǎn)化。前者是微生物通過帶電荷的細胞表面吸附重金屬離子，或通過攝取必要的營養(yǎng)元素主動吸收重金屬離子，將重金屬富集在細胞表面或內(nèi)部；后者是通過微生物的生命活動改變重金屬的形態(tài)或降低重金屬的生物有效性，從而減輕重金屬污染，如Cr6+轉(zhuǎn)變成Cr3+而毒性降低，As、Hg、Se等還原成單質(zhì)態(tài)而揮發(fā)，微生物分泌物對重金屬產(chǎn)生鈍化作用等[7]。研究表明，氰細菌和藻類的菌絨可有效除去污水中的重金屬。硫酸還原細菌產(chǎn)生H2S,將重金屬離子還原為ZnS、CdS和CuS等水溶性極低的硫化物沉淀下來，達到治理重金屬污染的目的[15]。
3結(jié)語
重金屬多為非降解型有毒物質(zhì)，不具備自然凈化能力，一旦進入環(huán)境就很難從環(huán)境中去除。目前重金屬污染的治理方法以物理化學(xué)方法為主，生物修復(fù)技術(shù)作為經(jīng)濟、高效、環(huán)保的治理技術(shù)也受到廣泛關(guān)注。利用超富集植物從水體中將重金屬提取到植物上部，人工收獲轉(zhuǎn)移，焚燒后用于提取重金屬，使其變廢為寶。因此生物修復(fù)技術(shù)的可行性和有效性將逐漸加強，在治理和防治重金屬污染方面將發(fā)揮更大作用,具有良好的應(yīng)用前景。
參考文獻
[1]周懷東,彭文啟,等.水環(huán)境與水環(huán)境修復(fù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.3
[2]顧征帆,吳蔚.太湖底泥中重金屬污染現(xiàn)狀調(diào)查與評價[J].甘肅科技.2005,12.
[3]成新.太湖流域重金屬污染亟待重視[J].水資源保護,2002(4): 39-41.
[4]黃海濤,陳俊,劉杰,等.電鍍廠尾水重金屬對附近水稻田的環(huán)境影響[J].廣西師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2006，24(3):99-102.
[5]黃明,魏彩春,陸燕勤,等.化學(xué)分類法處理電鍍生產(chǎn)廢水[J]，桂林工學(xué)院學(xué)報,2003,23(1):79-81.
[6]Ridha Alegre M F, Tellier S, Dubreuil J F, et al. Removal of heavy metals from industrial effluents by electrodeposition on carbon felt electrode[R]. Heidelberg: Proc. Intern Conf.On Heavy Metals in the Environment, 1983.940-942.
[7]楊璐; 胡澄. 鉻污染水體修復(fù)技術(shù)研究進展[J]. 廣西輕工業(yè)，2008（7）:96-97.
[8]Chaney R L. Plant up take of inorganic waste. Land Treatment of Hazardous Wastes. Noyes Data Corporation[J], Park Ridge, New Jersey, USA. 1983: 50-76.
[9]David E. Salt Ingrid J Pickering, Roger C Prince, et al. Metal accumulation by aquacultured seedings of Indian mustard[J].Environmental Science and Technology,1997,(31):1636-1644.
[10]陳俊, 王敦球, 張學(xué)洪,等. 李氏禾修復(fù)重金屬(Cr Cu Ni) 污染水體的潛力研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2008,27(4):1514-1518.
[11]達良俊, 陳鳴. 鳳眼蓮不同部位對重金屬的吸收、吸附作用研究[J].上海環(huán)境科學(xué), 2003,22(11)：765-767,846.
[12]Niu M F,Cui Y Z. Function of earthworm for accumulation of Cd from garbage and sediments[J]. Rural Eco-Environment,1997,13(3):53-54.
[13]張寶貴, 李貴桐, 申天壽. 威廉環(huán)毛蚯蚓對土壤微生物量及活性的影響[J].生態(tài)學(xué),2000,20(1):168-172.
[14]Lasat M M.Phytoextraction of toxic metals:A review of biological mechanisms[J]. J.Environ. Qual.,2002,31(1):109-120.
[15]Barnes L J. Proceedings of EMC [M]. New York: (1)Elsevier,1991.391-401.
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
